專利名稱：利用兩親嵌段共聚物選擇性溶脹成孔制備減反射膜的方法
技術領域：
本發明涉及一種制備減反射膜的方法，尤其涉及一種利用選擇性溶脹兩親嵌段共聚物成孔來制備減反射膜的方法。
背景技術：
減反射膜(增透膜、抗反射膜)是能夠減少光反射，增加透射光的薄膜，被廣泛應用于精密光學器件、陰極射線管、櫥窗玻璃、高能激光器、太陽能吸收器等方面，在光學薄膜生產中占有十分重要的地位。要達到完全減反射效果，減反射膜的厚度以及折射率必須滿足兩方面要求1)涂膜厚度應為增透光波長的四分之一；幻涂膜的折射率應為入射光與基底折射率乘積的平方根。如今使用最多的基片是玻璃材料或透明的有機材料，折射率一般在1. 5左右，因此理論上就要求減反射膜的折射率為1. 22左右，而且對于寬帶減反射膜而言就更加要求有一組可以變化的低折射率薄膜。而現在人們能夠找到的最小折射率為1.5左右(MgF2、 CaF2)，所以傳統的增透膜必須采取大規模的膜系設計技術來達到這些條件。通常一個性能好的增透膜系會達到幾十層甚至上百層，設計繁瑣，且制備工藝極為復雜，需要特殊的儀器設備，直接降低了經濟效益。近年來，隨著技術的不斷發展，在減反射膜中引入多孔結構成了一種新的制備方法。目前主要是通過選擇性溶解、刻蝕、層層自組裝等方法將多孔結構引入光學膜中，雖然能得到比較好的增透效果，但這些方法都需要前后期處理。選擇性溶解法雖然操作相對簡單，但需要通過使用溶劑、UV光或臭氧去除某一成分或嵌段，不易控制；刻蝕法需要特定的掩膜和儀器，成本較高；層層自組裝法要獲得很好的增透效果，需要至少循環5個周期，比較耗時，另外需一些后處理方法如煅燒，限制了塑料等透明基底的使用。“選擇性溶脹成孔”是一個快速完成的物理過程，與化學致孔方法相比，具有普適性強、無物質損失、不產生副產物、簡單易行的突出優勢。通過“選擇性溶脹成孔”能夠把孔尺寸控制在小尺寸、窄范圍內，獲得形貌均一的膜孔結構，首先滿足了減反射膜對小孔尺寸的要求，避免了漫反射的發生；另外經“選擇性溶脹”處理后，膜厚度也會發生一系列的變化，能很好的控制對某一入射光波段的厚度要求，從而能夠精確定點增透，制備工藝更加簡單，優化了減反射效果，因此將“選擇性溶脹成孔”技術應用于減反射膜的制備則能解決現有技術存在的問題與不足。
發明內容
本發明的目的在于解決現有技術的中存在的問題與不足，提供一種利用選擇性溶脹嵌段共聚物成孔制備減反射膜的方法，該方法簡單易行。該方法主要是利用“選擇性溶脹成孔”技術，將聚苯乙烯和聚2-乙烯基吡啶的嵌段共聚物(簡稱PS-b_P2VP)溶解在有機溶劑中，再旋涂于基底上，使溶劑揮發，在溶劑揮發過程中嵌段共聚物發生微相分離，再將基底浸泡溶脹劑中使聚2-乙烯基吡啶嵌段由于溶劑化作用而發生溶脹，然后再脫除溶脹劑，脫除溶脹劑后，溶脹的聚2-乙烯基吡啶嵌段分子鏈塌陷成孔，從而得到具有減反射效果的多孔減反射薄膜。另外通過調節涂膜轉速、溶液濃度以及溶脹時間，減反射膜能實現可見光區和紅外光區平均增透4%，在特定波段能達到最大透過率> 97%。本發明具體步驟如下(1)將聚苯乙烯和聚2-乙烯基吡啶的嵌段共聚物溶解于有機溶劑中，嵌段共聚物質量分數為0. 