[发明专利]一种纳米光学防雾膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料化学领域，是该领域中光学材料的表面改性范畴，主要涉及一种新型纳米光学防雾膜的制备方法及应用。

背景技术

水雾的形成是由于气温降低，水的饱和蒸气压减小到低于空气中的水蒸气分压，使水蒸气在物体表面凝结成水滴而成雾。例如，汽车挡风玻璃、浴室镜面常常会结雾，尤其是眼镜上会因为温度差原因产生较为明显的结雾问题，给人们的生产、生活带来很大不便，甚至会发生危险。因此，防雾技术的研究正逐渐受到人们重视。

防雾膜按其制备的基本原理分为两类：①亲水性防雾膜：降低基材表面对水的接触角(水接触角θ＜35°)，使水滴分散形成水膜。②疏水性防雾膜：提高基材表面对水的接触角(水接触角θ＞100°)，使水滴不能吸附在材料表面。

本发明采用亲水防雾膜作为研究方向。原因是，该技术是目前国内、外防雾材料领域最为成熟的方法。该方法经济实惠、节省能源、防雾性能理想、可行性好。理想的亲水防雾涂料应具备成本低、防雾效果好、持续时间长、硬度高、对光学材料无腐蚀、且使用方便等多项优点。相比之下疏水性防雾涂料存在着成膜困难、生产工艺复杂、技术难度大和制造成本高的种种弊端。亲水性防雾涂料中以丙烯酸酯类及其共聚物最为常见。这种材料亲水性好，原料充足，性价比高。

“前体物”是国内外药学中常用的一个概念，主要是指起到连接作用的化学基团。添加前体物这种方法在医药、化工领域较为常见。但是在防雾膜领域很少有应用。

溶胶-凝胶法(sol-gel)，它是一种应用于制备无机材料的方法。溶胶粒子一般多为大分子团，很难控制其粒子在纳米级。已有的控制溶胶粒子在纳米级的方法是超声法。即在超声仪下将溶胶粒子打成小的粒子团，是在高温反应下进行，得到产物的均匀性差，产物的性质无法控制。溶胶-凝胶法优点是反应可在较低的温度下进行，过程控制方便，产物结构均一。分子团不会受到高温影响。极大地提高了材料制备成功率。

在制造工艺中以复合化技术制备高分子防雾材料是较理想的发展趋势。相比于单一组分材料，复合材料更能满足实际需要。其特点是通过多种材料复合，使各个组分之间形成较强的作用力。能够实现性能互补和优化。其中又以无机/有机复合材料为目前国、内外研究热点。其优点是：(1)无机相与有机相可实现分子水平或纳米尺寸复合，两相之间的界面面积非常大，界面相互作用强，使常见的尖锐清晰的界面变得模糊；(2)光学透明，可在同一透明基质中制备含多种功能组分的杂化材料，可以成为多种光学活性物质的基质；(3)具有一定的机械稳定性、柔韧性和热稳定性，易于加工成各种形状的材料如薄膜、纤维等。由于无机材料和有机聚合物性质差异极大，复合后集中了两种材料各自的优点，弥补原本材料中的缺陷，产品性能更加优异，是研制和开发新型材料的理想手段。所以无机/有机复合材料在防雾膜材料领域显示了广阔的应用前景。

发明内容

本发明从亲水性丙烯酸类与光学基片连接性差的缺点和防雾效果不理想的问题出发，采用加入前体物膜层的方法，利用乙烯基双键的加聚反应原理对透明基材进行表面改性，研制既能和光学玻璃等透明基材牢固连接，又具有高亲水性和透光率的防雾膜。

本发明提供了一种光学纳米光学防雾膜的制备方法：先制备前体物溶胶，然后加入高亲水剂得到防雾溶液，通过镀膜制得防雾膜，具体过程为如下步骤：

(1)前体物溶胶的制备：在烧杯中放入正硅酸乙酯和乙烯基三乙氧基硅烷的等摩尔混合溶液、无水乙醇，搅拌均匀，之后加入双蒸水，其中各物质的摩尔配比是：正硅酸乙酯∶乙烯基三乙氧基硅烷∶无水乙醇∶双蒸水为(0.5-2.5)∶(0.5-2.5)∶(1-5)∶(0.5-1.5)；然后用0.08-0.12mol/L的盐酸将混合溶液pH值调节到3.4-3.6，60℃以下搅拌3-4h得到前体物溶胶；

(2)复合防雾溶液的制备：量取丙烯酸、甲基丙烯酸放入瓶中混合均匀，向氨水中滴入丙烯酸、甲基丙烯酸混合溶液，并用冰水浴冷却，反应生成丙烯酸铵和甲基丙烯酸铵的混合溶液；将前体物溶胶置于烧杯中，分别滴入丙烯酸铵和甲基丙烯酸铵的混合溶液，浓度为0.02g/mL的引发剂过硫酸铵溶液，密度为1.074g/mL的甲基丙烯酸β-羟乙酯，其中丙烯酸∶甲基丙烯酸∶过硫酸铵∶甲基丙烯酸β-羟乙酯占总量的质量百分比为(10-40)∶(2-8)∶(0.05-0.5)∶(3-12)；然后加入2-3mL密度为0.944g/mL的甲基丙烯酸甲酯辅助官能团混合液，温度控制在65℃，待溶液粘度发生改变时，迅速将溶液放入冷水浴进行冷却，得到防雾复合溶液；

(3)光学基片预处理；