一种光学增透膜及其制备方法和光学组件技术

本发明专利技术提供了一种光学增透膜及其制备方法和光学组件。采用本发明专利技术一方面提供的制备光学增透膜的方法，以具有结构式（R1O）3Si-R2以及结构式（R3O）3-Si-Cm-Si-（R4O）3所示的化合物作为共聚单体，从而获得包括包含重复单元的共聚物的增透膜，其不仅降低了增透膜的折射率，提高了光透过率，同时提高了增透膜的硬度以及与基材的粘附性，大大提高了光电、光学元件的光学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种光学增透膜及其制备方法和光学组件
本专利技术涉及光学器件，尤其涉及一种用于透明或不透明基材表面的光学增透膜、制备光学增透膜的方法和光学组件。
技术介绍
光学增透膜，亦称光学减反膜，其可有效减少制品表面引起的光反射从而增加光学透过率。因而在光学、光电元件的表面常常通过镀敷光学增透膜以减小元件表面的光反射以及由此导致的光能损失。例如在透镜等光学制品和计算机显示等图像显示仪器领域，使用光学增透膜可有效提高图像可视性；在太阳能电池领域，镀有光学增透膜的玻璃可有效提高前板玻璃的透过率，从而提高太阳能组件输出功率。目前采用光学增透膜实现增透减反技术主要有三种，一是在基底材料表面涂覆折射指数较低的单层薄膜层，二是在基底材料表面形成高、低折射率层交替的多层膜，三是采用折射率梯度膜。折射率梯度膜制备工艺非常复杂，设备昂贵、成本高且一次性制备面积有限，实际应用中以前两种为主。与多层膜相比，单层减反膜制备简单，适用于大规模生产，特别是在具有成本效益要求的领域显示出广阔的应用前景。但相比于多层膜，单层增透膜的增透减反效果较弱。为此如何降低单层增透膜的折射率，以提高透光度一直是本领域研究重点。在各项研究中，含氟材料是一种常见的低反射率材料，如采用含氟丙烯酸酯聚合物或氟代的硅氧烷作为增透膜的组分。然而，氟原子引入虽然可以降低材料的折射率，但由于氟材料自身的低表面能可导致涂层与基材的界面粘结性能变差，且高度氟化的材料也会降低涂层的硬度和耐久性。为此中国专利文献CN101456947B公开了一种采用全氟聚醚改性硅氧烷作为前驱体以改善涂膜防污性能和粘结性能的技术方案，但是，该聚醚改性硅氧烷的合成工艺非常复杂。另一种是多孔SiO2材料。鉴于自然界中的固体物质的折射率都很高，采用在膜内形成多孔结构来降低膜层的折射率，如通过溶胶-凝胶方法制备的多孔SiO2便被广泛采用，以降低材料自身的折射率，其在空气的折射率非常低，在1.0左右。现有技术中，这种多孔的SiO2通常是以正硅酸酯（如TEOS）为前驱体，在酸或碱的催化作用下，经过水解缩聚形成涂膜液，之后通过旋涂、浸渍提拉等方法形成膜。而制得的膜层的折射率在1.2～1.4。然而，这种疏松的多孔结构，强度往往不高，易产生划痕，且涂层与基材的结合力也弱，粘附强度差，极易被擦除。为此中国专利文献CN1059276C公开了一种二氧化硅增透膜的制备方法，其在碱性气氛下对多孔SiO2膜进行气氛处理，以提高多孔膜层的抗划伤性，以及其与基材的结合力，但是该方法需要特殊的热处理设备，工艺复杂。又如中国专利文献CN101805135A公开了一种双层薄膜，其在低折折射率层与基材间增加一层无机材料的硬质涂覆层，以增加获取的增透膜的硬度。然而该技术方案增加了工艺的复杂程度和成本，因而不具备成本效益。为此，如何降低增透膜的反射率，以提高光的透射率，又确保增透膜的硬度以及与基材的粘附力是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种光学增透膜及其制备方法和光学组件，相比于现有的增透膜，采用本专利技术一方面所提供的一种制备光学增透膜的方法获取的增透膜，既降低了反射率，提高了光透过率，又具有较大的硬度以及与基材的结合率。