CN113582557A - 防雾剂的新应用、光学玻璃及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及防雾剂的新应用、光学玻璃及其制备方法与应用。如式(1)所示的防雾剂作为镀膜材料的应用，该防雾剂可用作镀膜材料，应用于制备功能玻璃，其结构中含有不饱和双键和极性的羧酸基团和含氟基团。一方面，防雾剂中的不饱和双键能发生聚合反应，形成韧性高、粘结力强的高分子膜层；另一方面，镀膜材料中的极性基团之间容易形成不稳定的氢键，当膜层受到外力冲击时，氢键受到冲击断裂，氢键的断裂带走部分冲击能量，从而达到缓冲的作用。如此不仅能提高玻璃基材的韧性，且形成的镀膜具有优异的附着力。

Description

防雾剂的新应用、光学玻璃及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及玻璃技术领域，特别是涉及防雾剂的新应用、光学玻璃及其制备方法与应用。

背景技术

光学玻璃是能改变光的传播方向、并能改变紫外、可见或红外光的相对光谱分布的玻璃，可用于制造光学仪器中的透镜、棱镜、反射镜及窗口等。由光学玻璃构成的部件是光学仪器中的关键性元件。

随着科技的发展，有色光学玻璃、激光玻璃、抗辐射光学玻璃、紫外红外光学玻璃等具有独特性能的光学玻璃受到越来越多关注，一般通过在无色的光学璃基材表面镀功能膜层制得。然而，传统的光学玻璃中，在玻璃基材镀上颜色膜层或者增透膜等功能膜层后，光学玻璃基材的韧性明显下降。技术人员尝试通过真空蒸发镀膜的方法先在光学玻璃基材表面镀上增韧层，再镀功能膜层，但是，通过真空蒸发镀膜的方法先在光学玻璃基材表面镀上的增韧层的附着力较差，导致光学玻璃的稳定性下降。

