一种耐高温耐老化光学透镜材料及其制备方法

技术领域

本申请涉及高分子材料的领域，更具体地说，它涉及一种耐高温耐老化光学透镜材料及其制备方法。

背景技术

光学透镜是光学系统的重要组成部分，也是光学工程中必不可少的知识。透镜是一种光学元件，可以通过指定光谱的材料制成。一般可见光和近红外光谱(IR-A)(400-1400nm)采用光学玻璃，中红外(IR-C)(3-50mm)采用晶体材料。

透镜技术可广泛应用于机器视觉、数字成像、激光的直接和聚焦以及各种光学仪器。光学材料一般分为非晶态、晶体和有机塑料。其中有机塑料的光学透镜具有透光性好、质地轻盈、不易破碎、加工简便、生产效率高等优点，因此有机塑料的光学透镜可广泛应用于安防、车载、数码相机、激光、光学仪器等各个领域。

随着市场不断的发展，光学透镜技术也越来越应用广泛。但是目前的透镜在使用过程中，容易出现老化，从而导致透镜出现变黄、朦胧等现象，因此需要对光学透镜进一步研究。

发明内容

为了提高光学透镜的耐高温性和耐老化性，本申请提供一种耐高温耐老化光学透镜材料及其制备方法。

第一方面，本申请提供一种耐高温耐老化光学透镜材料，其特征在于，包括以下重量份的原料组成：

聚碳酸酯10-50份

聚甲基丙烯酸甲酯10-30份

有机硅树脂5-8份

增塑剂0.5-1.5份

润滑剂0.1-0.3份。

本申请的光学透镜具有较好的抗老化、耐高温效果，从而减少光学透镜出现老化的可能性。

通常车载行车记录仪器上的透镜，能够使车载行车记录仪器清楚记录车辆行驶过程；由于随着人们生活水平的提高，购买车辆的人也越来越多，因此有大量的车辆停放在太阳底下爆嗮，在爆嗮过程中，车内的温度往往高于外面的温度，特别是在一些光照较强的地区，车载行车记录仪器的光学透镜长期处于高温状态，加速光学透镜的材料的老化，从导致透镜变朦胧，从而影响车载行车记录仪器影像的记录效果。而将本申请的光学透镜材料生产的透镜，应用在车载行车记录仪器上能够具有较好的耐老化和耐高温性，减少透镜出现老化，而产生黄变、朦胧等可能性。提高车载行车记录仪器的实用性。

本申请的光学透镜材料除了用在车载行车记录仪器的透镜外，还可以用在的基板模组、PPG镜头、光电接收头、红外线透镜、透镜、机器人面罩、LED光源透镜、USB插口透镜、模组式闪光灯透镜等。

上述方案中的原料选择和原料的重量份范围均为本申请较佳选择，其中，聚碳酸酯简称为PC，PC是几乎无色的玻璃态的无定形聚合物，具有较好的光学性、韧性等，但是PC不耐水和不耐紫外线，因而长期受到太阳照射会出现发黄的现象。

聚甲基丙烯酸甲酯简称PMMA，是一种高分子聚合物，又称作亚克力或有机玻璃，具有高透明度，低价格，易于机械加工等优点，常用于的玻璃替代材料具有较高透明度和光亮度，且耐高温性好，但是较为坚韧、质硬、刚性。

有机硅树脂又称硅树脂，具有较好的热氧化稳定性、耐候性、防水、防盐雾、防霉菌、生物相容性等。因此，本申请在聚碳酸酯和聚甲基丙烯酸甲酯的复合基础下，综合其性能，并加入有机硅树脂进行共混改性，进一步提高光学透镜材料透光性、耐高温性、抗氧化性以及机械性能。

增塑剂具有增塑作用，能够提高光学透镜材料的加工便捷性，而润滑剂便于光学透镜材料的各个原料体系进行加工，提高加工效率。

本申请通过聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、有机硅树脂三种进行复合，综合其性能，并在增塑剂和润滑剂的辅助作用下，使得到的光学透镜材料兼备较佳的透光性、抗氧化性、耐高温性以及机械性能。当其用在车载行车记录仪器的透镜，能够减少出现发黄变朦胧的可能性。

优选的，所述有机硅树脂为丙烯酸树脂-有机硅树脂复合物。

本申请的丙烯酸树脂-有机硅树脂复合物为有机硅树脂和丙烯酸树脂以(1-2)：1混合得到。

丙烯酸树脂具有较好的抗黄变性、耐候性、高光泽等，当其与有机硅树脂复合后，能够综合两者的性能，使得丙烯酸树脂-有机硅树脂复合物兼备较佳的抗黄变性、耐候性、高光泽以及耐高温性。当其用在光学透镜材料中，能够使得透镜具有较好的耐高温性、透光率、耐候性等，当透镜用在车载行车记录仪器后，减少出现老化，而产生黄变、模糊等现象的可能性。

优选的，所述有机硅树脂为改性丙烯酸树脂-有机硅树脂复合物，所述改性丙烯酸树脂-有机硅树脂复合物由以下重量百分比的原料制得：

丙烯酸树脂-有机硅树脂复合物30-50％

氢化松香3-8％

硅烷偶联剂1.2-2.5％

固化剂1-3％

催化剂0.5-1％

余量为溶剂。

上述原料组合，制得的改性丙烯酸树脂-有机硅树脂复合物具有较佳的抗氧化性、耐高温性以及透光性。氢化松香是天然松香树脂经过加氢后的产物，氢化松香为无定型透明固体树脂，具有耐黄变效果好、抗氧化作用强、耐高温性强的优点，与丙烯酸树脂-有机硅树脂复合物复合后，能够进一步提升光学透镜材料的耐高温性、耐老化性等。

当丙烯酸树脂-有机硅树脂复合物和氢化松香复合后，再加入硅烷偶联剂，进一步发生反应得到网状结构的复合物，其中催化剂起到催化作用，溶剂起到稀释溶解作用，固化剂，使其固化得到改性丙烯酸树脂-有机硅树脂复合物。该改性丙烯酸树脂-有机硅树脂复合物用在光学透镜材料中，能够进一步提高光学透镜材料的耐高温性、耐老化性等。当其得到的光学透镜材料用于车载行车记录仪器的透镜中，能够减少透镜出现老化，而产生发黄、朦胧等现象的可能性。

优选的，所述硅烷偶联剂为甲基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、y-巯丙基三乙氧基硅烷中的一种或者多种组成。

采用甲基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、y-巯丙基三乙氧基硅烷中的一种或者多种组成的硅烷偶联剂，能够使改性丙烯酸树脂-有机硅树脂复合物的耐老化性、耐高温性等较佳，进而用于生产光学透镜材料，也使其光学透镜材料的耐老化性和耐高温性进一步提升。

优选的，所述甲基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、y-巯丙基三乙氧基硅烷的重量份之比为1:(1-3):(1-2)。

当甲基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、y-巯丙基三乙氧基硅烷以以上比例进行复合时，得到的光学透镜材料的耐老化性和耐高温性进一步提升。

优选的，所述固化剂为过氧化苯甲酰或叔丁基过氧化氢。以上固化剂能够进一步提高改性丙烯酸树脂-有机硅树脂复合物的固化效率。

优选的，所述催化剂为铂催化剂。

选用铂催化剂具有较好的催化效果，能够进一步提高加工效率。

优选的，所述改性丙烯酸树脂-有机硅树脂复合物由以下方法制得：

按照重量份计，称取丙烯酸树脂-有机硅树脂复合物和氢化松香溶解于溶剂中，搅拌5-15min，再加入硅烷偶联剂和催化剂，搅拌30-60min，再加入固化剂，搅拌5-10min，加热至65-75℃，减压蒸馏，得到改性丙烯酸树脂-有机硅树脂复合物。

通过将丙烯酸树脂-有机硅树脂复合物和氢化松香进行溶解，使其进行复合，再加入硅烷偶联剂和催化剂，使其进行反应，得到大分子复合物，而加入固化剂，能够促进其进行固化，并在加入条件下进行蒸馏，去除小分子物质，得到改性丙烯酸树脂-有机硅树脂复合物。

其中，溶剂为乙酸乙酯。

优选的，所述增塑剂为合成植物酯、柠檬酸三丁酯、环氧硬脂酸辛酯中的一种或者多种组成；所述润滑剂为聚乙烯蜡、乙撑双硬脂酰胺、硬脂酸中的一种或者多种组成。

上述中，合成植物酯、柠檬酸三丁酯、环氧硬脂酸辛酯均为环保增塑剂，且具有较好的增塑作用。而聚乙烯蜡、乙撑双硬脂酰胺、硬脂酸均具有润滑的作用，减少加工时，物料粘附在加工设备上，提高加工效率。

第二方面，本申请提供一种耐高温耐老化光学透镜材料，其特征在于，按照重量份计，称取聚碳酸酯10-50份、聚甲基丙烯酸甲酯10-30份、有机硅树脂5-8份、增塑剂0.5-1.5份、润滑剂0.1-0.3份，加热至155-175℃，挤出，造粒，得到光学透镜材料。

上述制备方法中，操作简单，加工效率高；且得到的光学透镜材料具有较好的耐高温性、耐老化性、透光率以及机械性能。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、本申请通过聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、有机硅树脂三种进行复合，综合其性能，并在增塑剂和润滑剂的辅助作用下，使得到的光学透镜材料兼备较佳的透光性、抗氧化性以及耐高温性。当其用在车载行车记录仪器的透镜，减少透镜出现老化，而产生发黄变、朦胧现象的可能性。

2、本申请通过丙烯酸树脂-有机硅树脂混合得到的丙烯酸树脂-有机硅树脂复合物具有较好的耐高温性、耐老化性以及透光率，进而得到的透镜具有较好的耐高温性、透光率、耐候性等，当透镜用在车载行车记录仪器后，减少出现老化，而产生黄变、模糊等现象的可能性。

3、本申请通过丙烯酸树脂-有机硅树脂复合物、氢化松香、硅烷偶联剂、催化剂、固化剂以及溶剂制得改性丙烯酸树脂-有机硅树脂复合物兼备较佳的耐高温性、抗氧化性以及机械性能。该改性丙烯酸树脂-有机硅树脂复合物用在光学透镜材料中，能够进一步提高光学透镜材料的耐高温性、耐老化性以及机械性能。

具体实施方式

以下结合和实施例对本申请作进一步详细说明。

部分原料的来源：

合成植物酯厂家苏州伊格特化工有限公司；

聚乙烯蜡的平均分子量为3000-5000；

聚碳酸酯的平均分子量为2-5万；

聚甲基丙烯酸甲酯的平均分子量为50-80万；

有机硅树脂的厂家为美国陶氏，型号RSN-0217，片状固体树脂，100％硅羟基官能团有机硅树脂；

丙烯酸树脂的品牌为日本三菱，型号MB-2952，外观白色，非粉尘性颗粒，固含量99％；氢化松香，氢化松香是天然松香树脂经过加氢后的产物，氢化松香为无定型透明固体树脂，含有二氢枞酸75％，酸值162mgKOH/g，皂化值167mgKOH/g。

实施例

实施例1

一种耐高温耐老化光学透镜材料，包括以下步骤：

称取聚碳酸酯10kg、聚甲基丙烯酸甲酯30kg、有机硅树脂5kg、增塑剂0.5kg、润滑剂0.1kg放入捏合机中，加热155℃，在转速50r/min搅拌1h，再转移至双螺杆挤出机中进行挤出，再放入造粒机中进行造粒，得到光学透镜材料。

其中，挤出机的温度设定为：一区200℃、二区220℃、三区240℃、四区至十一区的温度均为265℃、十二区换网器250℃、十三区模头240℃。

增塑剂为合成植物酯。

润滑剂为乙撑双硬脂酰胺。

实施例2

一种耐高温耐老化光学透镜材料，包括以下步骤：

称取聚碳酸酯40kg、聚甲基丙烯酸甲酯20kg、有机硅树脂6.5kg、增塑剂1kg、润滑剂0.2kg放入捏合机中，加热165℃，在转速50r/min搅拌1h，再转移至双螺杆挤出机中进行挤出，再放入造粒机中进行造粒，得到光学透镜材料。

其中，挤出机的温度设定为：一区200℃、二区220℃、三区240℃、四区至十一区的温度均为265℃、十二区换网器250℃、十三区模头240℃。

增塑剂为合成植物酯和柠檬酸三丁酯以重量(kg)1:1混合。

润滑剂为聚乙烯蜡。

实施例3

一种耐高温耐老化光学透镜材料，包括以下步骤：

称取聚碳酸酯50kg、聚甲基丙烯酸甲酯10kg、有机硅树脂8kg、增塑剂1.5kg、润滑剂0.3kg放入捏合机中，加热175℃，在转速50r/min搅拌1h，再转移至双螺杆挤出机中进行挤出，再放入造粒机中进行造粒，得到光学透镜材料。

其中，挤出机的温度设定为：一区200℃、二区220℃、三区240℃、四区至十一区的温度均为265℃、十二区换网器250℃、十三区模头240℃。

增塑剂为柠檬酸三丁酯。

润滑剂为聚乙烯蜡。

实施例4

实施例4与实施例2的不同之处在于：有机硅树脂为丙烯酸树脂-有机硅树脂复合物，该丙烯酸树脂-有机硅树脂复合物为有机硅树脂和丙烯酸树脂以1：1混合得到。

实施例5

实施例5与实施例4的不同之处在于：丙烯酸树脂-有机硅树脂复合物为有机硅树脂和丙烯酸树脂以2：1混合得到。

实施例6

实施例6与实施例4的不同之处在于，该丙烯酸树脂-有机硅树脂复合物为改性丙烯酸树脂-有机硅树脂复合物，该有机硅树脂包括以下步骤：

以重量百分比计，称取30％丙烯酸树脂-有机硅树脂复合物和3％氢化松香溶解于64.3％溶剂中，搅拌5-15min，再加入1.2％γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和0.5％铂催化剂，搅拌50min，再加入1％固化剂，搅拌8min，加热至70℃，减压蒸馏，除去小分子物质和溶剂，得到固体的改性丙烯酸树脂-有机硅树脂复合物。

固化剂为过氧化苯甲酰。

溶剂为乙酸乙酯。

实施例7

实施例7与实施例6的不同之处在于，原料的用量不同，具体如下：40％丙烯酸树脂-有机硅树脂复合物、5％氢化松香、50.2％溶剂、2％γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、0.8％催化剂、2％固化剂。

实施例8

实施例8与实施例6的不同之处在于，原料的用量不同，具体如下：50％丙烯酸树脂-有机硅树脂复合物、8％氢化松香、35.5％溶剂、2.5％γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、1％催化剂、3％固化剂。

实施例9

实施例9与实施例7的不同之处在于：硅烷偶联剂由甲基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、y-巯丙基三乙氧基硅烷的重量份之比为1:2:2。

实施例10

实施例10与实施例9的不同之处在于：硅烷偶联剂由甲基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、y-巯丙基三乙氧基硅烷的重量份之比为1:3:2。

对比例

对比例1

对比例1与实施例1的不同之处在于：有机硅树脂等量替换成聚甲基丙烯酸甲酯。

对比例2

对比例2与实施例7的不同之处在于：氢化松香等量替换成丙烯酸树脂-有机硅树脂复合物。

对比例3

对比例3与实施例7的不同之处在于：硅烷偶联剂为环氧树脂。

性能检测试验

将实施例1-10和对比例1-3得到的光学透镜材料进行以下性能测试。

检测方法/试验方法

透光率和雾度测试

(1)参考国家标准《GBT2410-2008-透明塑料透光率和雾度试验方法》，进行检测透光率和雾度，测试3次取平均值。

(2)热氧老化处理：将测试样放置于温度为100℃、湿度为50℃的环境中72h，再参照(1)中的标准进行检测透光率和雾度，测试3次取平均值。

(3)紫外老化处理：将测试样放置于紫外老化箱中，照射48h，再进行检测透光率和雾度，测试3次取平均值。

以上测试数据如表1所示；

表1实施例1-10和对比例1-3

表1中，对比实施例1与对比例1可以看出，实施例1经过热氧老化、紫外老化后的透光率均比对比例1的高，而雾度比对比例1的低，且实施例1经过老化热氧老化、紫外老化后的透光率降低幅度比对比例1的降低幅度低，说明实施例1加入的有机硅树脂，能够提高光学透镜材料的透光性、耐老化性以及耐高温性等。

对比实施例7与对比例2-3可以看出，实施例7经过老化热氧老化、紫外老化后的透光率降低幅度比对比例2-3的降低幅度低，说明实施例7加入的氢化松香，能够提高光学透镜材料的透光性、耐老化性以及耐高温性等，同时也说明采用硅烷偶联剂比采用环氧树脂更有利于提高透光率。

对比实施例2、实施例4、实施例7，可以看出，该透光率的数值依次递增，并且经过热氧老化和紫外老化后，透光率的降低幅度依次减少，同时雾度依次递减，且经过热氧老化和紫外老化后，雾度的降低幅度依次减少，因此说明本申请通过采用丙烯酸树脂-有机硅树脂复合物能够进一步提高，光学透镜材料的透光性、耐老化性以及耐高温性等，也说明在采用丙烯酸树脂-有机硅树脂复合物基础下，进一步采用氢化松香、硅烷偶联剂等进一步改性，使得光学透镜材料的透光性、耐老化性以及耐高温性等又进一步提升。

对比实施例7和实施例9，可以看出，实施例9的透光率比实施例7高，雾度比实施例7低，且实施例9经过经过老化热氧老化、紫外老化后的透光率降低幅度比实施例7的降低幅度低，说明实施例9采用甲基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、y-巯丙基三乙氧基硅烷能够起到协同作用，进而使得光学透镜材料较佳的透光性、耐老化性以及耐高温性。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。