CN103809231B - 一种紫外-近红外双波段吸收滤光片及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种紫外-近红外双波段吸收滤光片及其制备方法；其原料组分及各组分的重量份如下：紫外吸收剂0.3～0.6份，低波段近红外吸收剂0.02～0.03份，高波段近红外吸收剂0.03～0.05份，光学聚合物粒料100份，液状石蜡0.025～0.05份；选用可见光透过率较高的光学聚合物为基体材料，利用光学聚合物粒子与吸收剂共混造粒后注塑成型的方法获得吸收剂分子在光学聚合物基体材料中均匀分布的滤光片。滤光片对波段为200nm～400nm和700nm～900nm范围内的激光具有良好的截止性能，同时保证了一定的可见光区域透过率。

Description

一种紫外-近红外双波段吸收滤光片及其制备方法

技术领域

本发明属于激光防护材料技术领域，涉及一种紫外-近红外双波段吸收滤光片及其制备方法。

背景技术

激光具有快速、精确、方向性好、受电磁干扰小等优异性能，目前激光技术在军事、医疗、科研等领域得到了广泛的应用，与之同时带来的辐射危害及其防护问题日益得到重视。激光防护的对象主要是人眼和光电传感器，使用滤光片减弱特定波长的入射激光强度是一种直接有效的防护手段。滤光片的工作波段可覆盖紫外、可见和红外波段，按工作原理分为吸收滤光片和干涉滤光片两种，其中基于线性光学原理防护技术的塑料吸收滤光片凭借其耐冲击、质量轻、制造成本低廉等优势引起了人们的极大关注，其应用前景被普遍看好，但也存在容易老化等问题。在国内外的报道中，目前这种塑料吸收滤光片大部分局限于可见和近红外光区特定波段的单波段防护，可防波段窄，难以适应目前日益增多的激光谱线和宽波段连续可调谐激光快速发展的现状。国外对吸收型激光防护塑料的研究起步较早，如美国陆军采用的红宝石激光防护塑料，具有很窄的吸收带，在694nm波长处的光密度达到了4.5，对红宝石激光具有很好的防护作用；国内段潜等人（近红外波段激光防护塑料的研究[J].激光杂志,2001,22(6):57～59.）研制了在780nm～1500nm波段有较强吸收的近红外激光防护塑料。但是可以同时防护200nm～400nm波段和700nm～900nm波段范围内的激光，并在可见光区域保持一定透过率的塑料吸收滤光片在国内文献中还没有相关的报道。200nm～400nm属于紫外波段，大量紫外线的照射会引起角膜炎、结膜炎，并透过角膜损伤晶状体；700nm～900nm波段属于近红外波段，该波段的激光同样容易引起眼底和眼介质的损伤。因此，开发一种紫外/近红外双波段吸收滤光片是非常必要的。

中国专利文献CN102031047A公开了一种“夜视兼容近红外吸收膜材料及其制备方法”，该吸收膜一层为透明薄膜基材，另一层为近红外吸收涂层，其中所述近红外吸收涂层是由含有近红外吸收剂（硫代双烯型镍染料、蒽醌染料、多次甲基菁染料中的一种或多种），基体树脂（丙烯酸树脂、有机硅树脂等中的一种），树脂固化剂以及有机溶剂制成。所述近红外吸收膜对波长在660nm～930nm范围的光线平均透过率为0.1～0.2%，对波长在400nm～630nm内的光线平均透过率为20～30%，但未涉及对紫外线的吸收。同时，由于该吸收膜是一种的轻薄型膜材料，在高温、机械力等作用下容易发生变形，不适合应用于激光防护护目镜等对材料的环境稳定性能、力学性能要求较高的激光防护材料领域。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对目前塑料吸收滤光片不能同时防护200nm～400nm波段和700nm～900nm波段范围内激光的问题，而提供了一种紫外-近红外双波段吸收滤光片，本发明的另一目的是提供上述紫外-近红外双波段吸收滤光片的制备方法，其对200nm～400nm波段和700nm～900nm波段范围内的激光具有良好的截止性能，同时保证了一定的可见光区域透过率。

本发明的技术方案为：选用可见光透过率较高的光学聚合物为基体材料，利用光学聚合物粒子与吸收剂共混造粒后注塑成型的方法获得吸收剂分子在光学聚合物基体材料中均匀分布的滤光片。

本发明的具体技术方案为：一种紫外-近红外双波段吸收滤光片，其原料组分及各组分的重量份如下：紫外吸收剂0.3～0.6份，低波段近红外吸收剂0.02～0.03份，高波段近红外吸收剂0.03～0.05份，光学聚合物粒料100份，液状石蜡0.025～0.05份；所述滤光片的主要吸收波段为200nm～400nm和700nm～900nm。

