专利名称：利用两亲嵌段共聚物选择性溶胀成孔制备减反射膜的方法
技术领域：
本发明涉及一种制备减反射膜的方法，尤其涉及一种利用选择性溶胀两亲嵌段共聚物成孔来制备减反射膜的方法。
背景技术：
减反射膜(增透膜、抗反射膜)是能够减少光反射，增加透射光的薄膜，被广泛应用于精密光学器件、阴极射线管、橱窗玻璃、高能激光器、太阳能吸收器等方面，在光学薄膜生产中占有十分重要的地位。要达到完全减反射效果，减反射膜的厚度以及折射率必须满足两方面要求1)涂膜厚度应为增透光波长的四分之一；幻涂膜的折射率应为入射光与基底折射率乘积的平方根。如今使用最多的基片是玻璃材料或透明的有机材料，折射率一般在1. 5左右，因此理论上就要求减反射膜的折射率为1. 22左右，而且对于宽带减反射膜而言就更加要求有一组可以变化的低折射率薄膜。而现在人们能够找到的最小折射率为1.5左右(MgF2、 CaF2)，所以传统的增透膜必须采取大规模的膜系设计技术来达到这些条件。通常一个性能好的增透膜系会达到几十层甚至上百层，设计繁琐，且制备工艺极为复杂，需要特殊的仪器设备，直接降低了经济效益。近年来，随着技术的不断发展，在减反射膜中引入多孔结构成了一种新的制备方法。目前主要是通过选择性溶解、刻蚀、层层自组装等方法将多孔结构引入光学膜中，虽然能得到比较好的增透效果，但这些方法都需要前后期处理。选择性溶解法虽然操作相对简单，但需要通过使用溶剂、UV光或臭氧去除某一成分或嵌段，不易控制；刻蚀法需要特定的掩膜和仪器，成本较高；层层自组装法要获得很好的增透效果，需要至少循环5个周期，比较耗时，另外需一些后处理方法如煅烧，限制了塑料等透明基底的使用。“选择性溶胀成孔”是一个快速完成的物理过程，与化学致孔方法相比，具有普适性强、无物质损失、不产生副产物、简单易行的突出优势。通过“选择性溶胀成孔”能够把孔尺寸控制在小尺寸、窄范围内，获得形貌均一的膜孔结构，首先满足了减反射膜对小孔尺寸的要求，避免了漫反射的发生；另外经“选择性溶胀”处理后，膜厚度也会发生一系列的变化，能很好的控制对某一入射光波段的厚度要求，从而能够精确定点增透，制备工艺更加简单，优化了减反射效果，因此将“选择性溶胀成孔”技术应用于减反射膜的制备则能解决现有技术存在的问题与不足。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术的中存在的问题与不足，提供一种利用选择性溶胀嵌段共聚物成孔制备减反射膜的方法，该方法简单易行。该方法主要是利用“选择性溶胀成孔”技术，将聚苯乙烯和聚2-乙烯基吡啶的嵌段共聚物(简称PS-b_P2VP)溶解在有机溶剂中，再旋涂于基底上，使溶剂挥发，在溶剂挥发过程中嵌段共聚物发生微相分离，再将基底浸泡溶胀剂中使聚2-乙烯基吡啶嵌段由于溶剂化作用而发生溶胀，然后再脱除溶胀剂，脱除溶胀剂后，溶胀的聚2-乙烯基吡啶嵌段分子链塌陷成孔，从而得到具有减反射效果的多孔减反射薄膜。另外通过调节涂膜转速、溶液浓度以及溶胀时间，减反射膜能实现可见光区和红外光区平均增透4%，在特定波段能达到最大透过率> 97%。