因此，现有技术仍有待发展。

发明内容

基于此，本发明提供了防雾剂的新应用、光学玻璃及其制备方法与应用，该防雾剂作为镀膜材料能应用于制备功能玻璃，能提高玻璃基材的韧性，且形成的膜的附着力优异。

本发明的技术方案如下。

本发明的一方面提供了如式(1)所示的防雾剂作为镀膜材料的应用：

其中，n为10～16的整数。

在其中一些实施例中，所述防雾剂作为镀膜材料在制备玻璃中的应用。

本发明的另一方面，提供了一种光学玻璃，所述光学玻璃包括：

玻璃基材；

增韧层，设于所述玻璃基材上，所述增韧层的材质为如权利要求1所述的防雾剂形成的聚合物；及

功能层，设于所述增韧层的远离所述玻璃基材的表面。

在其中一些实施例中，所述增韧层远离所述玻璃基材的表面形成羟基表面改性层；

所述光学玻璃还包括第一结合层和/或第二结合层，所述第一结合层设于所述玻璃基材与所述增韧层之间，所述第二结合层设于所述增韧层的羟基表面改性层与所述功能层之间；

所述第一结合层和/或所述第二结合层的材质独立地选自二氧化硅和氮化硅中的至少一种。

在其中一些实施例中，所述增韧层的厚度为30nm～50nm。

在其中一些实施例中，所述功能层包括颜色膜层、增透膜层、NCVM膜层和防辐照膜层中的至少一种。

本发明还提供一种光学玻璃的制备方法，包括如下步：

采用如上所述的防雾剂在玻璃基材的表面进行镀膜，以在玻璃基材的表面形成增韧层；

在所述增韧层的远离所述玻璃基材的表面形成功能层。

在其中一些实施例中，在所述镀膜的步骤之前，还包括如下步骤：

在玻璃基材的表面形成第一结合层；

所述第一结合层的材质选自二氧化硅和氮化硅中的至少一种。

在其中一些实施例中，在所述增韧层的远离所述玻璃基材的表面形成功能层的步骤之前，还包括如下步骤：

将所述增韧层的远离所述玻璃基材的表面活化，形成羟基表面改性层，然后在所述羟基表面改性层的表面形成第二结合层；

所述第二结合层的材质选自二氧化硅和氮化硅中的至少一种。

进一步地，本发明还提供一种光学设备，其特征在于，所述光学设备包括如上所述的光学玻璃。

上述防雾剂可用作镀膜材料，应用于制备功能玻璃，其结构中含有不饱和双键和极性的羧酸基团和含氟基团。一方面，防雾剂中的不饱和双键能发生聚合反应，形成韧性高、粘结力强的高分子膜层；另一方面，镀膜材料中的极性基团之间容易形成不稳定的氢键，当膜层受到外力冲击时，氢键受到冲击断裂，氢键的断裂带走部分冲击能量，从而达到缓冲的作用。如此不仅能提高玻璃基材的韧性，且形成的镀膜具有优异的附着力。

上述光学玻璃包括玻璃基材、设于玻璃基材上的增韧层，及设于增韧层的远离玻璃基材的表面的增韧层，该增韧层的材质为如上所述的防雾剂形成的聚合物。采用上述的防雾剂形成增韧层，不仅能提高玻璃基材的韧性，且形成的膜的附着力优异，提高了光学玻璃的稳定性。

进一步地，上述增韧层远离玻璃基材的表面形成羟基表面改性层，光学玻璃还包括第一结合层和/或第二结合层，第一结合层设于玻璃基材与增韧层之间，第二结合层设于增韧层的硅羟基表面改性层与功能层之间；第一结合层和/或第二结合层的材质独立地选自氧化硅和氮化硅中的至少一种。第一结合层和第二结合层能进一步提高增韧层与玻璃基材和/或增韧层与功能层之间的附着力，从而进一步提高光学玻璃韧性和附着稳定性。

附图说明

图1为实施例1制得的光学玻璃的照片。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

传统技术中，技术人员尝试通过真空蒸发镀膜的方法先在光学玻璃基材表面形成增韧层，再镀功能膜层。增韧层的材料一般采用硅树脂材料，如OC-3001材料，喷涂硅树脂材料后再制作镀膜层，能够在很大程度上提高玻璃的韧性。然而，传统技术中在光学玻璃基材表面形成的增韧层的附着力较差，导致光学玻璃的稳定性较差，使用寿命降低。

防雾剂是一种含有亲水基团的低分子量的分散剂，由确定分子量大小的分子组成，涂布在透明物体表面会形成一个涂层，涂层中的亲水基团能吸附空气中的水分子，在透明物体表面润湿、扩散形成水膜，对入射的光线不再产生散射作用，对视线也不产生干扰，从而起到防雾的作用。然而，防雾剂经涂布在物体表面形成防雾层侯，很容易从塑料膜表面消失。因而，通常需要将防雾剂加入聚合物基质中使用。

而本发明的技术人员在进一步地探究过程中，偶然发现从江苏盱眙新远光学科技有限公司买入的一种国外进口的防雾剂可作为镀膜材料，应用于制备功能玻璃，能提高光学玻璃的韧性和稳定性的有机材料，并进一步通过结构解析，获得防雾剂的的结构如式(1)所示。

本发明一实施方式提供了式(1)所示的防雾剂作为镀膜材料的应用：

其中，n为10～16的整数。

上述防雾剂可用作镀膜材料，应用于制备功能玻璃，其结构中含有不饱和双键和极性的羧酸基团和含氟基团。一方面，防雾剂中的不饱和双键能发生聚合反应，形成韧性高、粘结力强的高分子膜层；另一方面，镀膜材料中的极性基团之间容易形成不稳定的氢键，当膜层受到外力冲击时，氢键受到冲击断裂，氢键的断裂带走部分冲击能量，从而达到缓冲的作用。如此不仅能提高玻璃基材的韧性，且形成的镀膜具有优异的附着力。