优选所述的紫外吸收剂为苯并***UV-360、苯并***UV-326或二苯甲酮UV-531中的一种；所述的低波段近红外吸收剂为邻苯二胺钴络合染料或溴化吲哚多次甲基菁染料中的一种；所述的高波段近红外吸收剂为硫代双烯镍络合染料或六氟化锑游离基芳胺染料中的一种；所述的光学聚合物粒料为聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚苯乙烯。

本发明还提出了一种制备上述紫外-近红外双波段吸收滤光片的方法，其具体步骤如下：

(1)将光学聚合物粒料在80～120℃条件下密封干燥4～6小时；

(2)按重量百分比精确称量光学聚合物粒料和吸收剂粉末，设定料筒转速180r/min～250r/min，装入混料桶内预混0.5～1小时；

(3)取出混料桶，加入0.25～0.5重量份液状石蜡混合2～3小时，得到深绿色半透明色母粒；

(4)将步骤(3)制备得到的深绿色半透明色母粒通过注塑成型制得紫外-近红外双波段吸收滤光片；

(5)将步骤(4)中制得的滤光片在60～80℃鼓风干燥箱中后处理4～5小时，消除内应力。

有益效果：

1.对本发明提供的滤光片使用分光光度计进行光学性能测试，结果显示：该种材料在200nm～400nm波段的平均透过率＜0.5%，在700nm～900nm波段的平均透过率＜0.1%，在400nm～630nm波段的平均透过率＞10%；在紫外-近红外光区范围内的特定波段以及多个激光波长处的光密度＞4，是一种光学性能良好的激光防护材料。

2.本发明提供的滤光片采用注塑成型的方法制备，吸收剂分子在基体材料中分散均匀，色差小，滤光片的制备工艺简单快捷，生产效率高，成本低。

3.本发明提供的滤光片力学性能良好，其中聚碳酸酯基滤光片材料的冲击强度＞50kJ/m²，弯曲强度＞100MPa。

附图说明

图1为按照实例1^#制备的滤光片的透射光谱，横坐标为波长(nm)，纵坐标为光线透过率(%)。

图2为按照实例3^#制备的滤光片的透射光谱，横坐标为波长(nm)，纵坐标为光线透过率(%)。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

本发明通过光学聚合物粒料基材与吸收剂粉末均匀混合后注塑成型的方法制备滤光片的4个具体实施例的配方如表1所示。

表1

实施例1^#

(1)选用聚碳酸酯作为光学聚合物基体材料，100质量份，在120℃条件下密封干燥6小时，备用；

(2)吸收剂组分：苯并***UV-360（分子式：C₄₁H₅₀N₆O₂），0.5质量份；邻苯二胺钴络合染料（分子式：Co[C₆H₄-(NH)₂]₂），0.03质量份；硫代双烯镍络合染料（分子式：C₂₈H₂₀NiS₄），0.04质量份；

(3)将(1)中所述的聚碳酸酯粒子和(2)中所述的三种吸收剂粉末装入混料桶中，设定料筒转速为180r/min，预混60min；

(4)取出混料桶，加入0.5g液状石蜡，混合3小时，得到深绿色半透明色母粒；

(5)按照聚碳酸酯的注塑要求设定注塑机参数；

(6)将(4)中制得的色母粒按(5)中所述的注塑参数进行注塑成型，先预塑几片，待滤光片色泽均匀、稳定后再作为样品采纳；

(7)将步骤(6)中制得的滤光片样品在80℃鼓风干燥箱中后处理4小时，消除内应力。

使用岛津（SHIMADZU）UV-3600PC分光光度计在200nm～1200nm波长范围对步骤（7）所得样品进行光线透过率测试，透射光谱见图1，从图中可以看出样品对200nm～400nm波段和700nm～900nm波段的光线有良好的截止性能，并在400nm～630nm波段保持了一定的透过率，各波段平均透过率如表2所示：

表2

实施例2^#

(1)选用聚甲基丙烯酸甲酯作为光学聚合物基体材料，100质量份，在80℃条件下密封干燥5小时，备用；

(2)吸收剂组分：苯并***UV-360（分子式：C₄₁H₅₀N₆O₂），0.4质量份；邻苯二胺钴络合染料（分子式：Co[C₆H₄-(NH)₂]₂），0.02质量份；六氟化锑游离基芳胺染料（分子式：C₆₂H₉₂N₆.SbF₆），0.03质量份；