1 3. Owt % ；(2)將步驟(1)中配制的溶液以旋轉速度1500 SOOOrpm旋轉涂覆于清潔的基底上，在基底表面形成聚合物薄膜，隨后在30 70°C真空干燥3 15小時使嵌段共聚物發生微相分離；(3)將步驟⑵中涂有嵌段共聚物薄膜的基底浸泡于60°C溶脹劑中，浸泡0. 1 15小時使聚2-乙烯基吡啶嵌段發生溶脹；(4)最后將步驟C3)浸泡在溶脹劑中涂有聚合物薄膜的基底取出，脫除溶脹劑后， 得到具有多孔結構的減反射膜。本發明的利用兩親嵌段共聚物選擇性溶脹成孔制備減反射膜的方法中，所述的有機溶劑優選為四氫呋喃或氯仿；所述的基底優選為玻璃基底；所述的溶脹劑優選為無水乙醇；所述的脫除溶脹劑方法是用去離子水清洗具有聚合物薄膜的基底，再將基底表面吹干。本發明具有以下有益效果與現有技術相比，本發明提供了一種全新的利用嵌段共聚物選擇性溶脹成孔制備減反射膜的方法，只需通過溶脹劑無水乙醇選擇性溶脹PS-b-P2VP中的P2VP嵌段，而在脫除乙醇后P2VP鏈段收縮成孔，即可獲得在570nm處最大透過率可達98. 2%，在可見光區和紅外區平均增透4%的減反射膜。這種工藝路線的優點是制作方法簡單，無需去除任一嵌段，只需通過調節轉速、溶液濃度，然后經選擇性溶脹處理即可獲得具有高透過效果的多孔減反射膜。
圖1為減反射膜表面形貌隨聚合物濃度變化的掃描電子顯微鏡(SEM)圖，是以四氫呋喃為溶劑，聚合物濃度為0. 3wt%，轉速5000rpm，真空70°C干燥3小時，隨后乙醇溶脹 15小時后的SEM照片。圖2為減反射膜表面形貌隨聚合物濃度變化的掃描電子顯微鏡(SEM)圖，是以四氫呋喃為溶劑，聚合物濃度為0. 5wt%，轉速5000rpm，真空70°C干燥3小時，隨后乙醇溶脹 15小時后的SEM照片。圖3為減反射膜表面形貌隨聚合物濃度變化的掃描電子顯微鏡(SEM)圖，是以四氫呋喃為溶劑，聚合物濃度為1. Owt2. 0Wt%，轉速5000rpm，真空70°C干燥3小時，隨后乙醇溶脹15小時后的SEM照片。圖4為減反射膜表面形貌隨聚合物濃度變化的掃描電子顯微鏡(SEM)圖，是以四氫呋喃為溶劑，聚合物濃度為2. Owt%,轉速5000rpm，真空70°C干燥3小時，隨后乙醇溶脹 15小時后的SEM照片。圖5為實例3經乙醇溶脹15小時后多孔減反射膜的SEM截面形貌照片；
圖6為實例1減反射膜隨轉速變化的透過率曲線圖；圖7為溶劑為四氫呋喃，聚合物濃度分別為0. 3wt%,0. 5wt%U. Owt%U. 2wt%, 2. 0wt%，經涂膜轉速為5000rpm，乙醇溶脹15小時后得到減反射膜隨聚合物濃度變化的透過率曲線圖；圖8為實例3減反射膜隨乙醇溶脹時間變化的透過率曲線圖；圖9為實例6經乙醇溶脹后減反射膜透過率曲線圖。
具體實施例方式實施例1(1)將嵌段共聚物PS-b_P2VP溶解于四氫呋喃中，嵌段共聚物質量分數為 0. 3wt% ；(2)將步驟(1)中配制的溶液以5000rpm旋轉速度旋涂于清潔的玻璃基底上，在基底表面形成聚合物薄膜，隨后在真空60°C條件下干燥6小時使嵌段共聚物發生微相分離；(3)將步驟(2)中涂有嵌段共聚物薄膜的基底浸泡于60°C無水乙醇中，浸泡15小時使P2VP嵌段發生溶脹；(4)最后將步驟(3)浸泡在無水乙醇中涂有聚合物薄膜的基底取出，并用去離子水清洗具有聚合物薄膜的基底，將基底表面吹干，得到具有多孔結構的減反射膜。實施例2(1)將嵌段共聚物PS-b_P2VP溶解于四氫呋喃中，嵌段共聚物質量分數為