本发明具体步骤如下(1)将聚苯乙烯和聚2-乙烯基吡啶的嵌段共聚物溶解于有机溶剂中，嵌段共聚物质量分数为0. 1 3. Owt % ；(2)将步骤(1)中配制的溶液以旋转速度1500 SOOOrpm旋转涂覆于清洁的基底上，在基底表面形成聚合物薄膜，随后在30 70°C真空干燥3 15小时使嵌段共聚物发生微相分离；(3)将步骤⑵中涂有嵌段共聚物薄膜的基底浸泡于60°C溶胀剂中，浸泡0. 1 15小时使聚2-乙烯基吡啶嵌段发生溶胀；(4)最后将步骤C3)浸泡在溶胀剂中涂有聚合物薄膜的基底取出，脱除溶胀剂后， 得到具有多孔结构的减反射膜。本发明的利用两亲嵌段共聚物选择性溶胀成孔制备减反射膜的方法中，所述的有机溶剂优选为四氢呋喃或氯仿；所述的基底优选为玻璃基底；所述的溶胀剂优选为无水乙醇；所述的脱除溶胀剂方法是用去离子水清洗具有聚合物薄膜的基底，再将基底表面吹干。本发明具有以下有益效果与现有技术相比，本发明提供了一种全新的利用嵌段共聚物选择性溶胀成孔制备减反射膜的方法，只需通过溶胀剂无水乙醇选择性溶胀PS-b-P2VP中的P2VP嵌段，而在脱除乙醇后P2VP链段收缩成孔，即可获得在570nm处最大透过率可达98. 2%，在可见光区和红外区平均增透4%的减反射膜。这种工艺路线的优点是制作方法简单，无需去除任一嵌段，只需通过调节转速、溶液浓度，然后经选择性溶胀处理即可获得具有高透过效果的多孔减反射膜。
图1为减反射膜表面形貌随聚合物浓度变化的扫描电子显微镜(SEM)图，是以四氢呋喃为溶剂，聚合物浓度为0. 3wt%，转速5000rpm，真空70°C干燥3小时，随后乙醇溶胀 15小时后的SEM照片。图2为减反射膜表面形貌随聚合物浓度变化的扫描电子显微镜(SEM)图，是以四氢呋喃为溶剂，聚合物浓度为0. 5wt%，转速5000rpm，真空70°C干燥3小时，随后乙醇溶胀 15小时后的SEM照片。图3为减反射膜表面形貌随聚合物浓度变化的扫描电子显微镜(SEM)图，是以四氢呋喃为溶剂，聚合物浓度为1. Owt2. 0Wt%，转速5000rpm，真空70°C干燥3小时，随后乙醇溶胀15小时后的SEM照片。图4为减反射膜表面形貌随聚合物浓度变化的扫描电子显微镜(SEM)图，是以四氢呋喃为溶剂，聚合物浓度为2. Owt%,转速5000rpm，真空70°C干燥3小时，随后乙醇溶胀 15小时后的SEM照片。图5为实例3经乙醇溶胀15小时后多孔减反射膜的SEM截面形貌照片；
图6为实例1减反射膜随转速变化的透过率曲线图；图7为溶剂为四氢呋喃，聚合物浓度分别为0. 3wt%,0. 5wt%U. Owt%U. 2wt%, 2. 0wt%，经涂膜转速为5000rpm，乙醇溶胀15小时后得到减反射膜随聚合物浓度变化的透过率曲线图；图8为实例3减反射膜随乙醇溶胀时间变化的透过率曲线图；图9为实例6经乙醇溶胀后减反射膜透过率曲线图。
