如何在減反射涂層里用好中空粒子

需要增透減反技術(shù)可以聯(lián)系我們上海工廠

上海卷柔新技術(shù)光電有限公司是一家專業(yè)研發(fā)生產(chǎn)光學(xué)儀器及其零配件的高科技企業(yè)，公司2005年成立在上海閔行零號灣創(chuàng)業(yè)園區(qū)，專業(yè)的光電鍍膜公司，技術(shù)背景依托中國科學(xué)院，卷柔產(chǎn)品主要涉及光學(xué)儀器及其零配件的研發(fā)和加工；光學(xué)透鏡、反射鏡、棱鏡，平板顯示，安防監(jiān)控等光學(xué)鍍膜產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)，為全球客戶提供上等的產(chǎn)品和服務(wù)。

Q1：使用你們的中空粒子分散液，涂出來表觀很差，幾乎沒有硬度和附著，怎么回事？

A1：我們產(chǎn)品分中空粒子分散液跟減反射涂液。中空粒子分散液本身并不能成膜，直接涂覆分散液，*終只能得到一顆顆粒子排列在基材表面，跟基材，甚至粒子之間并沒有相互作用，即使能觀察到減反效果，也并不是完整的涂層，中空粒子需要跟粘合劑（無機(jī)硅溶膠或有機(jī)丙烯酸樹脂等）共同使用，在其他助劑的幫助下，才能形成完整的、具有一定力學(xué)性能的減反射涂層。如果是我們的減反射涂液，則可以直接使用，無需添加其他成分。

Q2：中空粒子加入我們的涂料體系中，容易發(fā)白、凝膠或沉降，體系粘度上升，如何破？

A2：減反涂層按溶劑分為水性體系跟油性體系，按固化方式又大體分為熱固體系和輻射固化體系。不同的溶劑體系跟固化方式，對中空粒子的分散體系提出了不同的要求。以玻璃的減反涂層來講，溶劑通常為醇類，熱固，所用粘合劑為硅溶膠，這就要求中空粒子表面羥基越多越好，分散介質(zhì)可以選擇水或醇類。以PET減反涂層來講，溶劑通常為酯類、醚類或酮類，UV固化，所用粘合劑多為各種類型的丙烯酸樹脂，如果硅球表面全是羥基，則很難分散，容易引起團(tuán)聚、析出或凝膠，這就要對中空粒子表面進(jìn)行處理，以增加雙鍵為宜，既能提升分散，又能參與固化交聯(lián)。然而，每一款特定的減反涂層配方不只有溶劑、粘合劑和中空粒子，可能還有流平劑、消泡劑等等，pH有酸有堿，這些都可能是引起中空粒子不穩(wěn)定的因素，所以需要具體問題具體分析。

Q3：使用中空粒子配好涂料后體系是透明的，但是在涂層干燥過程中，發(fā)現(xiàn)膜層有發(fā)霧，嚴(yán)重影響透過率，咋辦？

A3：減反射涂液的整體固含偏低，溶劑含量通常在90%以上，在如此大量溶劑的幫助下，通常很容易引起誤判，感覺中空粒子在涂料體系中分散很好，實(shí)際上，在溶劑快速揮發(fā)的過程中，中空粒子跟樹脂的不相容性逐漸體現(xiàn)出來，相分離在慢慢發(fā)生。與Q2相比，在Q3中，樹脂跟中空粒子至少都能穩(wěn)定分散在某種溶劑中。要改善這種情況，需要對中空粒子表面進(jìn)行針對性調(diào)整，包括但不限于化學(xué)接枝，分散體系pH、離子強(qiáng)度的改變有時(shí)也能起到事半功倍的效果。

