[发明专利]由纳米聚合物中空粒子组成的多孔防反射薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种由纳米聚合物中空粒子组成的多孔防反射薄膜的制备方法。

背景技术

防反射薄膜可增强光学器件的透光率，以减少不必要的反射及眩光，在太阳能电池、液晶显示器和光学元件等领域中有重要的应用价值和发展前景。防反射的基本原理是利用光在一定条件下可发生干涉而相互抵消(防反射机理如图1所示)，当入射光在防反射层的表面反射光和入射光在防反射层与基材间的界面反射光在一定条件下相位逆转相互消除时，可抵消反射光的能量以达到防反射的目的。对单层理想的防反射薄膜而言，其必须满足以下两个条件：①膜的光学厚度，即薄膜的厚度和折射率的乘积为入射光波长的四分之一倍；②膜的折光指数(n₁)的平方需等于基材折光指数(n₂)与空气折光指数(n₀)的乘积，即n₀n₂＝n₁²。通常n₀为1，而常用的石英、玻璃和一些透明性聚合物基材的折光指数在1.45～1.53左右，故n₁要求在1.21～1.24左右。然而，目前介电材料的最低折光指数在1.35左右，无法满足理想的单层防反射薄膜的要求。众所周知，多孔材料具有相对较低的折光指数，近年来出现了各种制备多孔防反射薄膜的研究方法，如蚀刻法、溶胶-凝胶法、气相沉积法、微相分离法和粒子浸渍成膜法等。然而这些方法的制备过程较复杂、耗时长，成本高，且所制备的多孔防反射薄膜中的孔大部分是开孔结构，薄膜的机械性能和耐擦洗性能有待进一步提高。

细乳液是一种动力学稳定的液-液分散体系，分散液滴的大小可在30～500nm之间调节，且在细乳液聚合中单体液滴可直接转化成乳胶粒，即为单体液滴成核机理。因而细乳液体系中的单体液滴可视为各自独立的纳米反应器，非常适合制备各种结构的纳米粒子。可逆加成断链链转移活性自由基聚合，Reversible Addition-Fragmentation chain Transfer Polymerization，简称RAFT活性聚合，该技术核心是在自由基聚合体系中引入一种链转移试剂称为可逆加成断链链转移试剂，通常为二硫代酯或三硫代碳酸酯，自由基与可逆加成断链链转移试剂可进行高效可逆链转移反应，使聚合物链具有活性特征。本发明结合细乳液聚合的单体液滴成核机理和可逆加成断链链转移活性自由基聚合的特点，在细乳液体系中引入双亲性大分子可逆加成断链链转移试剂，由于双亲性大分子可逆加成断链链转移试剂具有双亲结构，既能够自动组装在单体液滴界面上，又起到可逆加成断链链转移试剂的作用来实现可逆加成断链链转移活性自由基聚合，从而可使单体和交联剂在单体液滴界面上进行交联聚合形成高度交联的聚合物壳层，核心材料则与聚合物发生相分离而处在粒子中心从而形成结构完整的的纳米聚合物胶囊。当纳米聚合物胶囊的壳层是由高度交联的聚合物组成时，去除核心材料后可得到高强度的纳米聚合物中空粒子，可保持较规整的球形结构而不发生变形塌陷。

当纳米聚合物中空粒子的空腔体积的直径小于100nm时，由纳米聚合物中空粒子所组成的薄膜是透明的，且纳米中空粒子的空腔体积可有效降低薄膜的折光指数，从而可形成低折光指数的多孔薄膜。本发明在细乳液体系中，通过可逆加成断裂链转移活性自由基聚合制备了直径为80～120nm左右的高度交联的纳米聚合物胶囊，将纳米聚合物胶囊的水分散液通过旋涂在基材的表面形成薄膜，再通过真空高温干燥去除纳米聚合物胶囊的核心材料后，得到透明的由纳米聚合物中空粒子组成的多孔防反射薄膜。本发明的制备工艺简单，且通过改变纳米聚合物胶囊的水分散液浓度和纳米聚合物中空粒子的空腔体积分率可有效的调节防反射薄膜的厚度和折光指数，以实现不同的防反射要求。此外，当纳米聚合物胶囊的水分散液的质量百分比浓度不低于5％时，由纳米聚合物中空粒子致密排列所形成的多孔防反射薄膜中的孔结构大部分为纳米聚合物中空粒子的空腔部分组成的闭孔结构，且其骨架是由高度交联的聚合物组成，故所形成的多孔防反射薄膜具有较高的机械强度和耐摩擦性能，从而可有效的克服目前多孔防反射薄膜所存在的机械性能差的问题。

发明内容

本发明的目的是针对目前多孔防反射薄膜所存在的制备工艺复杂和机械性能差的问题，提供一种由纳米聚合物中空粒子组成的多孔防反射薄膜的制备方法。

由纳米聚合物中空粒子组成的多孔防反射薄膜的制备方法的步骤如下：