0.5wt% ；(2)將步驟(1)中配制的溶液分別以旋轉速度1500rpm、2000rpm、3000rpm、 4000rpm、5000rpm、6000rpm、7000rpm和8000rpm旋涂于清潔的玻璃基底上，在基底表面形
成聚合物薄膜，隨后在真空30°C條件下干燥15小時使嵌段共聚物發生微相分離；(3)將步驟(2)中涂有嵌段共聚物薄膜的基底浸泡于60°C無水乙醇中，浸泡15小時使P2VP嵌段發生溶脹；(4)最后將步驟(3)浸泡在無水乙醇中涂有聚合物薄膜的基底取出，并用去離子水清洗具有聚合物薄膜的基底，將基底表面吹干，得到具有多孔結構的減反射膜，其透過率如圖3所示。實施例3(1)將嵌段共聚物PS-b_P2VP溶解于四氫呋喃中，嵌段共聚物質量分數為
1.Owt % ；(2)將步驟(1)中配制的溶液以5000rpm旋轉速度旋涂于清潔的玻璃基底上，在基底表面形成聚合物薄膜，隨后在真空70°C條件下干燥3小時使嵌段共聚物發生微相分離；(3)將步驟O)中涂有嵌段共聚物薄膜的基底浸泡于60°C無水乙醇中，分別浸泡 1小時、4小時、15小時使P2VP嵌段發生不同程度的溶脹；(4)最后將步驟(3)浸泡在無水乙醇中涂有聚合物薄膜的基底取出，并用去離子水清洗具有聚合物薄膜的基底，將基底表面吹干，得到具有多孔結構的減反射膜，所制膜的透過率如圖5所示。實施例4
(1)將嵌段共聚物PS-b_P2VP溶解于四氫呋喃中，嵌段共聚物質量分數為
1.2wt% ；(2)將步驟(1)中配制的溶液以5000rpm旋轉速度旋涂于清潔的玻璃基底上，在基底表面形成聚合物薄膜，隨后在真空70°C條件下干燥3小時使嵌段共聚物發生微相分離；(3)將步驟( 中涂有嵌段共聚物薄膜的基底浸泡于60°C無水乙醇中，浸泡15小時使P2VP嵌段發生溶脹；(4)最后將步驟(3)浸泡在無水乙醇中涂有聚合物薄膜的基底取出，并用去離子水清洗具有聚合物薄膜的基底，將基底表面吹干，得到具有多孔結構的減反射膜。實施例5(1)將嵌段共聚物PS-b_P2VP溶解于四氫呋喃中，嵌段共聚物質量分數為
2.Owt % ；(2)將步驟(1)中配制的溶液以5000rpm旋轉速度旋涂于清潔的玻璃基底上，在基底表面形成聚合物薄膜，隨后在真空70°C條件下干燥3小時使嵌段共聚物發生微相分離；(3)將步驟( 中涂有嵌段共聚物薄膜的基底浸泡于60°C無水乙醇中，浸泡15小時使P2VP嵌段發生溶脹；(4)最后將步驟(3)浸泡在無水乙醇中涂有聚合物薄膜的基底取出，并用去離子水清洗具有聚合物薄膜的基底，將基底表面吹干，得到具有多孔結構的減反射膜。實施例6(1)將嵌段共聚物PS-b_P2VP溶解于氯仿中，嵌段共聚物質量分數為1.3Wt% ；(2)將步驟(1)中配制的溶液以5000rpm旋轉速度旋涂于清潔的玻璃基底上，在基底表面形成聚合物薄膜，在真空70°C下干燥3小時使嵌段共聚物發生微相分離；(3)將步驟O)中涂有嵌段共聚物薄膜的基底浸泡于無水乙醇中，浸泡15小時使 P2VP嵌段發生溶脹；(4)最后將步驟(3)浸泡在無水乙醇中涂有聚合物薄膜的基底取出，并用去離子水清洗具有聚合物薄膜的基底，將基底表面吹干，得到具有多孔結構的減反射膜。
權利要求
1.一種利用兩親嵌段共聚物選擇性溶脹成孔制備減反射膜的方法，其特征在于該方法是將聚苯乙烯和聚2-乙烯基吡啶的嵌段共聚物溶解在有機溶劑中，再旋涂于基底上，使溶劑揮發，在溶劑揮發過程中嵌段共聚物發生微相分離，再將基底浸泡溶脹劑中使聚2-乙烯基吡啶嵌段由于溶劑化作用而發生溶脹，然后再脫除溶脹劑，脫除溶脹劑后，溶脹的聚 2-乙烯基吡啶嵌段分子鏈塌陷成孔，從而得到具有減反射效果的多孔減反射薄膜。
2.根據權利要求1所述的利用兩親嵌段共聚物選擇性溶脹成孔制備減反射膜的方法， 其特征在于包括以下具體步驟(1)將聚苯乙烯和聚2-乙烯基吡啶的嵌段共聚物溶解于有機溶劑中，嵌段共聚物質量分數為0. 1 3. Owt % ；(2)將步驟(1)中配制的溶液以旋轉速度1500 SOOOrpm旋轉涂覆于清潔的基底上， 在基底表面形成聚合物薄膜，隨后在30 70°C真空干燥3 15小時使嵌段共聚物發生微相分離；(3)將步驟( 中涂有嵌段共聚物薄膜的基底浸泡于60°C溶脹劑中，浸泡0.1 15小時使聚2-乙烯基吡啶嵌段發生溶脹；(4)最后將步驟C3)浸泡在溶脹劑中涂有聚合物薄膜的基底取出，脫除溶脹劑后，得到具有多孔結構的減反射膜。
3.根據權利要求1或2所述的利用兩親嵌段共聚物選擇性溶脹成孔制備減反射膜的方法，其特征在于所述的有機溶劑為四氫呋喃或氯仿。
4.根據權利要求1或2所述的利用兩親嵌段共聚物選擇性溶脹成孔制備減反射膜的方法，其特征在于所述的基底為玻璃基底。
5.根據權利要求1或2所述的利用兩親嵌段共聚物選擇性溶脹成孔制備減反射膜的方法，其特征在于所述的溶脹劑為無水乙醇。
6.根據權利要求2所述的利用兩親嵌段共聚物選擇性溶脹成孔制備減反射膜的方法， 其特征在于所述的脫除溶脹劑方法是用去離子水清洗具有聚合物薄膜的基底，再將基底表面吹干。
全文摘要
本發明公開了一種利用選擇性溶脹嵌段共聚物成孔制備減反射膜的方法，該方法簡單易行。該方法主要是利用“選擇性溶脹成孔”技術，將聚苯乙烯和聚2-乙烯基吡啶的嵌段共聚物溶解在有機溶劑中，再旋涂于基底上，使溶劑揮發，在溶劑揮發過程中嵌段共聚物發生微相分離，再將基底浸泡溶脹劑中使聚2-乙烯基吡啶嵌段由于溶劑化作用而發生溶脹，然后再脫除溶脹劑，脫除溶脹劑后，溶脹的聚2-乙烯基吡啶嵌段分子鏈塌陷成孔，從而得到具有減反射效果的多孔減反射薄膜。另外通過調節涂膜轉速、溶液濃度以及溶脹時間，減反射膜能實現可見光區和紅外光區平均增透4％，在特定波段能達到最大透過率＞97％。
文檔編號C08J7/02GK102516583SQ20111036759
公開日2012年6月27日 申請日期2011年11月18日 優先權日2011年11月18日
發明者汪勇, 童靈 申請人:南京工業大學