[發明專利]一種納米光學防霧膜的制備方法

無效

• 申請號: 201010528040.5
• 申請日: 2010-11-01
• 公開（公告）號: CN102269828A
• 公開（公告）日: 2011-12-07
• 發明（設計）人: 李堅;劉佳一;張浩偉;潘一峰;廖明媚
• 申請（專利權）人: 中南大學肝膽腸外科研究中心;中南大學
• 主分類號: G02B1/10
• 分類號: G02B1/10;C08F292/00;C08F220/06;C08F220/28
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 盧宏

技術領域

本發明涉及材料化學領域，是該領域中光學材料的表面改性范疇，主要涉及一種新型納米光學防霧膜的制備方法及應用。

背景技術

水霧的形成是由于氣溫降低，水的飽和蒸氣壓減小到低于空氣中的水蒸氣分壓，使水蒸氣在物體表面凝結成水滴而成霧。例如，汽車擋風玻璃、浴室鏡面常常會結霧，尤其是眼鏡上會因為溫度差原因產生較為明顯的結霧問題，給人們的生產、生活帶來很大不便，甚至會發生危險。因此，防霧技術的研究正逐漸受到人們重視。

防霧膜按其制備的基本原理分為兩類：①親水性防霧膜：降低基材表面對水的接觸角(水接觸角θ＜35°)，使水滴分散形成水膜。②疏水性防霧膜：提高基材表面對水的接觸角(水接觸角θ＞100°)，使水滴不能吸附在材料表面。

本發明采用親水防霧膜作為研究方向。原因是，該技術是目前國內、外防霧材料領域最為成熟的方法。該方法經濟實惠、節省能源、防霧性能理想、可行性好。理想的親水防霧涂料應具備成本低、防霧效果好、持續時間長、硬度高、對光學材料無腐蝕、且使用方便等多項優點。相比之下疏水性防霧涂料存在著成膜困難、生產工藝復雜、技術難度大和制造成本高的種種弊端。親水性防霧涂料中以丙烯酸酯類及其共聚物最為常見。這種材料親水性好，原料充足，性價比高。

“前體物”是國內外藥學中常用的一個概念，主要是指起到連接作用的化學基團。添加前體物這種方法在醫藥、化工領域較為常見。但是在防霧膜領域很少有應用。

溶膠-凝膠法(sol-gel)，它是一種應用于制備無機材料的方法。溶膠粒子一般多為大分子團，很難控制其粒子在納米級。已有的控制溶膠粒子在納米級的方法是超聲法。即在超聲儀下將溶膠粒子打成小的粒子團，是在高溫反應下進行，得到產物的均勻性差，產物的性質無法控制。溶膠-凝膠法優點是反應可在較低的溫度下進行，過程控制方便，產物結構均一。分子團不會受到高溫影響。極大地提高了材料制備成功率。

在制造工藝中以復合化技術制備高分子防霧材料是較理想的發展趨勢。相比于單一組分材料，復合材料更能滿足實際需要。其特點是通過多種材料復合，使各個組分之間形成較強的作用力。能夠實現性能互補和優化。其中又以無機/有機復合材料為目前國、內外研究熱點。其優點是：(1)無機相與有機相可實現分子水平或納米尺寸復合，兩相之間的界面面積非常大，界面相互作用強，使常見的尖銳清晰的界面變得模糊；(2)光學透明，可在同一透明基質中制備含多種功能組分的雜化材料，可以成為多種光學活性物質的基質；(3)具有一定的機械穩定性、柔韌性和熱穩定性，易于加工成各種形狀的材料如薄膜、纖維等。由于無機材料和有機聚合物性質差異極大，復合后集中了兩種材料各自的優點，彌補原本材料中的缺陷，產品性能更加優異，是研制和開發新型材料的理想手段。所以無機/有機復合材料在防霧膜材料領域顯示了廣闊的應用前景。

發明內容

本發明從親水性丙烯酸類與光學基片連接性差的缺點和防霧效果不理想的問題出發，采用加入前體物膜層的方法，利用乙烯基雙鍵的加聚反應原理對透明基材進行表面改性，研制既能和光學玻璃等透明基材牢固連接，又具有高親水性和透光率的防霧膜。

本發明提供了一種光學納米光學防霧膜的制備方法：先制備前體物溶膠，然后加入高親水劑得到防霧溶液，通過鍍膜制得防霧膜，具體過程為如下步驟：

(1)前體物溶膠的制備：在燒杯中放入正硅酸乙酯和乙烯基三乙氧基硅烷的等摩爾混合溶液、無水乙醇，攪拌均勻，之后加入雙蒸水，其中各物質的摩爾配比是：正硅酸乙酯∶乙烯基三乙氧基硅烷∶無水乙醇∶雙蒸水為(0.5-2.5)∶(0.5-2.5)∶(1-5)∶(0.5-1.5)；然后用0.08-0.12mol/L的鹽酸將混合溶液pH值調節到3.4-3.6，60℃以下攪拌3-4h得到前體物溶膠；

(2)復合防霧溶液的制備：量取丙烯酸、甲基丙烯酸放入瓶中混合均勻，向氨水中滴入丙烯酸、甲基丙烯酸混合溶液，并用冰水浴冷卻，反應生成丙烯酸銨和甲基丙烯酸銨的混合溶液；將前體物溶膠置于燒杯中，分別滴入丙烯酸銨和甲基丙烯酸銨的混合溶液，濃度為0.02g/mL的引發劑過硫酸銨溶液，密度為1.074g/mL的甲基丙烯酸β-羥乙酯，其中丙烯酸∶甲基丙烯酸∶過硫酸銨∶甲基丙烯酸β-羥乙酯占總量的質量百分比為(10-40)∶(2-8)∶(0.05-0.5)∶(3-12)；然后加入2-3mL密度為0.944g/mL的甲基丙烯酸甲酯輔助官能團混合液，溫度控制在65℃，待溶液粘度發生改變時，迅速將溶液放入冷水浴進行冷卻，得到防霧復合溶液；

(3)光學基片預處理；