(3)将(1)中所述的聚甲基丙烯酸甲酯粒子和(2)中所述的三种吸收剂粉末装入混料桶中，设定料筒转速为200r/min，预混50min；

(4)取出混料桶，加入0.4g液状石蜡，混合2.5小时，得到深绿色半透明色母粒；

(5)按照聚甲基丙烯酸甲酯的注塑要求设定注塑机参数；

(6)将(4)中制得的色母粒按(5)中所述的注塑参数进行注塑成型，先预塑几片，待滤光片色泽均匀、稳定后再作为样品采纳；

(7)将步骤(6)中制得的滤光片样品在65℃鼓风干燥箱中后处理4.5小时，消除内应力。

对步骤（7）所得样品进行光线透过率测试，各波段平均透过率如表3所示：

表3

实施例3^#

(1)选用聚甲基丙烯酸甲酯作为光学聚合物基体材料，100质量份，在90℃条件下密封干燥4小时，备用；

(2)吸收剂组分：二苯甲酮UV-531（分子式：C₂₁H₂₆O₃），0.6质量份；溴化吲哚多次甲基菁染料（分子式：C₃₂H₃₆ClN₂.Br），0.02质量份；硫代双烯镍络合染料（分子式：C₂₈H₂₀NiS₄），0.03质量份；

(3)将(1)中所述的聚甲基丙烯酸甲酯粒子和(2)中所述的三种吸收剂粉末装入混料桶中，设定料筒转速为220r/min，预混40min；

(4)取出混料桶，加入0.3g液状石蜡，混合2.5小时，得到深绿色半透明色母粒；

(5)按照聚甲基丙烯酸甲酯的注塑要求设定注塑机参数；

(6)将(4)中制得的色母粒按(5)中所述的注塑参数进行注塑成型，先预塑几片，待滤光片色泽均匀、稳定后再作为样品采纳；

(7)将步骤(6)中制得的滤光片样品在60℃鼓风干燥箱中后处理5小时，消除内应力。

对步骤（7）所得样品进行光线透过率测试，透射光谱见图2，从图中可以看出样品对200nm～400nm波段和700nm～900nm波段的光线有良好的截止性能，并在400nm～630nm波段保持了较高的透过率，各波段平均透过率如表4所示：

表4

实施例4^#

(1)选用聚苯乙烯作为光学聚合物基体材料，100质量份，在80℃条件下密封干燥4.5小时，备用；

(2)吸收剂组分：苯并***UV-326（分子式：C₁₇H₁₈N₃OCl），0.3质量份；溴化吲哚多次甲基菁染料（分子式：C₃₂H₃₆ClN₂.Br），0.03质量份；六氟化锑游离基芳胺染料（分子式：C₆₂H₉₂N₆.SbF₆），0.05质量份；

(3)将(1)中所述的聚苯乙烯粒子和(2)中所述的三种吸收剂粉末装入混料桶中，设定料筒转速为250r/min，预混30min；

(4)取出混料桶，加入0.25g液状石蜡，混合2小时，得到深绿色半透明色母粒；

(5)按照聚苯乙烯的注塑要求设定注塑机参数；

(6)将(4)中制得的色母粒按(5)中所述的注塑参数进行注塑成型，先预塑几片，待滤光片色泽均匀、稳定后再作为样品采纳；

(7)将步骤(6)中制得的滤光片样品在70℃鼓风干燥箱中后处理4小时，消除内应力。

对步骤（7）所得样品进行光线透过率测试，各波段平均透过率如表5所示：

表5

上述实例均为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式不受上述实例的限制，其他任何未背离本发明精神实质与原理下所做的修改、修饰、替代、组合、简化均为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种紫外-近红外双波段吸收滤光片，其原料组分及各组分的重量份如下：紫外吸收剂0.3～0.6份，低波段近红外吸收剂0.02～0.03份，高波段近红外吸收剂0.03～0.05份，光学聚合物粒料100份，液状石蜡0.025～0.05份；所述滤光片的主要吸收波段为200nm～400nm和700nm～900nm；其中所述的紫外吸收剂为苯并***UV-360、苯并***UV-326或二苯甲酮UV-531中的一种；所述的低波段近红外吸收剂为邻苯二胺钴络合染料或溴化吲哚多次甲基菁染料中的一种；所述的高波段近红外吸收剂为硫代双烯镍络合染料或六氟化锑游离基芳胺染料中的一种。

2.根据权利要求1所述的紫外-近红外双波段吸收滤光片，其特征在于所述的光学聚合物粒料为聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚苯乙烯。

3.一种制备如权利要求1所述紫外-近红外双波段吸收滤光片的方法，其具体步骤如下：

(1)将光学聚合物粒料在80～120℃条件下密封干燥4～6小时；

(2)按重量百分比精确称量光学聚合物粒料和吸收剂粉末，设定料筒转速180r/min～250r/min，装入混料桶内预混0.5～1小时；

(3)取出混料桶，加入0.25～0.5重量份液状石蜡混合2～3小时，得到深绿色半透明色母粒；

(4)将步骤(3)制备得到的深绿色半透明色母粒通过注塑成型制得紫外-近红外双波段吸收滤光片；

(5)将步骤(4)中制得的滤光片在60～80℃鼓风干燥箱中后处理4～5小时，消除内应力。