Q4：中空粒子跟我們的體系相容性很好，涂層固化后，也是透明的，但是透過率上不去，反射率下不來，還能調(diào)整嗎？

A4：我們回到前一篇文章中提到的菲涅耳方程以及涂層的厚度公式：

以反射率為例，反射率*終能降低到什么水平，取決于材料折射率nc是否足夠接近n1*n2，越接近，反射率理論能降低到0，增加中空粒子的添加量，能夠降低nc，使其接近n1*n2，一旦中空粒子的比例固定下來，那么理論上，我們能夠得到的反射率就已經(jīng)固定下來了，但是有朋友測試出來的數(shù)值遠(yuǎn)高于理論值。這就要考慮另一個(gè)因素：涂層厚度h，它也要滿足上述公式。我們以這張典型的反射率曲線來說明：

當(dāng)選擇550納米作為檢測波長時(shí)，如果涂層厚度滿足上述公式，那么在550納米波長處會(huì)觀察到反射率的*低點(diǎn)（波谷），說明涂層厚度正好合適，反射率接近理論值。如果檢測到這個(gè)波谷的位置在550納米右側(cè)，說明涂厚了，如果在左側(cè)，則說明涂薄了。對于一款折射率固定的減反射涂料來講，這種方法可以快速確定厚度是否處于*優(yōu)值?？偨Y(jié)一下：材料本身的折射率決定了波谷能低到什么位置（看縱軸），而涂層厚度決定了這個(gè)波谷是在目標(biāo)波長的左側(cè) 還是右側(cè)（看橫軸）。如果兩者都*優(yōu)，那恭喜你，得到了一款光學(xué)性能不錯(cuò)的減反射涂層。

Q5：使用你們的中空粒子跟我們的HC樹脂（硬度夠高，耐磨不錯(cuò)）調(diào)出來的減反涂料在PET表面光學(xué)效果不錯(cuò)，但為啥硬度跟耐磨上不去？

A5：光學(xué)性能優(yōu)異的減反射涂層，通常厚度就在100-200納米范圍內(nèi)，除了丙烯酸樹脂，里面填充有大量的無機(jī)的二氧化硅中空粒子，這本身會(huì)對涂層的力學(xué)性能造成影響。通常來說，具有3H鉛筆硬度的硬化層（HC），是基于其幾微米厚度而言，表層即使有氧阻聚，影響也不大，涂層中部及底部固化還是相當(dāng)充分的。當(dāng)把減反射涂層直接涂布于PET基材（不帶HC層）表面時(shí)，因?yàn)镻ET本身也比較軟，不耐磨，不足以提供有效支撐，加之100納米涂層的表面氧阻聚會(huì)非常明顯，導(dǎo)致*終的減反涂層幾乎沒有任何硬度和耐磨性。如果只追求光學(xué)效果，這個(gè)方案是可以的。

Q6：基于中空粒子的減反射方案，能否做到硬度、耐磨跟光學(xué)兼顧？

A6：這個(gè)答案是確定以及肯定的。目前日本幾家公司提供的方案就是HC+AR的方案。這個(gè)體系相對單純的AR體系要更復(fù)雜，需要考慮HC和AR的兼容性，不是HC硬度越高越好，也不是HC固化得越充分越好。綜合我們之前研究的經(jīng)驗(yàn)，在考慮一款HC是否能跟AR搭配的時(shí)候，需要考慮幾個(gè)因素：1. HC的厚度，建議3-5微米，低于3微米，硬度可能會(huì)上不來；2. HC表面的重涂性要好，也就是達(dá)因值要高一些；3. HC固化的時(shí)候能量低一些，待AR涂覆后再大幅提升能量；4. 考慮在HC中引入一些能夠跟AR反應(yīng)的其他基團(tuán)（雙鍵除外），以盡可能減少HC跟AR的物理界面；5. 在中空粒子上做文章。

限于篇幅，今天我們先解答這6個(gè)問題，還有其他類似如何提高水滴角、如何提高耐鋼絲絨、如何在AG涂層上做AR、如何一遍涂布同時(shí)實(shí)現(xiàn)HC+AR+AF功能，我們下次再來詳聊。

來源：趙永亮 DilatoMaterials

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