可理解，n为10～16的整数，即n为10、11、12、13、14、15或16。

在其中一些实施例中，n为12。

进一步的，上述防雾剂作为镀膜材料应用于制备玻璃。

进一步地，本发明一实施方式提供一种光学玻璃，该光学玻璃包括：

玻璃基材；

增韧层，设于玻璃基材上，增韧层的材质为如上所述的防雾剂形成的聚合物；及

功能层，设于增韧层的远离所述玻璃基材的表面。

采用上述的防雾剂形成增韧层，不仅能提高玻璃基材的韧性，且形成的膜的附着力优异，提高了光学玻璃的稳定性。

在其中一些实施例中，上述增韧层远离玻璃基材的表面形成羟基表面改性层；进一步地，上述光学玻璃还包括第一结合层，第一结合层设于玻璃基材与增韧层之间，第一结合层的材质独立地选自二氧化硅和氮化硅中的至少一种。

第一结合层能进一步提高增韧层与玻璃基材之间的附着力

进一步地，上述光学玻璃还包括第二结合层，第二结合层设于增韧层的羟基表面改性层与所述功能层之间，第二结合层的材质独立地选自二氧化硅和氮化硅中的至少一种。

增韧层的羟基表面改性层上的羟基与第二结合层结合，从而进一步提高光学玻璃的韧性和附着稳定性。

可理解，增韧层的厚度可根据具体的应用进行调节。

具体地，增韧层的厚度为30nm～50nm。

在其中一些实施例中，第一结合层和/或第二结合层厚度为2nm～5nm。

在其中一些实施例中，玻璃基材表面的水滴角值低于15°；优选地，玻璃基材表面的水滴角值低于1°。

超低的水滴角值有利于增加膜层与玻璃表面之间的连接力，进而有利于提高膜层的附着力与稳定性。

在其中一些实施例中，上述功能层包括颜色膜层、增透膜层、NCVM膜层和防辐照膜层中的至少一种。

可理解，上述功能层的种类可根据实际需要进行选择。

本发明一实施方式还提供一种光学玻璃的制备方法，包括如下步骤S10～S30。

步骤S10、采用如上述的防雾剂在玻璃基材的表面进行镀膜，以在玻璃基材的表面形成增韧层。

步骤S20、在所述增韧层的远离所述玻璃基材的表面形成功能层。

在其中一些实施例中，步骤S10中，在采用如上所述的防雾剂在玻璃基材的表面进行镀膜的步骤之前，还包括如下步骤S11。

步骤S11、在玻璃基材的表面形成第一结合层；第一结合层的材质选自二氧化硅和氮化硅中的至少一种。

在其中一些实施例中，步骤S20中，在增韧层的远离玻璃基材的表面形成功能层的步骤之前，还包括如下步骤S21。

步骤S21、将增韧层的远离玻璃基材的表面活化，形成羟基表面改性层，然后在羟基表面改性层的表面形成第二结合层；第二结合层的材质选自二氧化硅和氮化硅中的至少一种。

在其中一些实施例中，步骤S21中，将增韧层的远离玻璃基材的表面活化的步骤采用RF源离子活化。

进一步地，RF源离子活化时RF源的功率为1200Hz～1500W，活化处理时间为20s～120s。

在其中一些实施例中，步骤S10中，在采用如上所述的防雾剂在玻璃基材表面进行镀膜的步骤之前，还包括对璃基材表面进行RF源轰击的步骤。

进一步地，上述对玻璃基材表面进行RF源轰击的步骤在真空状态下进行，轰击时间为5±1min；RF源轰击时的Ar流量为100sccm～200sccm。

上述对玻璃基材表面进行RF源轰击，使上述玻璃基材表面的水滴角值低于15°；优选地，使玻璃基材表面的水滴角值低于1°。

在其中一些实施例中，采用如上所述的防雾剂在玻璃基材表面进行镀膜的步骤中，采用离子镀的方式进行。

采用离子镀的方式进行镀膜，能进一步提高形成的增韧层在玻璃基材表面的附着力。

离子镀选自磁控溅射离子镀、反应离子镀、空心阴极放电离子镀(空心阴极蒸镀法)、多弧离子镀(阴极电弧离子镀)中的任意一种。具体地，离子镀采用磁控溅射离子镀，条件为：镀膜电流为2A～4A，镀膜时间为200s～300s。

