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CN107722484A - 一种光扩散材料的组合物及其制备方法 - Google Patents

一种光扩散材料的组合物及其制备方法 Download PDF

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CN107722484A CN201711010095.5A CN201711010095A CN107722484A CN 107722484 A CN107722484 A CN 107722484A CN 201711010095 A CN201711010095 A CN 201711010095A CN 107722484 A CN107722484 A CN 107722484A
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司徒冠明
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Abstract

本发明公开了一种光扩散材料的组合物及其制备方法，该组合物包括：按重量的百分比计算，聚碳酸酯聚合物占30％‑45％、聚苯乙烯聚合物占55％‑65％、光扩散剂占0.6％‑0.8％、相容剂占0.5％‑5％、抗氧剂占0.3％‑0.8％、耐候剂占0.2％‑0.6％。该光扩散的PC/PS合金材料具有流动性优良、透光率高、雾度高和耐温性能好的特点。

Description

一种光扩散材料的组合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种PC/PS合金材料技术领域，尤其涉及一种光扩散材料的组合物及其制备方法。
背景技术
近几年，对于光扩散PC都有较多的研究。大多数光扩散板都是以聚碳酸酯聚合物(PC)为基体，添加不同种类的扩散剂而得到不同效果的产品。随着原材料价格的攀升，LED生产商寻求可以替代光扩散PC的材料。这时，出现了光扩散PS材料，光扩散PS材料是以聚苯乙烯为基材的，其能够极大地降低了灯罩材料的成本。然而，并不是所有的环境都适合光扩散PS使用，光扩散PS的长期耐热只有66℃-75℃之间，长期处于LED点亮情况下会发生变形。
日本出光公司看准市场形势，率先开发出了PC/PS合金，牌号有NN2500、NN2510、NN2700等等。该合金材料具有可漆性和可印刷性，非常利于成型后的外观加工的处理；另外，合金材料具有较高的耐温温度，使得材料能在较苛刻的环境中使用。我国的高校也对PC/PS合金材料进行了研究。尽管以上的介绍都有关于PC/PS的研究与开发，但尚未开发出具有光扩散性能的PC/PS合金材料，而且，我国在PC/PS合金的产品中仍然处于空白状态。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种光扩散材料的组合物及其制备方法，该光扩散材料不但具有极高的透光率，而且具有较高的雾度和耐温温度。该材料应用到LED灯罩材料中，比起传统的PC灯罩，具有价格的优势，将会获得有效的推广。
本发明的一个方面提供了一种制备光扩散材料的组合物，包括：
按重量的百分比计算，聚碳酸酯聚合物占30％-45％、聚苯乙烯聚合物占55％-65％、光扩散剂占0.6％-0.8％、相容剂占0.5％-5％、抗氧剂占0.3％-0.8％、耐候剂占0.2％-0.6％。
进一步地，所述聚碳酸酯聚合物为分子量为20000-40000的双酚A型聚碳酸酯，其中，双酚A型聚碳酸酯的透光率≥89％。
进一步地，所述聚苯乙烯聚合物的透光率≥90％。
进一步地，所述的光扩散剂是无机类光扩散剂、有机类光扩散剂中的一种或两种。
进一步地，所述的有机类光扩散剂为压克力型、苯乙烯型、丙烯酸树脂型、有机硅型的光扩散剂中的一种或多种。
进一步地，所述无机类光扩散剂为纳米硫酸钡、碳酸钙或二氧化硅中的一种或多种。
进一步地，所述的相容剂为苯乙烯-马来酸酐类的共聚物，苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐三元共聚物、苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物中的一种或多种组合，其中，所述苯乙烯-马来酸酐类的共聚物中马来酸酐的含量≥20％；苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐三元共聚物中的马来酸酐含量≥8％；苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物中的环氧基团含量≥5％。
