一种光学元件用的纳米压印胶及其制备方法与流程

本发明涉及微纳加工材料，具体涉及一种光学元件用的纳米压印胶及其制备方法。

背景技术：

1、纳米压印技术是一种具有亚微米级分辨率、低成本、高通量的压印技术，是制备微阵列透镜、汽车hud光栅和半导体微纳结构的关键。压印胶是图像转移的核心媒介，其折射率、粘度和透光率等参数直接决定了器件的光学性能和精度。紫外固化纳米压印胶是目前最常用的压印胶，具有可室温操作、固化速度快、分辨率高、图形保真度高、光学性能好等优点。

2、目前，市售的高折射率压印胶通常掺杂大量无机纳米粒子，纳米粒子粒径控制不当、表面未经有效改性或与树脂基体折射率匹配不佳，通常导致体系粘度较高、流平性较差、雾度高、透光率较低；而低折射率压印胶难以兼顾固含量和成膜均匀性，且色散控制不足，影响成像清晰度。

3、因此，亟需一种高折射率、高透光率、低雾度的高性能压印胶以解决上述问题。

技术实现思路

1、为此，本发明提供一种光学元件用的纳米压印胶及其制备方法，以解决现有技术中由于纳米粒子与树脂基体折射率匹配不佳而导致的难以兼顾高折射率和高透光率的问题。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、根据本发明的第一方面，提供了一种光学元件用的纳米压印胶，具体包括以下质量份组分：改性二氧化钛纳米颗粒10-20份、环氧改性环三磷腈10-20份、丙烯酸酯预聚物30-40份、固化剂3-7份、光引发剂0.1-1份、有机碱1-3份、活性稀释剂20-30份。

4、进一步地，所述改性二氧化钛纳米颗粒为对-[(4-乙烯基苯基)甲基]膦酸修饰的二氧化钛纳米颗粒、所述环氧改性环三磷腈为六缩水甘油基环三磷腈、所述固化剂为二硫醇、所述有机碱为三乙胺、所述光引发剂为2-异丙基硫杂蒽酮、所述活性稀释剂为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯。

5、进一步地，所述二硫醇为1,3-苯二硫酚；所述改性二氧化钛纳米颗粒中二氧化钛纳米颗粒的粒径为1-10nm。

6、进一步地，所述丙烯酸酯预聚物的粘度为2000-5000mpa·s，雾度≤2.0，折射率≥1.4。

7、进一步地，所述纳米压印胶在固化时先进行紫外线固化再进行热固化；所述紫外线固化的条件为365nm波长，50-200mw/cm2照射10-60s；所述热固化的条件为60-80℃下加热1-4h。

8、根据本发明的第二方面，提供了一种光学元件用的纳米压印胶的制备方法，用于制备上述的纳米压印胶，具体包括以下步骤：

9、s1、改性二氧化钛纳米颗粒的制备：

10、以对-[(4-乙烯基苯基)甲基]膦酸修饰二氧化钛纳米颗粒，得改性二氧化钛纳米颗粒；

11、s2、环氧改性环三磷腈的制备：

12、以环氧丙醇和六氯环三磷腈反应，得环氧改性环三磷腈；

13、s3、纳米压印胶的制备：

14、将改性二氧化钛纳米颗粒、环氧改性环三磷腈、丙烯酸酯预聚物、固化剂、有机碱、活性稀释剂和光引发剂混合，得纳米压印胶。

15、进一步地，步骤s1具体包括以下步骤：

16、将二氧化钛分散于ph2-3的去离子水至终浓度10-20g/l，加入对-[(4-乙烯基苯基)甲基]膦酸至终浓度6-8mm，70-90℃下反应48-60h，反应后3000-7000rpm离心5-15min，沉淀物以去离子水洗涤2-3次，在60-80℃下烘干6-12h，得改性二氧化钛纳米颗粒。

