CN106883614A - 一种光学透镜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明具体涉及一种光学透镜及其制备方法。所述光学透镜由以下重量份计的原料制备而成：乙烯基硅橡胶100份、聚乙烯基MQ树脂30～40份、3‑(三羟基硅基)丙甲基磷酸酯10～20份、醋酸锌4～8份、聚硼硅氧烷10～16份、气相白炭黑10～20份和交联剂3～6份。本发明光学透镜具备良好的机械性能以及耐高温和高透明度的特性，可作为光学元件，也可作为光源罩等，满足其在不同领域中应用需求。

Description

一种光学透镜及其制备方法
技术领域
本发明具体涉及一种光学透镜及其制备方法。
背景技术
光学透镜是一种用透明物质制成的光学元件。光学透镜材料的选择由于受成型难度、透光率、成本及稳定性等因素的制约，一般选择玻璃和透明塑料。
在照明行业中，选择透镜材料的主要考虑因素是透光率、耐高温性和耐老化性等。光学级塑料透镜一般使用光学级PMMA、光学级PC等材料，光学级塑料的优势在于：质量小，易成型复杂曲面，造价低，易实现规模化生产；缺点是：耐高温和耐老化性不强，如PMMA耐温不超过80℃(热变形温度92℃)，PC耐温不超过120℃(热变形温度135℃)。
玻璃透镜恰恰与塑料透镜相反，玻璃透镜具有耐高温、透光率高、尺寸稳定、耐化学品等优势，但是其密度大，由于玻璃软化后的玻璃体这一特殊状态，流动性差，不能成型复杂曲面，不易实现规模化生产，生产率低，另外模具造价高昂，加工周期长，精度不易控制，而且具有脆性，特别是对于厚度变化比较大的透镜，意外的爆裂是无法预料与解决的。以现在可以实现的改良工艺，只能通过镀膜或钢化处理来提升玻璃的强度，但是经过这些处理，玻璃透镜的透光率会有所降低，也增加了成本。
而硅胶透镜综合上述透镜的优点，相对于传统玻璃透镜和塑料透镜，在透光率、成型难度、耐老化性等方面表现出优异的特性。但是，现有硅胶透镜的耐温度一般为-60～250℃，透光率为90％左右，其耐高温性和透明度仍不理想，限制了其在光疗仪器等中的应用。
目前，为了改善硅橡胶的耐温性，一般通过添加氧化铁、氧化铈、氧化钛等金属氧化物，但大量填加物在提高硅橡胶耐温性能的同时会使其透明性降低。因此，有必要研发一种使用硅橡胶制成的、耐高温且高透明度的光学透镜，以满足其应用。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种使用硅橡胶制成的光学透镜，其耐高温且具有高透明度，满足其在不同领域中应用需求。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种光学透镜，由以下重量份计的原料制备而成：乙烯基硅橡胶100份、聚乙烯基MQ树脂30～40份、3-(三羟基硅基)丙甲基磷酸酯10～20份、醋酸锌4～8份、聚硼硅氧烷10～16份、气相白炭黑10～20份和交联剂3～6份。
作为本发明优选的实施方式，所述的光学透镜由以下重量份计的原料制备而成：乙烯基硅橡胶100份、聚乙烯基MQ树脂35份、3-(三羟基硅基)丙甲基磷酸酯18份、醋酸锌6份、聚硼硅氧烷14份、气相白炭黑15份和交联剂5份。
进一步的，所述交联剂为过氧化苯甲酰、2,4-二氯过氧化苯甲酰、过氧化二叔丁基和过氧化二异丙苯中的至少一种。
进一步的，所述气相白炭黑的平均粒径为20～30nm，比表面积为200±20m2/g。
相应地，本发明还提供了上述光学透镜的制备方法，具体包括以下步骤：
S1、将配方量的3-(三羟基硅基)丙甲基磷酸酯和醋酸锌加入至反应器中，通氮气，开动搅拌，加热回流，控制反应温度为120～140℃，反应2～3小时，冷却，制得反应产物A；
S2、将所述反应产物A与配方量的乙烯基硅橡胶、聚乙烯基MQ树脂、聚硼硅氧烷、气相白炭黑和交联剂加入真空捏合机中，待原料捏合成型后升温至160～180℃，热炼2～3小时，然后开启真空，真空度在-0.1～-0.05MPa，抽真空60～90分钟，制得胶料；
S3、将所述胶料放置到成型模具中，在压力为5～15MPa，温度控制为100～180℃，时间为15～60分钟的条件下成型；
S4、在温度为200～250℃的鼓风烘箱中进行后硫化，硫化时间为3～6小时。
在本发明的技术方案中，使用乙烯基硅橡胶作为基础胶，聚乙烯基MQ树脂与气相白炭黑按一定比例复配作为补强填料，避免补强后硅橡胶的模量和硬度急剧增大，柔软度降低；以3-(三羟基硅基)丙甲基磷酸酯和醋酸锌的反应产物和聚硼硅氧烷组合作为耐高温添加剂，通过交联剂与乙烯基硅橡胶、聚乙烯基MQ树脂结合，有效提高硅橡胶的耐热性，同时不影响硅橡胶的透明度，以该硅橡胶通过模压硫化后制得的光学透镜，具备良好的机械性能以及耐高温和高透明度的特性，可作为光学元件，也可作为光源罩等，满足其在不同领域中应用需求。
因此，与现有技术相比，本发明的优势在于：
本发明提供了一种由新的硅橡胶材料制成的光学透镜，其具备良好的机械性能以及耐高温和高透明度的特性，可作为光学元件，也可作为光源罩等，满足其在不同领域中应用需求；而且本发明光学透镜的制备方法简单，工艺稳定，条件可控，可工业化生产，有利于其推广应用。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明做进一步的详细说明，但本发明决不局限于这些实施例。
本发明中各原料均为常规市售商品，例如气相白炭黑购自广州吉必盛科技实业有限公司。
实施例1、本发明光学透镜及其制备
配方：乙烯基硅橡胶100kg、聚乙烯基MQ树脂30kg、3-(三羟基硅基)丙甲基磷酸酯10kg、醋酸锌4kg、聚硼硅氧烷10kg、气相白炭黑10kg和过氧化苯甲酰3kg。
制备方法：
S1、将配方量的3-(三羟基硅基)丙甲基磷酸酯和醋酸锌加入至反应器中，通氮气，开动搅拌，加热回流，控制反应温度为120℃，反应2小时，冷却，制得反应产物A；
S2、将所述反应产物A与配方量的乙烯基硅橡胶、聚乙烯基MQ树脂、聚硼硅氧烷、气相白炭黑和交联剂加入真空捏合机中，待原料捏合成型后升温至160℃，热炼2小时，然后开启真空，真空度在-0.1MPa，抽真空60分钟，制得胶料；
S3、将所述胶料放置到成型模具中，在压力为10MPa，温度控制为160℃，时间为40分钟的条件下成型；
S4、在温度为250℃的鼓风烘箱中进行后硫化，硫化时间为4小时。
实施例2、本发明光学透镜及其制备
配方：乙烯基硅橡胶100kg、聚乙烯基MQ树脂40kg、3-(三羟基硅基)丙甲基磷酸酯20kg、醋酸锌8kg、聚硼硅氧烷16kg、气相白炭黑20kg和2,4-二氯过氧化苯甲酰6kg。
制备方法：
S1、将配方量的3-(三羟基硅基)丙甲基磷酸酯和醋酸锌加入至反应器中，通氮气，开动搅拌，加热回流，控制反应温度为140℃，反应3小时，冷却，制得反应产物A；
S2、将所述反应产物A与配方量的乙烯基硅橡胶、聚乙烯基MQ树脂、聚硼硅氧烷、气相白炭黑和交联剂加入真空捏合机中，待原料捏合成型后升温至180℃，热炼3小时，然后开启真空，真空度在-0.05MPa，抽真空90分钟，制得胶料；
S3、将所述胶料放置到成型模具中，在压力为10MPa，温度控制为160℃，时间为40分钟的条件下成型；
S4、在温度为250℃的鼓风烘箱中进行后硫化，硫化时间为4小时。
实施例3、本发明光学透镜及其制备
配方：乙烯基硅橡胶100kg、聚乙烯基MQ树脂35kg、3-(三羟基硅基)丙甲基磷酸酯18kg、醋酸锌6kg、聚硼硅氧烷14kg、气相白炭黑15kg和过氧化二叔丁基5kg。
制备方法：
S1、将配方量的3-(三羟基硅基)丙甲基磷酸酯和醋酸锌加入至反应器中，通氮气，开动搅拌，加热回流，控制反应温度为130℃，反应2小时，冷却，制得反应产物A；
S2、将所述反应产物A与配方量的乙烯基硅橡胶、聚乙烯基MQ树脂、聚硼硅氧烷、气相白炭黑和交联剂加入真空捏合机中，待原料捏合成型后升温至170℃，热炼2小时，然后开启真空，真空度在-0.1MPa，抽真空90分钟，制得胶料；
S3、将所述胶料放置到成型模具中，在压力为10MPa，温度控制为160℃，时间为40分钟的条件下成型；
S4、在温度为250℃的鼓风烘箱中进行后硫化，硫化时间为4小时。
对比例1
与实施例3相比，本对比例的区别在于：聚乙烯基MQ树脂的用量由35kg减少至25kg，气相白炭黑的用量由15kg增加至25kg，使聚乙烯基MQ树脂与气相白炭黑的重量比为1:1。
对比例2
与实施例3相比，本对比例的区别在于：不含聚乙烯基MQ树脂，气相白炭黑的用量由15kg增加至50kg。
对比例3
与实施例3相比，本对比例的区别在于：不含聚硼硅氧烷，并且将3-(三羟基硅基)丙甲基磷酸酯的用量由18kg增加至28.5kg，醋酸锌的用量由6kg增加至9.5kg。
对比例4
与实施例3相比，本对比例的区别在于：聚硼硅氧烷的用量由14kg增加至28kg。
对比例5
与实施例3相比，本对比例的区别在于：不含3-(三羟基硅基)丙甲基磷酸酯和醋酸锌，并对制备方法进行相应的调整；并且将聚硼硅氧烷的用量由14kg增加至38kg。
性能试验
对实施例1～3和对比例1～5制得的透镜样片进行机械性能和耐高温性能测试，结果如下表1：
表1 各透镜样片的性能测试数据
由上表1可知：
1)本发明的光学透镜样片硬度适中，具有良好的机械性能，并且透光率高，透明度好，同时热分解温度为450℃以上，耐高温性能优异；其中以实施例3制得的光学透镜样片综合性能最理想，为本发明的最佳实施例。
2)对比例1(调整聚乙烯基MQ树脂与气相白炭黑的重量比为1:1)和对比例2(不含聚乙烯基MQ树脂并增加气相白炭黑的用量)透镜样片的各性能指标均发生了变化，主要表现为硬度明显增大，柔软度降低；
3)对比例3(不含聚硼硅氧烷)和对比例5(不含3-(三羟基硅基)丙甲基磷酸酯和醋酸锌)透镜样片的各性能指标均发生了变化，主要表现为热分解温度明显降低，耐热性变差；而对比例4(增加了聚硼硅氧烷的用量)透镜样片的变化表现在拉伸强度、撕裂强度和伸长率等机械性能下降，同时透光率也有所降低。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不能用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种光学透镜，其特征在于，由以下重量份计的原料制备而成：乙烯基硅橡胶100份、聚乙烯基MQ树脂30～40份、3-(三羟基硅基)丙甲基磷酸酯10～20份、醋酸锌4～8份、聚硼硅氧烷10～16份、气相白炭黑10～20份和交联剂3～6份。
2.如权利要求1所述的光学透镜，其特征在于，由以下重量份计的原料制备而成：乙烯基硅橡胶100份、聚乙烯基MQ树脂35份、3-(三羟基硅基)丙甲基磷酸酯18份、醋酸锌6份、聚硼硅氧烷14份、气相白炭黑15份和交联剂5份。
3.如权利要求1或2所述的光学透镜，其特征在于，所述交联剂为过氧化苯甲酰、2,4-二氯过氧化苯甲酰、过氧化二叔丁基和过氧化二异丙苯中的至少一种。
4.如权利要求1或2所述的光学透镜，其特征在于，所述气相白炭黑的平均粒径为20～30nm，比表面积为200±20m2/g。
5.一种制备如权利要求1～4任一所述光学透镜的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将配方量的3-(三羟基硅基)丙甲基磷酸酯和醋酸锌加入至反应器中，通氮气，开动搅拌，加热回流，控制反应温度为120～140℃，反应2～3小时，冷却，制得反应产物A；
S2、将所述反应产物A与配方量的乙烯基硅橡胶、聚乙烯基MQ树脂、聚硼硅氧烷、气相白炭黑和交联剂加入真空捏合机中，待原料捏合成型后升温至160～180℃，热炼2～3小时，然后开启真空，真空度在-0.1～-0.05MPa，抽真空60～90分钟，制得胶料；
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