如何在減反射涂層里用好中空粒子

需要增透減反技術可以聯系我們上海工廠18917106313

上海卷柔新技術光電有限公司是一家專業研發生產光學儀器及其零配件的高科技企業，公司2005年成立在上海閔行零號灣創業園區，專業的光電鍍膜公司，技術背景依托中國科學院，卷柔產品主要涉及光學儀器及其零配件的研發和加工；光學透鏡、反射鏡、棱鏡，平板顯示，安防監控等光學鍍膜產品的開發和生產，為全球客戶提供上等的產品和服務。

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（無機硅溶膠或有機丙烯酸樹脂等）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，容易引起團聚、析出或凝膠，這就要對中空粒子表面進行處理，以增加雙鍵為宜，既能提升分散，又能參與固化交聯。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，發現膜層有發霧，嚴重影響透過率，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，實際上，在溶劑快速揮發的過程中，中空粒子跟樹脂的不相容性逐漸體現出來，相分離在慢慢發生。與Q2相比，在Q3中，樹脂跟中空粒子至少都能穩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行針對性調整，包括但不限于化學接枝，分散體系pH、離子強度的改變有時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固定下來了，但是有朋友測試出來的數值遠高于理論值。這就要考慮另一個因素：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：

當選擇550納米作為檢測波長時，如果涂層厚度滿足上述公式，那么在550納米波長處會觀察到反射率的*低點（波谷），說明涂層厚度正好合適，反射率接近理論值。如果檢測到這個波谷的位置在550納米右側，說明涂厚了，如果在左側，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*優值。總結一下：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波谷是在目標波長的左側 還是右側（看橫軸）。如果兩者都*優，那恭喜你，得到了一款光學性能不錯的減反射涂層。

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）調出來的減反涂料在PET表面光學效果不錯，但為啥硬度跟耐磨上不去？

A5：光學性能優異的減反射涂層，通常厚度就在100-200納米范圍內，除了丙烯酸樹脂，里面填充有大量的無機的二氧化硅中空粒子，這本身會對涂層的力學性能造成影響。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充分的。當把減反射涂層直接涂布于PET基材（不帶HC層）表面時，因為PET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非常明顯，導致*終的減反涂層幾乎沒有任何硬度和耐磨性。如果只追求光學效果，這個方案是可以的。

Q6：基于中空粒子的減反射方案，能否做到硬度、耐磨跟光學兼顧？

A6：這個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。這個體系相對單純的AR體系要更復雜，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驗，在考慮一款HC是否能跟AR搭配的時候，需要考慮幾個因素：1. HC的厚度，建議3-5微米，低于3微米，硬度可能會上不來；2. HC表面的重涂性要好，也就是達因值要高一些；3. HC固化的時候能量低一些，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反應的其他基團（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、如何一遍涂布同時實現HC+AR+AF功能，我們下次再來詳聊。

來源：趙永亮 DilatoMaterials

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