CN102093689A - 一种光散射功能母粒及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光散射功能母粒及其制备方法与应用。包括：透明性热塑性树脂20%-99.5%，小粒径光散射剂0.1%-40%，大粒径光散射剂0.1%-10%，抗氧剂0.01%-10%，光稳定剂0.01%-20%。采用两种粒径的光散射剂复配的方法，可以明显提高光散射材料的光学性能。相同的光散射剂含量下，采用大小两种粒径复配，在达到同样光散射效果的同时，光散射材料具有更好的透光率。先将光散射剂、抗氧剂及光稳定剂等功能助剂与基体树脂制备成功能母粒，使得母粒中上述助剂的浓度提高，再与基体树脂共混的办法制备光散射材料，具有光散射剂用量较少、分布均匀、光学性能优异，降低表面缺陷及成本等优点。适用于生产高质量的光学元器件、灯具外壳、背光模组中扩散板、广告招牌及展示橱窗等。

Description

一种光散射功能母粒及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及一种功能母粒领域，具体涉及一种光散射功能母粒。

背景技术

光散射材料是指能够使光通过而又能有效的散射光的材料，它能将点、线光源转化成线、面光源，使得光源明亮而不刺眼，光线柔和舒适，可以作为面光源材料应用指示标牌、广告招牌、展示橱窗、投影背墙以及壁挂式均匀照明光源等，也可以作为背光源材料应用于液晶显示，还可以与液晶元件复合制备高分子分散型散射元件。

现有技术中已经公开了由透明树脂基体添加光散射剂制备光散射材料的方法，以及由光散射材料制备的成型部件等。

德国拜耳公司公布了较多的光散射材料相关专利，如PCT/EP00/10142公布了一种共混的PC组合物，其以PC为透明基体，以聚环烯烃为光散射体制备光散射材料，聚环烯烃为氢化聚苯乙烯、氢化聚苯乙烯共聚物以及氢化环烯烃共聚物等。同时在WO2006/094624中公布了一种高光透射率的光散射成形制品及其在平面屏幕中的用途，是以PC为基体，聚（甲基）丙烯酸甲酯为光散射剂，制备光散射板材，其中加入紫外线吸收剂、荧光增白剂等。在WO2007/039130中公布了一种具有高亮度的光散射塑料组合物以及其在平板显示器中的用途，是以PC为基体，以1-100um的透明塑料聚合物为光散射剂，且光散射剂是基于丙烯酸酯类的透明颗粒。在WO2007/045380中公布了一种光散射膜及其在平板显示器中的用途，以PC为基体，以丙烯酸酯类的透明粒子为光散射剂，且光散射膜具有结构化侧和光泽侧。在WO2007/022886中公布了一种具有高的透光性和改进的抗静电性质的光散射片材，以PC为基体，以丙烯酸酯类透明粒子为光散射剂，且体系中含有抗静电剂和抗UV剂。在WO2007/022863中公布了一种光散射的且具有高透光性的成形体，以PC为基体，以丙烯酸酯类透明粒子为光散射剂，且体系中含有抗UV剂和润滑剂，挤出实心板材用于光散射板。在WO2007/022905中公布了一种具有高亮度的光散射的抗静电塑料组合物及其在平板显示器中的用途，以PC为基体，以丙烯酸酯类透明粒子为光散射剂，且体系中含有抗UV剂和润滑剂，挤出多层实心板材用于光散射板。在WO2007/039131中公布了一种高亮度的光散射塑料组合物和其在平板显示器中的用途，由透明塑料，尤其是PC，和光学密度不同于基质材料的光学密度的透明聚合物颗粒制成的塑料组合物，所制得的板材主要用于平板显示器中的散射板。

法国阿托菲纳公司在W001/66644中公布了一种含有聚四氟乙烯颗粒的透明热塑性组合物，以（甲基）丙烯酸（共）聚合物组成透明热塑性材料，以包括（PTFE）颗粒或由PTFE颗粒和矿物和/或有机物质的颗粒作为光散射粒子，所制备材料用于光显示设备和平板光显示荧屏。

韩国第一毛织株式会社在CN 1591116A中公布了一种光散射板和使用该光散射板的液晶显示器，是以PMMA，PS，环烯烃树脂及其混合物为透明基体，以PC作为光散射剂制备光散射板，用于液晶显示器。同时在WO2008/111718中公布了一种具有光散射材料的液晶显示器用导光板及其背光模组，采用光散射材料分布于导光板的棱柱中，无需使用扩散片或棱镜片。

日本东洋油墨制造株式会社在JP 417858/2003中公布了一种光散射膜用组合物以及使用该组合物的光散射膜，以折射率为1.5-1.7的透明树脂为基体，以含氟树脂为光散射剂制备光散射材料，并制备光散射膜用于液晶显示器。

德国罗姆两合公司在WO2004/098857中公布了一种具有优异光学性能的光散射性模塑件的生产方法，以聚（甲基）丙烯酸甲酯为基体，以球形塑料粒子为光散射剂，其中球形塑料粒子包含交联硅酮和/或交联聚苯乙烯和/或基于丙烯酸酯和苯乙烯的共聚物。在WO2005/022253中公布了一种耐擦划背投屏及其生产方法，以PMMA为基体，包含两种不同平均粒度V50的球形粒子A和B，其中球形粒子A一般为交联PS、交联PMMA或有机硅聚合物，球形粒子A和B总浓度1-60%重量，制备的背投屏用于显示器中的散射板。在CN101122643A中公布了一种具有高尺寸稳定性的用于各向异性光散射的挤出聚合物片材，该片材由透明聚合物和玻璃纤维构成，用于制备发光设备的外罩。

日本电气化学工业株式会社在WO2006/062171中公布了一种苯乙烯类树脂组合物及其片材，该组合物以100份苯乙烯类树脂为基体，1-10份未熔融化合物，0.1-2份受阻胺类化合物，0.1-2份苯并三唑类化合物，其中为熔融化合物为交联PMMA或交联St-PMMA共聚物。所制备的片材用于屏幕透镜及散射板。

台湾宣茂科技有限公司在CN101042488A中公布了一种光散射膜片及其制法与使用该膜片的背光模组及显示装置，该膜片包括基体层、扩散层以及抗静电防粘着层，其中光散射粒子以粘附的方式置于基体层与抗静电防粘着层之间。

台湾颖台科技有限公司在CN 101135739A中公布了一种具多重非球面表面结构的扩散板，首先材料构成为透明基体、紫外线吸收剂、光散射剂，其次在其表面形成非球面结构，该球面结构可改进扩散板现有缺点，而具有高透光率、提升扩散能力、提升辉度及光线均匀化等优点。

台湾奇美实业股份有限公司在CN 101153925A中公布了一种光学板片及其制造方法、背光模块以及液晶显示装置，采用透明基体中加入光散射粒子，且光散射粒子密度和光源距离有关，制备光学片材用于背光模组及液晶显示装置。

台湾嘉威光电股份有限公司在CN 101183191A中公布了一种直下式背光模块的扩散板成型方法及其应用，在扩散板成型时，在上辊轮上设微结构体，通过加温加压，在扩散板上形成光学微结构。采用此方法制备的扩散板，可以降低背光模组成本。

美国通用公司在WO2006/127327中公布了一种光散射膜、制备它的方法和使用它的制品，是以PC，PMMA、PS、PBT等为基体，以有机硅氧烷、氟化合物、交联PMMA、交联PS、金属氧化物、金属氢氧化物及SiO2等为光散射剂，且其中加入稳定剂等。

德国赢创罗姆公司在WO2007/025864中公布了一种具有光散射特性的模塑体，以PS，聚酯，PC为基体，以交联塑料B为光散射剂制备模塑体，用以光导元件、车灯、可视化激光束等。

CN 101125140A由台湾台湾财团法人工业技术研究公布了一种改性压克力树脂及包含该改性压克力树脂的光学扩散材料，以十氢萘基甲基丙烯酸酯与甲基丙烯酸甲酯共聚物为基体，加入光散射剂及稳定剂，其中改性亚力克吸水率较低。

 北京传世维信科技公司在CN 101241194A中公布了一种用于光散射膜的组合物及包括其的光散射膜，透明树脂中加入纳米功能材料，包括纳米硅基氧化物、纳米金属氧化物、纳米钡的化合物及各种混合物的组，另外，加入对比度调节材料，如深色纳米无机颜料、有机颜料和染料构成的组。

日本住友株式会社在 JP 2006-327932中公布了一种光散射板的制备，以透明树脂为基体，以无机或有机光散射粒子为光散射剂，制备光散射板，其中一个表面或者两个表面为粗糙表面，并且其十点平均粗糙程度Rz在20-40um之间，当Rz小于20um时，很容易刮伤表面，当Rz大于40um时，材料层压强度可能变得不足。