本专利技术一方面提供了一种光学增透膜，含有具有重复单元（1）和（2）的共聚物；所述重复单元（1）和（2）呈交联网络结构连接，且所述重复单元（1）和（2）的摩尔比为10:1～1:1；所述共聚物通过以具有式（3）结构的第一单体和具有式（4）结构的第二单体在酸性或碱性催化剂催化作用下缩聚而获得；（R1O）3Si-R2……………………….（3），（R3O）3-Si-Cm-Si-（R4O）3……...（4）；其中，R1、R3、R4为烷基，R2为氢、烷基、或烷氧基，m为整数。可选地，所述酸性催化剂包括盐酸、硝酸、硫酸或氢氟酸中的一种或多种。可选地，所述碱性催化剂为氨水。可选地，所述m为1、2或3。可选地，所述R1、R3、R4为相同或不同的C1～C3的烷基。可选地，所述R2为C1～C3的烷基或烷氧基。可选地，所述R1、R3、R4为甲基，R2为甲氧基、甲基或氢，m为1或2。可选地，所述光学增透膜还含有中空微粒子。可选地，所述中空微粒子为二氧化硅颗粒。可选地，所述中空微粒子的重量为所述光学增透膜总量的1～10wt%。可选地，所述光学增透膜的厚度为50～200nm。可选地，所述光学增透膜的厚度为100～150nm。可选地，所述缩聚的温度为60～100℃。可选地，所述共聚物通过以下方法而制得：将所述第一单体与水、有机溶剂和酸性或碱性催化剂的混合物在60～100℃下搅拌30～120分钟，之后向所述混合物中添加所述第二单体，并持续搅拌15～120分钟，所述第一单体和第二单体的摩尔比为10:1～1:1，且所述第一单体和第二单体的总量和与所述水的摩尔比为1:10～1:90。可选地，使用酸性催化剂时，酸性催化剂在缩聚反应溶液中的氢离子浓度为0.2～3mol/L；使用碱性催化剂时，碱性催化剂在缩聚反应溶液中的氢氧根离子浓度为0.7～6.8mol/L。可选地，所述有机溶剂在缩聚反应溶液中的含量大于等于25wt%，且小于等于90wt%。本专利技术另一个方面提供了一种光学组件，包括基材以及覆盖于所述基材表面的上述光学增透膜。所述光学组件具体可为太阳能电池盖板、液晶显示面板和汽车挡风玻璃。可选地，所述基材的材料包括玻璃、塑料、金属或陶瓷。具体的所述基材的形态可以为片材，板材或薄膜材。玻璃基材具体地可以是超白玻璃，超白压花玻璃，钢化玻璃，半钢化玻璃，或相同或不同材质玻璃形成的夹层玻璃；塑料基材可以是透明聚酯（PET）、聚碳酸酯（PC），透明氟塑料薄膜如乙烯-四氟乙烯共聚物（ETFE）、全氟乙烯丙烯共聚物（FEP）、四氟乙烯、全氟烷氧基乙烯基醚（PFA）、乙烯1，3氟氯乙烯共聚物（ECTFE）、聚氟乙烯（PVF）、聚偏氟乙烯（PVDF）；金属可以是铜、铝、铁、锌以及各自对应的合金。本专利技术又一个方面提供了一种制备光学增透膜的方法，包括：提供包含式（3）所示的第一单体、水、有机溶剂和酸性或碱性催化剂的混合物，在60～100℃下搅拌30～120分钟，之后向所述混合物中添加式（4）所示的第二单体，其中，所述第一单体和第二单体的摩尔比为10:1～1:1；持续搅拌，使第一单体和第二单体缩聚，形成溶胶状共聚物；将所述溶胶状共聚物涂覆于基材上，干燥固化；（R1O）3Si-R2……………………….（3），（R3O）3-Si-Cm-Si-（R4O）3……...（4）；其中，R1、R3、R4为烷基，R2为氢、烷基、或烷氧基，m为整数。相比于现有技术，本专利技术所提供的制备光学增透膜的方法，以具有上述结构式（3）以及结构式（4）的化合物作为共聚单体，从而获取包括含有上述重复单元（1）和重复单元（2），且所述重复单元（1）和（2）以三维交联网络结构连接的共聚物的光学增透膜，其不仅降低了制得的增透膜的折射率，提高了光透过率，同时提高了制得的增透膜的硬度以及与基材的粘附率，大大提高了光电、光学元件的性能。可选地，所述m为1、2或3。可选地，所述R1、R3、R4为相同或不同的C1～C3的烷基。可选地，所述R2为C1～C3的烷基或烷氧基。