具体实施例方式实施例1(1)将嵌段共聚物PS-b_P2VP溶解于四氢呋喃中，嵌段共聚物质量分数为 0. 3wt% ；(2)将步骤(1)中配制的溶液以5000rpm旋转速度旋涂于清洁的玻璃基底上，在基底表面形成聚合物薄膜，随后在真空60°C条件下干燥6小时使嵌段共聚物发生微相分离；(3)将步骤(2)中涂有嵌段共聚物薄膜的基底浸泡于60°C无水乙醇中，浸泡15小时使P2VP嵌段发生溶胀；(4)最后将步骤(3)浸泡在无水乙醇中涂有聚合物薄膜的基底取出，并用去离子水清洗具有聚合物薄膜的基底，将基底表面吹干，得到具有多孔结构的减反射膜。实施例2(1)将嵌段共聚物PS-b_P2VP溶解于四氢呋喃中，嵌段共聚物质量分数为
0.5wt% ；(2)将步骤(1)中配制的溶液分别以旋转速度1500rpm、2000rpm、3000rpm、 4000rpm、5000rpm、6000rpm、7000rpm和8000rpm旋涂于清洁的玻璃基底上，在基底表面形
成聚合物薄膜，随后在真空30°C条件下干燥15小时使嵌段共聚物发生微相分离；(3)将步骤(2)中涂有嵌段共聚物薄膜的基底浸泡于60°C无水乙醇中，浸泡15小时使P2VP嵌段发生溶胀；(4)最后将步骤(3)浸泡在无水乙醇中涂有聚合物薄膜的基底取出，并用去离子水清洗具有聚合物薄膜的基底，将基底表面吹干，得到具有多孔结构的减反射膜，其透过率如图3所示。实施例3(1)将嵌段共聚物PS-b_P2VP溶解于四氢呋喃中，嵌段共聚物质量分数为
1.Owt % ；(2)将步骤(1)中配制的溶液以5000rpm旋转速度旋涂于清洁的玻璃基底上，在基底表面形成聚合物薄膜，随后在真空70°C条件下干燥3小时使嵌段共聚物发生微相分离；(3)将步骤O)中涂有嵌段共聚物薄膜的基底浸泡于60°C无水乙醇中，分别浸泡 1小时、4小时、15小时使P2VP嵌段发生不同程度的溶胀；(4)最后将步骤(3)浸泡在无水乙醇中涂有聚合物薄膜的基底取出，并用去离子水清洗具有聚合物薄膜的基底，将基底表面吹干，得到具有多孔结构的减反射膜，所制膜的透过率如图5所示。实施例4
(1)将嵌段共聚物PS-b_P2VP溶解于四氢呋喃中，嵌段共聚物质量分数为
1.2wt% ；(2)将步骤(1)中配制的溶液以5000rpm旋转速度旋涂于清洁的玻璃基底上，在基底表面形成聚合物薄膜，随后在真空70°C条件下干燥3小时使嵌段共聚物发生微相分离；(3)将步骤( 中涂有嵌段共聚物薄膜的基底浸泡于60°C无水乙醇中，浸泡15小时使P2VP嵌段发生溶胀；(4)最后将步骤(3)浸泡在无水乙醇中涂有聚合物薄膜的基底取出，并用去离子水清洗具有聚合物薄膜的基底，将基底表面吹干，得到具有多孔结构的减反射膜。实施例5(1)将嵌段共聚物PS-b_P2VP溶解于四氢呋喃中，嵌段共聚物质量分数为
2.Owt % ；(2)将步骤(1)中配制的溶液以5000rpm旋转速度旋涂于清洁的玻璃基底上，在基底表面形成聚合物薄膜，随后在真空70°C条件下干燥3小时使嵌段共聚物发生微相分离；(3)将步骤( 中涂有嵌段共聚物薄膜的基底浸泡于60°C无水乙醇中，浸泡15小时使P2VP嵌段发生溶胀；(4)最后将步骤(3)浸泡在无水乙醇中涂有聚合物薄膜的基底取出，并用去离子水清洗具有聚合物薄膜的基底，将基底表面吹干，得到具有多孔结构的减反射膜。实施例6(1)将嵌段共聚物PS-b_P2VP溶解于氯仿中，嵌段共聚物质量分数为1.3Wt% ；(2)将步骤(1)中配制的溶液以5000rpm旋转速度旋涂于清洁的玻璃基底上，在基底表面形成聚合物薄膜，在真空70°C下干燥3小时使嵌段共聚物发生微相分离；(3)将步骤O)中涂有嵌段共聚物薄膜的基底浸泡于无水乙醇中，浸泡15小时使 P2VP嵌段发生溶胀；(4)最后将步骤(3)浸泡在无水乙醇中涂有聚合物薄膜的基底取出，并用去离子水清洗具有聚合物薄膜的基底，将基底表面吹干，得到具有多孔结构的减反射膜。
权利要求
1.一种利用两亲嵌段共聚物选择性溶胀成孔制备减反射膜的方法，其特征在于该方法是将聚苯乙烯和聚2-乙烯基吡啶的嵌段共聚物溶解在有机溶剂中，再旋涂于基底上，使溶剂挥发，在溶剂挥发过程中嵌段共聚物发生微相分离，再将基底浸泡溶胀剂中使聚2-乙烯基吡啶嵌段由于溶剂化作用而发生溶胀，然后再脱除溶胀剂，脱除溶胀剂后，溶胀的聚 2-乙烯基吡啶嵌段分子链塌陷成孔，从而得到具有减反射效果的多孔减反射薄膜。
2.根据权利要求1所述的利用两亲嵌段共聚物选择性溶胀成孔制备减反射膜的方法， 其特征在于包括以下具体步骤(1)将聚苯乙烯和聚2-乙烯基吡啶的嵌段共聚物溶解于有机溶剂中，嵌段共聚物质量分数为0. 1 3. Owt % ；(2)将步骤(1)中配制的溶液以旋转速度1500 SOOOrpm旋转涂覆于清洁的基底上， 在基底表面形成聚合物薄膜，随后在30 70°C真空干燥3 15小时使嵌段共聚物发生微相分离；(3)将步骤( 中涂有嵌段共聚物薄膜的基底浸泡于60°C溶胀剂中，浸泡0.1 15小时使聚2-乙烯基吡啶嵌段发生溶胀；(4)最后将步骤C3)浸泡在溶胀剂中涂有聚合物薄膜的基底取出，脱除溶胀剂后，得到具有多孔结构的减反射膜。
3.根据权利要求1或2所述的利用两亲嵌段共聚物选择性溶胀成孔制备减反射膜的方法，其特征在于所述的有机溶剂为四氢呋喃或氯仿。
4.根据权利要求1或2所述的利用两亲嵌段共聚物选择性溶胀成孔制备减反射膜的方法，其特征在于所述的基底为玻璃基底。
5.根据权利要求1或2所述的利用两亲嵌段共聚物选择性溶胀成孔制备减反射膜的方法，其特征在于所述的溶胀剂为无水乙醇。
6.根据权利要求2所述的利用两亲嵌段共聚物选择性溶胀成孔制备减反射膜的方法， 其特征在于所述的脱除溶胀剂方法是用去离子水清洗具有聚合物薄膜的基底，再将基底表面吹干。
全文摘要
本发明公开了一种利用选择性溶胀嵌段共聚物成孔制备减反射膜的方法，该方法简单易行。该方法主要是利用“选择性溶胀成孔”技术，将聚苯乙烯和聚2-乙烯基吡啶的嵌段共聚物溶解在有机溶剂中，再旋涂于基底上，使溶剂挥发，在溶剂挥发过程中嵌段共聚物发生微相分离，再将基底浸泡溶胀剂中使聚2-乙烯基吡啶嵌段由于溶剂化作用而发生溶胀，然后再脱除溶胀剂，脱除溶胀剂后，溶胀的聚2-乙烯基吡啶嵌段分子链塌陷成孔，从而得到具有减反射效果的多孔减反射薄膜。另外通过调节涂膜转速、溶液浓度以及溶胀时间，减反射膜能实现可见光区和红外光区平均增透4％，在特定波段能达到最大透过率＞97％。
文档编号C08J7/02GK102516583SQ20111036759
公开日2012年6月27日 申请日期2011年11月18日 优先权日2011年11月18日
发明者汪勇, 童灵 申请人:南京工业大学