在其中一些实施例中，在玻璃基材的表面形成第一结合层的步骤中和/或在羟基表面改性层的表面形成第二结合层的步骤中，采用磁控溅射的方式进行。

具体地，磁控溅射的条件为：于真空下，采用6000W～6500W的功率、Ar流量为100sccm～120sccm、O₂流量为100sccm～120sccm，镀膜10s～15s。

进一步地，步骤S20中，在增韧层的远离玻璃基材的表面形成功能层的步骤采用磁控溅射进行。

可理解，根据实际所需光学玻璃的性能，相应地采用对应的功能材料，例如颜色膜层、增透膜层、NCVM膜层和防辐照膜层对应的功能材料为彩色镀膜材料、增透镀膜材料、NCVM镀膜材料和防辐照镀膜材料。

进一步地，本发明还提供一种光学设备，包括如上所述的光学玻璃。

上述光学设备包括但不限于各类光学元件，如非球面透镜，球面透镜，平凹透镜，平凸透镜，双凹透镜，双凸透镜，凸弯月透镜，凹弯月透镜，微透镜，透镜阵列等，及有这些元件制成的器件，如球数码相机、摄像机和显微镜等。

下面将结合具体的实施例对本发明进行了说明，但本发明并不局限于下述实施例，应当理解，所附权利要求概括了本发明的范围，在本发明构思的引导下本领域的技术人员应意识到，对本发明的各实施例所进行的一定的改变，都将被本发明的权利要求书的精神和范围所覆盖。

具体实施例

以下为具体实施例。

实施例1

(1)防雾剂的成品制备：

采用江苏盱眙新远光学科技有限公司的进口防雾药，为淡黄色半透明固体状；然后用无水乙醇(99.97％以上纯度)按照1:1稀释；再放入不锈钢坩埚内，与100℃干燥30min，得到的纯的固体作为镀膜材料，经结构解析，其结构如下：

n为12。

(2)采用RF源对光学玻璃表面进行轰击处理，清洁基材表面、释放基材应力，使其表面水滴角接近0°，然后采用SiO₂在玻璃基材表面磁控溅镀，得到5nm第一结合层，再采用步骤(1)获得的镀膜材料进行磁控溅射离子镀，形成增韧层，再采用RF源对增韧层进行弱离子活化处理，以形成羟基表面改性层，然后采用SiO₂在羟基表面改性层磁控溅镀5nm第二结合层，最后镀上颜色膜层，得到有色光学玻璃。

其中，上述过程中依次进行的轰击处理、镀第一结合层、镀增韧层、RF源弱离子活化、镀第二结合层的具体工艺如表1所示。

表1

(3)性能测试：具体测试过程如下。

水百格测试：采用恒温水槽实验机进行，将步骤(2)获得的有色光学玻璃置于80℃±2℃的恒温水槽浸泡30min，然后用无尘布把水去除，置于常温下放置5min干燥，然后在镀层表面划出1mm间距百格，然后贴上胶带，附着后在垂直方向用力拉5次确认其镀层百格状况。具体结果请见表2所示。

面压测试：采用万能材料试验机进行，将步骤(2)获得的有色光学玻璃放置在STEEL材质、HOLE 6mm的JIG专用夹具内，以50mm/min的测试速度按压STEEL材质，Rod 2Φ的顶针夹具至产品指定位置，当使用的力达到某一临界值时玻璃破损。具体结果请见表2所示。

高温高湿测试：采用恒温湿测试仪进行，将步骤(2)获得的有色光学玻璃放置在85℃、85％RH的条件下放置72h，然后在室温CIA放置4h，然后贴上胶带，附着后在垂直方向用力拉确认其品质状况。具体结果请见表2所示。

盐水喷雾测试：按照KSD 9502实验法。具体结果请见表2所示。

冷热冲击测试：采用冷热冲击测试仪进行，将步骤(2)获得的有色光学玻璃置于champer内按周期循环72h(-40℃、30分钟～85℃、30分钟为1个周期)，然后于常温下放置4h后确认其品质状况。具体结果请见表2所示。

注：重复进行步骤(1)～(4)3次，获得3组数据，依次记为1、2、3。

实施例2

实施例2与实施例1基本相同，不同之处仅在于：步骤(2)中，采用RF源对光学玻璃表面进行轰击处理，清洁基材表面、释放基材应力，使其表面水滴角接近0°，然后采用SiO₂在玻璃基材表面磁控溅镀，得到5nm第一结合层，再采用步骤(1)获得的镀膜材料进行蒸发镀膜，形成增韧层，再采用RF源对增韧层进行离子活化处理，以形成羟基表面改性层，然后采用SiO₂在羟基表面改性层磁控溅镀5nm第二结合层，最后镀上颜色膜层，得到有色光学玻璃。。

其中，上述过程中上述过程中进行的轰击处理、镀第一结合层、RF源活化、镀第二结合层的具体工艺同实施例1相同。

在采用步骤(1)获得的镀膜材料进行镀膜时，采用蒸发镀膜形成增韧层：蒸发速率为

其余步骤和条件和实施例1基本相同。

注：同样地进行3次重复实验，获得3组数据。

实施例3

实施例3与实施例1基本相同，不同之处仅在于：步骤(2)中，采用RF源对光学玻璃表面进行轰击处理，清洁基材表面、释放基材应力，使其表面水滴角接近0°，然后直接采用步骤(1)获得的镀膜材料进行磁控溅射离子镀，形成增韧层，最后镀上颜色膜层，得到有色光学玻璃。

其余步骤和条件和实施例1基本相同。

注：同样地进行3次重复实验，获得3组数据。具体请见表3。

对比例1

对比例1与实施例2基本相同，不同之处仅在于：步骤(2)中增韧层的材料为OC-3001，结构如下所示：

其余步骤和条件和实施例2基本相同。

注：同样地进行3次重复实验，获得3组数据。具体请见表2。

下表2中为实施例1～2和对比例1的测试结果，表3为实施例1和实施例3的测试结果。

表2

从表1的实验数据可知：采用上述镀膜材料作增韧层的材料时，在保持优异的韧性的同时，能提高膜的附着力。

表3

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种如式(1)所示的防雾剂作为镀膜材料的应用：

其中，n为10～16的整数。

2.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述防雾剂作为镀膜材料在制备玻璃中的应用。

3.一种光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃包括：

玻璃基材；

增韧层，设于所述玻璃基材上，所述增韧层的材质为如权利要求1所述的防雾剂形成的聚合物；及

功能层，设于所述增韧层的远离所述玻璃基材的表面。

4.如权利要求3所述的光学玻璃，其特征在于，所述增韧层远离所述玻璃基材的表面形成羟基表面改性层；

所述光学玻璃还包括第一结合层和/或第二结合层，所述第一结合层设于所述玻璃基材与所述增韧层之间，所述第二结合层设于所述增韧层的羟基表面改性层与所述功能层之间；

所述第一结合层和/或所述第二结合层的材质独立地选自二氧化硅和氮化硅中的至少一种。

5.如权利要求3～4任一项所述的光学玻璃，其特征在于，所述增韧层的厚度为30nm～50nm。

6.如权利要求3～4任一项所述的光学玻璃，其特征在于，所述功能层包括颜色膜层、增透膜层、NCVM膜层和防辐照膜层中的至少一种。

7.一种光学玻璃的制备方法，其特征在于，包括如下步：

采用如权利要求1所述的防雾剂在玻璃基材的表面进行镀膜，以在玻璃基材的表面形成增韧层；

在所述增韧层的远离所述玻璃基材的表面形成功能层。

8.如权利要求7所述的光学玻璃的制备方法，其特征在于，在所述镀膜的步骤之前，还包括如下步骤：

在玻璃基材的表面形成第一结合层；

所述第一结合层的材质选自二氧化硅和氮化硅中的至少一种。

9.如权利要求8所述的光学玻璃的制备方法，其特征在于，在所述增韧层的远离所述玻璃基材的表面形成功能层的步骤之前，还包括如下步骤：

将所述增韧层的远离所述玻璃基材的表面活化，形成羟基表面改性层，然后在所述羟基表面改性层的表面形成第二结合层；

所述第二结合层的材质选自二氧化硅和氮化硅中的至少一种。

10.一种光学设备，其特征在于，所述光学设备包括如权利要求3～6任一项所述的光学玻璃。

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