可选地，所述第二单体为1,2-双（三烷氧基硅基）本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学增透膜，其特征在于，含有具有重复单元（1）和（2）的共聚物；所述重复单元（1）和（2）呈交联网络结构连接，且所述重复单元（1）和（2）的摩尔比为10:1～1:1；所述共聚物通过以具有式（3）结构的第一单体和具有式（4）结构的第二单体在酸性或碱性催化剂催化作用下缩聚而获得；（R1O）3Si‑R2……………………….（3），（R3O）3‑Si‑Cm‑Si‑（R4O）3……...（4）；其中，R1、R3、R4为烷基，R2为氢、烷基、或烷氧基，m为整数。

【技术特征摘要】
1.一种光学增透膜，其特征在于，含有具有重复单元（1）和（2）的共聚物；所述重复单元（1）和（2）呈交联网络结构连接，且所述重复单元（1）和（2）的摩尔比为10:1～1:1；所述共聚物通过以具有式（3）结构的第一单体和具有式（4）结构的第二单体在酸性或碱性催化剂催化作用下缩聚而获得；（R1O）3Si-R2……………………….（3），（R3O）3-Si-Cm-Si-（R4O）3……...（4）；其中，R1、R3、R4为烷基，R2为氢、烷基、或烷氧基，m为整数。2.如权利要求1所述的光学增透膜，其特征在于，所述酸性催化剂包括盐酸、硝酸、硫酸或氢氟酸中一种或多种。3.如权利要求1所述的光学增透膜，其特征在于，所述碱性催化剂为氨水。4.如权利要求1所述的光学增透膜，其特征在于，所述m为1、2或3。5.如权利要求1所述的光学增透膜，其特征在于，所述R1、R3、R4为相同或不同的C1～C3的烷基。6.如权利要求1所述的光学增透膜，其特征在于，所述R2为C1～C3的烷基或烷氧基。7.如权利要求1所述的光学增透膜，其特征在于，所述R1、R3、R4为甲基，R2为甲氧基、甲基或氢，m为1或2。8.如权利要求1所述的光学增透膜，其特征在于，所述光学增透膜还含有中空微粒子。9.如权利要求8所述的光学增透膜，其特征在于，所述中空微粒子为二氧化硅颗粒。10.如权利要求9所述的光学增透膜，其特征在于，所述中空微粒子的重量为所述光学增透膜总量的1～10wt%。11.如权利要求1所述的光学增透膜，其特征在于，所述光学增透膜的厚度为50～200nm。12.如权利要求11所述的光学增透膜，其特征在于，所述光学增透膜的厚度为100～150nm。13.如权利要求1所述的光学增透膜，其特征在于，所述缩聚的温度为60～100℃。14.如权利要求1所述的光学增透膜，其特征在于，所述共聚物通过以下方法而制得：将所述第一单体与水、有机溶剂和酸性或碱性催化剂的混合物在60～100℃下搅拌30～120分钟，之后向所述混合物中添加所述第二单体，并持续搅拌15～120分钟，所述第一单体和第二单体的摩尔比为10:1～1:1，且所述第一单体和第二单体的总量和与所述水的摩尔比为1:10～1:90。15.如权利要求14所述的光学增透膜，其特征在于，使用酸性催化剂时，酸性催化剂在缩聚反应溶液中的氢离子浓度为0.2～3mol/L；使用碱性催化剂时，碱性催化剂在缩聚反应溶液中的氢氧根离子浓度为0.7～6.8mol/L。16.如权利要求14所述的光学增透膜，其特征在于，所述有机溶剂在缩聚反应溶液中的含量大于等于25wt%，且小于等于90wt%。17.一种光学组件，其特征在于，包括基材以及覆盖于所述基材表面的权利要求1～16中任一项所述的光学增透膜。18.如权利要求17所述的光学组件，其特征在于，所述基材的材料包括玻璃、塑料、金属或陶瓷。19.一种制备光学增透膜的...

【专利技术属性】
技术研发人员：付爽，吕鑫，张磊，
申请(专利权)人：法国圣戈班玻璃公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR