如何在减反射涂层里用好中空粒子

如何在减反射涂层里用好中空粒子

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上海卷柔新技术光电有限公司是一家专业研发生产光学仪器及其零配件的高科技企业，公司2005年成立在上海闵行零号湾创业园区，专业的光电镀膜公司，技术背景依托中国科学院，卷柔产品主要涉及光学仪器及其零配件的研发和加工；光学透镜、反射镜、棱镜，平板显示，安防监控等光学镀膜产品的开发和生产，为全球客户提供上等的产品和服务。

Q1：使用你们的中空粒子分散液，涂出来表观很差，几乎没有硬度和附着，怎么回事？

A1：我们产品分中空粒子分散液跟减反射涂液。中空粒子分散液本身并不能成膜，直接涂覆分散液，*终只能得到一颗颗粒子排列在基材表面，跟基材，甚至粒子之间并没有相互作用，即使能观察到减反效果，也并不是完整的涂层，中空粒子需要跟粘合剂（无机硅溶胶或有机丙烯酸树脂等）共同使用，在其他助剂的帮助下，才能形成完整的、具有一定力学性能的减反射涂层。如果是我们的减反射涂液，则可以直接使用，无需添加其他成分。

Q2：中空粒子加入我们的涂料体系中，容易发白、凝胶或沉降，体系粘度上升，如何破？

A2：减反涂层按溶剂分为水性体系跟油性体系，按固化方式又大体分为热固体系和辐射固化体系。不同的溶剂体系跟固化方式，对中空粒子的分散体系提出了不同的要求。以玻璃的减反涂层来讲，溶剂通常为醇类，热固，所用粘合剂为硅溶胶，这就要求中空粒子表面羟基越多越好，分散介质可以选择水或醇类。以PET减反涂层来讲，溶剂通常为酯类、醚类或酮类，UV固化，所用粘合剂多为各种类型的丙烯酸树脂，如果硅球表面全是羟基，则很难分散，容易引起团聚、析出或凝胶，这就要对中空粒子表面进行处理，以增加双键为宜，既能提升分散，又能参与固化交联。然而，每一款特定的减反涂层配方不只有溶剂、粘合剂和中空粒子，可能还有流平剂、消泡剂等等，pH有酸有碱，这些都可能是引起中空粒子不稳定的因素，所以需要具体问题具体分析。

Q3：使用中空粒子配好涂料后体系是透明的，但是在涂层干燥过程中，发现膜层有发雾，严重影响透过率，咋办？

A3：减反射涂液的整体固含偏低，溶剂含量通常在90%以上，在如此大量溶剂的帮助下，通常很容易引起误判，感觉中空粒子在涂料体系中分散很好，实际上，在溶剂快速挥发的过程中，中空粒子跟树脂的不相容性逐渐体现出来，相分离在慢慢发生。与Q2相比，在Q3中，树脂跟中空粒子至少都能稳定分散在某种溶剂中。要改善这种情况，需要对中空粒子表面进行针对性调整，包括但不限于化学接枝，分散体系pH、离子强度的改变有时也能起到事半功倍的效果。

Q4：中空粒子跟我们的体系相容性很好，涂层固化后，也是透明的，但是透过率上不去，反射率下不来，还能调整吗？

A4：我们回到前一篇文章中提到的菲涅耳方程以及涂层的厚度公式：

以反射率为例，反射率*终能降低到什么水平，取决于材料折射率nc是否足够接近n1*n2，越接近，反射率理论能降低到0，增加中空粒子的添加量，能够降低nc，使其接近n1*n2，一旦中空粒子的比例固定下来，那么理论上，我们能够得到的反射率就已经固定下来了，但是有朋友测试出来的数值远高于理论值。这就要考虑另一个因素：涂层厚度h，它也要满足上述公式。我们以这张典型的反射率曲线来说明：

当选择550纳米作为检测波长时，如果涂层厚度满足上述公式，那么在550纳米波长处会观察到反射率的*低点（波谷），说明涂层厚度正好合适，反射率接近理论值。如果检测到这个波谷的位置在550纳米右侧，说明涂厚了，如果在左侧，则说明涂薄了。对于一款折射率固定的减反射涂料来讲，这种方法可以快速确定厚度是否处于*优值。总结一下：材料本身的折射率决定了波谷能低到什么位置（看纵轴），而涂层厚度决定了这个波谷是在目标波长的左侧 还是右侧（看横轴）。如果两者都*优，那恭喜你，得到了一款光学性能不错的减反射涂层。

Q5：使用你们的中空粒子跟我们的HC树脂（硬度够高，耐磨不错）调出来的减反涂料在PET表面光学效果不错，但为啥硬度跟耐磨上不去？

A5：光学性能优异的减反射涂层，通常厚度就在100-200纳米范围内，除了丙烯酸树脂，里面填充有大量的无机的二氧化硅中空粒子，这本身会对涂层的力学性能造成影响。通常来说，具有3H铅笔硬度的硬化层（HC），是基于其几微米厚度而言，表层即使有氧阻聚，影响也不大，涂层中部及底部固化还是相当充分的。当把减反射涂层直接涂布于PET基材（不带HC层）表面时，因为PET本身也比较软，不耐磨，不足以提供有效支撑，加之100纳米涂层的表面氧阻聚会非常明显，导致*终的减反涂层几乎没有任何硬度和耐磨性。如果只追求光学效果，这个方案是可以的。

Q6：基于中空粒子的减反射方案，能否做到硬度、耐磨跟光学兼顾？

A6：这个答案是确定以及肯定的。目前日本几家公司提供的方案就是HC+AR的方案。这个体系相对单纯的AR体系要更复杂，需要考虑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。综合我们之前研究的经验，在考虑一款HC是否能跟AR搭配的时候，需要考虑几个因素：1. HC的厚度，建议3-5微米，低于3微米，硬度可能会上不来；2. HC表面的重涂性要好，也就是达因值要高一些；3. HC固化的时候能量低一些，待AR涂覆后再大幅提升能量；4. 考虑在HC中引入一些能够跟AR反应的其他基团（双键除外），以尽可能减少HC跟AR的物理界面；5. 在中空粒子上做文章。

限于篇幅，今天我们先解答这6个问题，还有其他类似如何提高水滴角、如何提高耐钢丝绒、如何在AG涂层上做AR、如何一遍涂布同时实现HC+AR+AF功能，我们下次再来详聊。

来源：赵永亮 DilatoMaterials

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