17、进一步地，步骤s2具体包括以下步骤：

18、将四氢呋喃等体积分为3份，并将环氧丙醇、六氯环三磷腈分别溶解于1份四氢呋喃中，得环氧丙醇和六氯环三磷腈溶液；其中，环氧丙醇和六氯环三磷腈的物质的量比为8:1；六氯环三磷腈和环氧丙醇的质量和与四氢呋喃的质量体积比为1g：4ml；将氢化钠分散于剩余四氢呋喃中，加入氢化钠的物质的量为环氧丙醇的1.1倍，得氢化钠分散液；将环氧丙醇溶液缓慢滴加至氢化钠分散液中，室温搅拌30min，再滴入六氯环三磷腈溶液，环氧丙醇和六氯环三磷腈溶液的滴加速度≤0.1l/h；滴加结束后在25-35℃、氮气氛围下反应3-6h，反应结束后减压蒸馏去除四氢呋喃，粗产物以二氯甲烷洗涤2-3次，再减压蒸馏去除二氯甲烷，得环氧改性环三磷腈。

19、进一步地，步骤s3具体包括以下步骤：

20、将改性二氧化钛纳米颗粒、环氧改性环三磷腈、丙烯酸酯预聚物、活性稀释剂在行星搅拌机中在60-80℃搅拌30-60min，之后降温至20-40℃，以探头式超声处理器200w间歇处理10min；其中，间歇处理为每处理5s，间隔5s后继续处理；加入固化剂、有机碱和光引发剂，继续搅拌10-20min，得纳米压印胶。

21、根据本发明的第三方面，提供了一种光学元件用的纳米压印胶在制备光学元件中的应用。

22、本发明具有如下优点：

23、本发明通过对-[(4-乙烯基苯基)甲基]膦酸修饰二氧化钛-环三磷腈骨架-二硫醇的三元协同增加丙烯酸酯树脂体系折射率，结合紫外线-热双固化，在提升了二氧化钛纳米颗粒在丙烯酸酯体系中的相容性、保留压印胶的高透光率、低雾度的同时提升了其折射率。此外，环三磷腈骨架结合环氧基-二硫醇-丙烯酸酯双层交联网络显著降低了胶层的固化收缩率，使制备的纳米压印胶可广泛应用于光学元件的纳米压印制造。

1.一种光学元件用的纳米压印胶，其特征在于，具体包括以下质量份组分：改性二氧化钛纳米颗粒10-20份、环氧改性环三磷腈10-20份、丙烯酸酯预聚物30-40份、固化剂3-7份、光引发剂0.1-1份、有机碱1-3份、活性稀释剂20-30份。

2.如权利要求1所述的纳米压印胶，其特征在于，所述改性二氧化钛纳米颗粒为对-[(4-乙烯基苯基)甲基]膦酸修饰的二氧化钛纳米颗粒、所述环氧改性环三磷腈为六缩水甘油基环三磷腈、所述固化剂为二硫醇、所述有机碱为三乙胺、所述光引发剂为2-异丙基硫杂蒽酮、所述活性稀释剂为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯。

3.如权利要求2所述的纳米压印胶，其特征在于，所述二硫醇为1,3-苯二硫酚；所述改性二氧化钛纳米颗粒中二氧化钛纳米颗粒的粒径为1-10nm。

4.如权利要求1所述的纳米压印胶，其特征在于，所述丙烯酸酯预聚物的粘度为2000-5000mpa·s，雾度≤2.0，折射率≥1.4。

5.如权利要求1所述的纳米压印胶，其特征在于，所述纳米压印胶在固化时先进行紫外线固化再进行热固化；所述紫外线固化的条件为365nm波长，50-200mw/cm2照射10-60s；所述热固化的条件为60-80℃下加热1-4h。

6.一种光学元件用的纳米压印胶的制备方法，用于制备权利要求1-5任一项所述的纳米压印胶，其特征在于，具体包括以下步骤：

7.如权利要求6所述的纳米压印胶的制备方法，其特征在于，步骤s1具体包括以下步骤：

8.如权利要求6所述的纳米压印胶的制备方法，其特征在于，步骤s2具体包括以下步骤：

9.如权利要求6所述的纳米压印胶的制备方法，其特征在于，步骤s3具体包括以下步骤：

10.权利要求1-5任一项所述的光学元件用的纳米压印胶在制备光学元件中的应用。