专利名称：含金属氧化物纳米粒子的树脂光学透镜及制作方法
技术领域：
本发明属一种光学透镜，特别涉及含金属氧化物纳米粒子的树脂材料的透镜，还涉及含金属氧化物纳米粒子的树脂透镜的制作方法。
背景技术：
夏日里，强烈的阳光容易伤害人们的眼睛；受激光直射的眼睛和光电设备的传感器等也可能被致伤或破坏。为此人们选择太阳镜、激光镜等光学透镜进行防护。
现有的遮阳用的太阳镜多选择质轻、不易破碎的有机树脂镜片制作。这种树脂镜片的外表面多为有机染料染致而成。而目前市售的激光护防镜多为无机玻璃片。
制作树脂遮阳镜的大致步骤是首先制成透明毛坯片子，把水溶性的有机染料在容器内溶于水中；在大约70-100℃的温度下，将透明的有机树脂镜片毛坯浸在上述装有染料水溶液的容器中，浸泡5-10分钟，将毛坯从容器中提拉出来，经过纯水洗净即为带有染料颜色的镜片。
采用上述工艺制作的太阳镜片，由于有机染料多半是一些偶氮类有机分子，染料浸透入镜面一层，在阳光长时间照射下会褪色，不能经久耐用；即或把有机染料直接溶解在高分子单体中进行聚合，因为引发剂是一种极强的氧化剂，也会使染料分子在聚合过程中变异而褪色。采用浸染工艺制作太阳镜片，由于是在容器中染色，染料的浓度因多批次使用，每批镜片染色的深浅程度不同，造成产品的重复性不好。无机玻璃镜片的激光防护镜质量重，戴在人的眼睛上不舒服，弹片冲击易致伤人眼。即或用金属有机化合物制作激光镜片，一种化合物只能防护单一波段；几种化合物混合才能多波段防护，而多种材料引入镜片制作，使透光度大大降低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服背景技术的不足，采用纳米粒子分散到树脂中制作光学镜片，具有质量轻、不易碎、多种颜色、透光度好、防护能力强等许多优异的性能。
本发明所说的树脂光学透镜，是指能透过光线的镜片，包括平面镜和曲面镜，包括用于防护强太阳光和激光的镜片，可以用于人眼睛的防护，也可作为军事上光电设备的传感器等的激光防护。
本发明的含金属氧化物纳米粒子的树脂光学透镜，其组成包括金属氧化物纳米粒子和高分子单体材料。所说的金属氧化物纳米粒子是核壳型过渡金属氧化物纳米粒子，其核为过渡族金属、其壳为表面活性剂；所说的高分子单体是二乙二醇双烯丙基碳酸酯(CR39)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、苯乙烯、中折等的单一物质或它们的混合物；纳米粒子在高分子单体中加入量为高分子单体量的0.1-10％。
核壳型过渡金属氧化物纳米粒子可采用专利号ZL96101878.X的名称为“过渡金属氧化物核壳型纳米粒子的制备方法”的技术制备。将过渡金属Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zr、Nb、Cd等氧化物制备核壳型纳米粒子，核为以上金属、壳为表面活性剂的纳米材料。本发明所用的纳米粒子可以是TiO2、Cr2O3、MnO、Fe2O3、CoO、CuO、ZrO、NbO、CdO、NiO其中一种或两种以上混合，纳米粒子尺寸在20-100nm。
高分子单体材料中的中折，其组成类同CR39，折光指数在1.56以上。
本发明的金属氧化物纳米粒子的树脂光学透镜的制备方法是，以过渡金属氧化物核壳型纳米粒子和高分子单体为原料，经过预聚合—填模固化—二次固化的工艺过程，制得成品。所说的预聚合是将纳米粒子溶解分散于高分子单体中，经过滤加入引发剂，纳米粒子加入量为高分子单体量的(0.1-10)％，引发剂加入量为高分子单体量的(2.5-3)％，聚合时间(2-5)小时得预聚物；所说的填模固化是，预聚物经过滤后，充填入模具中，放入程序升温炉中进行(15-20)小时的程序升温，开膜洗净；所说的二次固化是，在(100-130)℃固化(1-3)小时。
上述的程序升温，可以是在(15-20)小时内使预聚物由室温升至(90-120)℃。
上述的引发剂可以是过氧化二碳酸酯类。
按上述的工艺过程，纳米粒子是TiO2、Cr2O3、MnO、Fe2O3、CoO、CuO、ZrO、NbO、CdO、NiO其中一种或一种以上混合，总量为高分子单体总量的(0.1-1.0)％范围，制作纳米粒子复合的树脂镜片，可用于制作浅色太阳镜、太阳镜及特种太阳镜。
按上述的工艺过程，纳米粒子是CuO、Fe2O3、MnO、Cr2O3、CoO一种或一种以上混合，总量为高分子单体总量的(1-6)％范围，制作纳米粒子复合的树脂镜片，可用于制作激光防护镜，能屏散488、514、532、660、690nm波段的光，可以单波段也可以是多波段屏蔽。
本发明制作纳米材料，每种材料都具有其特征吸收光谱，如TiO2、Fe2O3、Cr2O3、CoO，都具有很强的吸收紫外线的功能，而且随着镜片中纳米材料含量增加，谱线红移，吸收部分可见光。如TiO2纳米材料含量占高分子单体量的0.2％时，镜片厚度2mm，光波(280-360)nm处被其吸收，当含量增加到0.8％时，(280-380)nm的光波被其吸收。又如CuO纳米材料，当含量占高分子单体量的0.2％时，光波700nm处透过率为35％，当含量为0.4％时，700nm处透过率为0.5％，如果把几种材料按比例混合，可以制造各种波段的滤光片或光波节制器。
本发明的金属氧化物纳米粒子的树脂光学透镜的制备方法工艺简单，重复性好；制备的光学透镜质量轻、不易碎，多种颜色、颜色鲜艳、耐老化不褪色，镜片增透性高、视物清晰、防护能力强。还可以制作出一镜多波段、透明度高、清晰度高的激光防护镜。
具体实施例方式
实施例1纳米粒子Cr2O3、MnO、CuO、NiO、Fe2O3按质量比例2∶1∶0.5∶0.5∶0.5混合，分散到高分子单体CR39或MMA中，纳米材料总量占高分子单体总量的0.2-0.6％，加入单体量2.8％的低温引发剂过氧化二碳酸二异丙酯，过滤后进行预聚合，经二次固化后直至形成镜片。这种镜片可以用来做太阳镜，此太阳镜屏全部紫外线、部分可见光、部分近红外线，非常适合于外出配带。
以上配方中如改用Cd、Ti、Zr、Co等的氧化物纳米粒子，将制备出不同颜色的镜片。
实施例2纳米粒子Cr2O3、MnO、CoO、Fe2O3按质量2∶1∶2∶2比例配制到高分子单体CR39中，纳米材料总量占高分子单体的(2-6)％，低温引发剂过氧化二碳酸二异丁酯占高分子单体2.8％，过滤后进行预聚合，填模固化，二次固化，直至形成产品。这种镜片吸收488、514、532nm等波段的激光束。
实施例3、采用CuO纳米粒子和CR39或MMA高分子单体为原料，纳米粒子占高分子单体总量的0.8-2％，分散到高分子单体中，加入高分子单体总量的3％的过氧化二碳酸二异丁酯低温引发剂，经预聚合，填模固化，二次固化直至形成产品，这种镜片吸收660、690mm的激光束。
实施例4、纳米粒子Fe2O3、CuO、MnO、Cr2O3、CoO五种材料按2∶2∶0.5∶0.5∶0.5混合，总加入量为高分子单体量的4％，加入高分子单体总量的2.8％的过氧化二碳酸二异丙酯低温引发剂，经预聚合，填模固化，二次固化直至形成产品，可屏蔽多波段的激光束。
权利要求
1.一种含金属氧化物纳米粒子的树脂光学透镜，组成包括高分子单体材料，其特征是，组成还包括金属氧化物纳米粒子；所说的金属氧化物纳米粒子是核壳型过渡金属氧化物纳米粒子，其核为过渡族金属、其壳为表面活性剂；所说的高分子单体材料是二乙二醇双烯丙基碳酸酯、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、中折的单一物质或它们的混合物；纳米粒子在高分子单体中加入量为高分子单体量的0.1-10％。
2.按照权利要求1所述的含金属氧化物纳米粒子的树脂光学透镜，其特征是，所说的金属氧化物纳米粒子是TiO2、Cr2O3、MnO、Fe2O3、CoO、CuO、ZrO、NbO、CdO、NiO其中一种或两种以上混合，纳米粒子尺寸在20-100nm。
3.一种权利要求1的含金属氧化物纳米粒子的树脂光学透镜的制备方法，其特征是，以过渡金属氧化物核壳型纳米粒子和高分子单体为原料，经过预聚合—填模固化—二次固化的工艺过程，制得成品；所说的预聚合是将纳米粒子溶解分散于高分子单体中，经过滤加入引发剂，纳米粒子加入量为高分子单体量的(0.1-10)％，引发剂加入量为高分子单体量的(2.5-3)％，聚合时间(2-5)小时得预聚物；所说的填模固化是，预聚物经过滤后，充填入模具中，放入程序升温炉中进行(15-20)小时的程序升温，开模洗净；所说的二次固化是，在(100-130)℃固化(1-3)小时。
4.按照权利要求3所述的含金属氧化物纳米粒子的树脂光学透镜的制备方法，其特征是，所说的程序升温，是在(15-20)小时内使预聚物由室温升至(90-120)℃；所说的引发剂是过氧化二碳酸酯类。
5.按照权利要求3或4所述的含金属氧化物纳米粒子的树脂光学透镜的制备方法，其特征是，纳米粒子是TiO2、Cr2O3、MnO、Fe2O3、CoO、CuO、ZrO、NbO、CdO、NiO其中一种或一种以上混合，总量为高分子单体总量的(0.1-1.0)％范围，制作纳米粒子复合的树脂镜片，用于制作浅色太阳镜、太阳镜及特种太阳镜。
6.按照权利要求3或4所述的含金属氧化物纳米粒子的树脂光学透镜的制备方法，其特征是，纳米粒子是CuO、Fe2O3、MnO、Cr2O3、CoO一种或一种以上混合，总量为高分子单体总量的(1-6)％范围，制作纳米粒子复合的树脂镜片，用于制作激光防护镜。
全文摘要
本发明的含金属氧化物纳米粒子的树脂光学透镜及制作方法属一种光学防护透镜及制作工艺。其组成包括金属氧化物纳米粒子和高分子单体材料，纳米粒子加入量为高分子单体量的0.1－10％。金属氧化物纳米粒子是核壳型过渡金属氧化物纳米粒子，尺寸在20－100nm之间；纳米粒子直接分散在有机高分子单体中，如二乙二醇双烯丙基碳酸酯或甲基丙烯酸甲酯等材料中，经过预聚合－填模固化－二次固化的工艺过程，制得多种功能型透镜，如全波段吸收紫外线光学透镜，屏蔽紫外至部分近红外的太阳镜，屏蔽单波段或多波段的激光防护透镜。本发明工艺简单，重复性好；光学透镜质量轻、不易碎，颜色鲜艳、耐老化，增透性高、视物清晰、防护能力强。
文档编号B01J2/02GK1419151SQ0214472
公开日2003年5月21日 申请日期2002年12月6日 优先权日2002年12月6日
发明者边凤兰, 段然慧, 初蓓 申请人:大连新世纪纳米科技股份有限公司