进一步地，所述的抗氧剂为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯中的一种或多种。
进一步地，所述的耐候剂为双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、三(1，2，2，6，6-五甲哌啶基)亚磷酸酯、2-(2ˊ-羟基-5ˊ-甲基苯基)苯并三氮唑中的一种或多种。
本发明的另一个方面提供了一种制备上述所述的光扩散材料的组合物的制备方法，所述方法包括：
步骤1，按重量的百分比计算，将聚碳酸酯聚合物占30％-45％、聚苯乙烯聚合物占55％-65％混合得到第一组分；将光扩散剂占0.6％-0.8％、相容剂占0.5％-5％、抗氧剂占0.3％-0.8％、耐候剂占0.2％-0.6％混合得到第二组分；
步骤2，在90℃-100℃温度下，对第一组分干燥2-4个小时；
步骤3，将干燥后的第一组分与第二组分经过高度混合区混合3-5分钟后得到预混混合物，将预混混合物通过挤出机共混挤出，其中，挤出温度为230℃-255℃，挤出的胶条经过冷却、风干、切粒后得到光扩散材料的组合物。其中，挤出机各个加热区的参数设定如下：一区温度230-240℃，二区温度240-250℃，三区温度240-250℃，四区温度240-250℃，五区温度240-250℃，六区温度240-250℃，七区温度240-250℃，八区温度240-250℃，九区温度240-250℃，机头温度245-255℃；主机转速270-280r/min，真空度-0.04至-0.06MPa。该混合物经过冷却、干燥、切粒工序后得到光扩散材料的组合物。冷却的方式采用现有的冷却方式即可，例如：水冷却、风冷却或其他冷却方式。
本发明具有如下有益效果：以聚苯乙烯聚合物(PS)为主体，用30％-45％的聚碳酸酯聚合物(PC)来改善聚苯乙烯聚合物(PS)的耐温温度，配以适当的相容剂、光扩散剂和其他加工助剂，共混后所得到的光扩散合金材料，比起市面上的光扩散PC材料的成本大幅度下降，适合大规模用于LED生厂商的推广使用。
按照上述的制备方法，能够生产出具有光扩散性的、高透光率以及良好耐温温度的光扩散合金材料。该材料能够应用到灯罩材料中，替代昂贵的光扩散PC材料，并且，还具有可印刷性，省去了印刷前的表面处理工序，给LED企业带来极好的经济效益。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
实施例1
光扩散材料的组合物：聚碳酸酯聚合物(PC)选用沙伯基础(原GE)PC 2200占30％、聚苯乙烯聚合物(湛江新中美525(白底))占64％、有机硅型光扩散剂(日本信越KMP-590)占0.8％、苯乙烯-马来酸酐共聚物相容剂(上海华雯SMA-700)占5％、抗氧剂β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯(巴斯夫Irganox 1076)占0.2％、抗氧剂三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯(巴斯夫Irganox 168)占0.1％、耐候剂2-(2ˊ-羟基-5ˊ-甲基苯基)苯并三氮唑(巴斯夫生产的Tinuvin P)占0.2％。
光扩散材料的组合物的制备过程如下：
步骤1，按重量百分比计算，先将聚碳酸酯聚合物(PC)和聚苯乙烯聚合物(PS)按实施例1的比例分别称量好后放入鼓风烘箱中干燥3个小时，烘箱温度设定95℃。然后，按实施例1的比例分别称量相容剂SMA-700、光扩散剂KMP-590、抗氧剂Irganox 1076、抗氧剂Irganox 168和耐候剂Tinuvin P，统称为助剂。
步骤2，将干燥后的PC与PS的混合物和称好的助剂分别倒入高速混合器中高速混合3分钟混合均匀后放料得到预混混合物，待挤出机的状态稳定后，将预混混合物通过挤出机共混挤出，挤出机各个加热区的参数设定如下：一区温度235℃，二区温度245℃，三区温度245℃，四区温度245℃，五区温度245℃，六区温度245℃，七区温度245℃，八区温度245℃，九区温度245℃，机头温度250℃；主机转速275r/min，真空度-0.04MPa。
步骤3，挤出后的胶条经过冷却、干燥、切粒后得到实施例1的光扩散材料的组合物。
实施例2
光扩散材料的组合物：聚碳酸酯聚合物(PC)选用沙伯基础(原GE)PC 2200占40％、聚苯乙烯聚合物(湛江新中美525(白底))占54％、丙烯酸树脂型光扩散剂(日本钟渊化学MP90)占0.8％、苯乙烯-马来酸酐共聚物相容剂(上海华雯SMA-700)占5％、抗氧剂β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯(巴斯夫Irganox 1076)占0.2％、抗氧剂三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯(巴斯夫Irganox 168)占0.1％、耐候剂2-(2ˊ-羟基-5ˊ-甲基苯基)苯并三氮唑(巴斯夫Tinuvin P)占0.2％。
实施例2的光扩散材料的组合物的制备过程与实施例1的光扩散材料的组合物的制备过程相同，不同之处在于，实施例2的光扩散材料的组合物中各个组分的重量百分比与实施例1中的各个组分的重量百分比不同。
实施例3
光扩散材料的组合物：聚碳酸酯聚合物(PC)选用沙伯基础(原GE)PC2200占50％、聚苯乙烯聚合物(湛江新中美525(白底))占44％、有机硅型光扩散剂(日本信越KMP-590)占0.8％、苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物(佳易容相容剂江苏有限公司SAG-002)占5％、抗氧剂β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯(巴斯夫Irganox1076)占0.2％、抗氧剂三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯(巴斯夫Irganox 168)占0.1％、耐候剂双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯(巴斯夫Tinuvin 770)占0.2％。
实施例3的光扩散材料的组合物的制备过程与实施例1的光扩散材料的组合物的制备过程相同，不同之处在于，实施例3的光扩散材料的组合物中各个组分的重量百分比与实施例1中的各个组分的重量百分比不同。
实施例4
光扩散材料的组合物：聚碳酸酯聚合物(PC)选用沙伯基础(原GE)PC2200占60％、聚苯乙烯聚合物(湛江新中美525(白底))占34％、有机硅型光扩散剂(日本信越KMP-590)占0.8％、苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐三元共聚物(佳易容相容剂江苏有限公司SAM-010)占5％、抗氧剂N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺(巴斯夫Irganox1098)占0.2％、抗氧剂三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯(巴斯夫Irganox 168)占0.1％、耐候剂2-(2ˊ-羟基-5ˊ-甲基苯基)苯并三氮唑(巴斯夫Tinuvin P)占0.2％。
实施例4的光扩散材料的组合物的制备过程与实施例1的光扩散材料的组合物的制备过程相同，不同之处在于，实施例4的光扩散材料的组合物中各个组分的重量百分比与实施例1中的各个组分的重量百分比不同。
不加PS的实施例：
单一PC组分的光扩散材料：聚碳酸酯聚合物(PC)选用沙伯基础(原GE)PC 2200占99％、有机硅型光扩散剂(日本信越KMP-590)占0.8％、抗氧剂β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯(巴斯夫Irganox 1076)占0.2％、抗氧剂三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯(巴斯夫Irganox 168)占0.1％、耐候剂2-(2ˊ-羟基-5ˊ-甲基苯基)苯并三氮唑(巴斯夫Tinuvin P)占0.2％。
不加PS的实施例的制备过程与实施例1的光扩散材料的组合物的制备过程相同，不同之处在于，不加聚苯乙烯聚合物(PS)的实施例的光扩散材料中各个组分的重量百分比与实施例1中的各个组分的重量百分比不同，尤其是聚苯乙烯聚合物(PS)和相容剂组分去掉。
本发明的光扩散材料的测试表征运用以下方法：①悬臂梁缺口冲击强度ISO 180；②拉伸性能ISO 527；③热变形温度ISO 75-1；④透光率ISO 13468-1；⑤雾度14782。
上述实施例经过以上的步骤后，得到实施例1～4的光扩散材料的组合物和不加PS的单一PC组分的光扩散材料，实施例1-4的光扩散材料的组合物和不加PS的单一PC组分的光扩散材料的性能数据如下表1所示：
表1：
测试项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 不加PS
缺口冲击强度KJ/㎡ 5.59 5.72 6.12 6.68 65
拉伸强度Mpa 58 58.2 58.6 58.8 63
伸长率％ 33 36 40 42 150
透光率％ 85 85 85 85 87
雾度％ 90 90 90 90 90
热变形温度℃ 93 96 102 104 130
由表1中的性能数据可知：随着聚碳酸酯聚合物(PC)含量的增加，光扩散材料组合物的热变形温度逐渐提高，说明聚碳酸酯聚合物(PC)的加入改善了聚苯乙烯聚合物(PS)的热变形温度；PC/PS这两种聚合物共混并没有使透光率发生明显的下降，PC/PS合金材料的透光率与单一PC材料成分的透光率相差不大；从断裂延伸率数据来看，实施例1-4中的光扩散组合物表现出了一定的韧性，说明聚碳酸酯聚合物(PC)的加入有利于改善聚苯乙烯聚合物(PS)的脆性；并且，用聚苯乙烯聚合物(PS)代替部分聚碳酸酯聚合物(PC)，大大降低了材料的成本。
如上所述，本发明提供了一种光扩散材料的组合物及其制备方法，本发明以聚苯乙烯聚合物(PS)为主体，用30％-45％的聚碳酸酯聚合物(PC)来改善聚苯乙烯聚合物(PS)的耐温温度，配以适当的相容剂、光扩散剂和其他加工助剂，共混后所得到的合金材料，比起市面上的光扩散PC的成本大幅度下降，适合大规模用于LED生厂商的推广使用。
按照上述的制备方法，能够生产出具有光扩散性的、高透光率以及良好耐温温度的光扩散合金材料。该光扩散合金材料能够应用到灯罩材料中，替代昂贵的光扩散PC材料，并且，还具有可印刷性，省去了印刷前的表面处理工序，给LED企业带来极好的经济效益。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.一种光扩散材料的组合物，其特征在于，包括：
按重量的百分比计算，聚碳酸酯聚合物占30％-45％、聚苯乙烯聚合物占55％-65％、光扩散剂占0.6％-0.8％、相容剂占0.5％-5％、抗氧剂占0.3％-0.8％、耐候剂占0.2％-0.6％。
2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述聚碳酸酯聚合物为分子量为20000-40000的双酚A型聚碳酸酯，其中，双酚A型聚碳酸酯的透光率≥89％。
3.根据权利要求1或2所述的组合物，其特征在于，所述聚苯乙烯聚合物的透光率≥90％。
4.根据权利要求1或2所述的组合物，其特征在于，所述的光扩散剂是无机类光扩散剂、有机类光扩散中一种或两种。
5.根据权利要求4所述的组合物，其特征在于，所述的有机类光扩散剂为压克力型、苯乙烯型、丙烯酸树脂型、有机硅型的光扩散剂中的一种或多种。
6.根据权利要求4所述的组合物，其特征在于，所述无机类光扩散剂为纳米硫酸钡、碳酸钙或二氧化硅中的一种或多种。
7.根据权利要求1-2、5-6任一项所述的组合物，其特征在于，所述的相容剂为苯乙烯-马来酸酐类的共聚物、苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐三元共聚物、苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物中的一种或多种组合，其中，所述苯乙烯-马来酸酐类的共聚物中马来酸酐的含量≥20％；苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐三元共聚物中的马来酸酐含量≥8％；苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物中的环氧基团含量≥5％。
8.根据权利要求1-2、5-6任一项所述的组合物，其特征在于，所述的抗氧剂为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、三(2，4-二叔丁基酚)亚磷酸酯、N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯中的一种或多种。
9.根据权利要求1-2、5-6任一项所述的组合物，其特征在于，所述的耐候剂为双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、三(1，2，2，6，6-五甲哌啶基)亚磷酸酯、2-(2ˊ-羟基-5ˊ-甲基苯基)苯并三氮唑中的一种或多种。
10.一种权利要求1-9任一项所述的光扩散材料的组合物的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1，按重量的百分比计算，将聚碳酸酯聚合物占30％-45％、聚苯乙烯聚合物占55％-65％混合得到第一组分；将光扩散剂占0.6％-0.8％、相容剂占0.5％-5％、抗氧剂占0.3％-0.8％、耐候剂占0.2％-0.6％混合得到第二组分；
步骤2，在90℃-100℃温度下，对第一组分干燥2-4个小时；
步骤3，将干燥后的第一组分与第二组分经过高速混合器混合3-5分钟后放出得到预混混合物，将预混混合物通过挤出机共混挤出，其中，挤出温度230-255℃，挤出的胶条经过冷却、风干、切粒后得到所述光扩散材料的组合物。
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