 韩国LG化学株式会社在WO2007/139282中公布了一种多层光散射板及包括该多层光散射板的液晶显示器件，独立层选于无定性透明聚合物，光散射层中基体选自于无定性透明树脂，光散射粒子选自于无定性透明聚合物粒子或无机粒子。光扩散板中间层有独立层构成，上下两层由光散射层构成。

长沙蓝星化工新材料有限公司在CN 101457013A中公布了一种光散射型环氧树脂组合物及其制备方法，光散射型环氧树脂组合物，包含环氧树脂、光散射剂、硅有基粘结促进剂，固化剂、固化促进剂、抗氧剂等。

 CN 201032506Y中公布了一种光散射材料，在透光基材中加入与基材折射率不同的选自于硅胶的透光颗粒作为光散射剂，用于制备导光板、扩散板或其他光学元件。

由现有技术结合我们实验研究可知，由于光散射材料中光散射剂加入量较少且易于飞扬，同时透明基体中不能加入分散剂（以免影响光学性能）等，所以采用上述专利方法由透明基体中直接加入少量光散射剂的方法，易导致生产现场环境较差，同时光散射剂易分散不均匀，在材料中形成团聚或表面缺陷，从而影响光散射材料的光学性能等。另外，由于抗氧剂、光稳定剂及抗静电剂等助剂同样用量较少，采用直接加入的方法同样会造成光散射材料性能波动。这一点专利WO2004/098857已经注意到，并试图通过调节注塑工艺的方法以避免出现光学缺陷和不均匀性，如条痕形成、云斑形成和形成清晰可见的汇流纹等。

同时，发明人实验发现，采用两种粒径的光散射剂复配的方法，可以明显提高光散射材料的光学性能。相同的光散射剂含量下，采用大小两种粒径复配，在达到同样光散射效果的同时，光散射材料具有更好的透光率。

因此，为了优化光散射材料的综合性能，本发明采用两种粒径的光散射剂复配，先将光散射剂、抗氧剂及光稳定剂等功能助剂与基体树脂制备成功能母粒的方法，使得母粒中上述助剂的浓度提高，再与基体树脂共混的办法制备光散射材料，具有光散射剂用量较少、分布均匀、光学性能优异，降低表面缺陷及成本等优点。

发明内容

本发明的目的主要在于优化现有技术，提供一种光散射功能母粒，用其制备光散射材料具有加工成型简单、光散射剂用量较少、分布均匀、光学性能优异，耐候耐老化性能优异、降低表面缺陷及成本等优点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种光散射功能母粒，由以下质量百分比的组分组成：

    透明性热塑性树脂：      20%-99.5%

小粒径光散射剂：        0.1%-40%

大粒径光散射剂：        0.1%-10%

    抗氧剂：                0.01%-10%

光稳定剂：              0.01%-20%；

小粒径光散射剂的粒径范围为0.01-10um，大粒径光散射剂的粒径范围为10um-25um。

其中小粒径光散射剂用于提高光散射材料雾度，大粒径光散射剂用于提高光散射材料透光率。

在上述光散射功能母粒中，所述透明性热塑性树脂为聚碳酸酯（PC）、聚对苯二甲酸丁二酯（PBT）、聚苯乙烯（PS）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物（MS）、苯乙烯-马来酸酐共聚物（SMA）、苯乙烯-丙烯腈共聚物（SAN）中的一种或两种以上的混合物。

在上述光散射功能母粒中，所述透明性热塑性树脂按照ISO 13468-2在厚度为2.0mm时光透射率应大于50%，且折光指数在1.40-1.70之间。

在上述光散射功能母粒中，所述光散射剂为无机光散射剂或有机光散射剂，其中无机光散射剂为玻璃微珠、SiO₂、TiO₂、CaCO₃、MgSO₄、BaSO₄、氧化镁、氧化锌、硫化物如ZnS、BaS等。有机光散射剂为有机硅类化合物、含氟聚合物、由苯乙烯形成的均聚物、丙烯酸酯类均聚物、由苯乙烯形成的共聚物、由丙烯酸及/或丙烯酸酯类形成共聚物等。其中选定的光散射剂与透明性热塑性树脂之间折光率相差0.01-0.2。

在上述光散射功能母粒中，所述抗氧剂为酚类、亚磷酸酯类、含硫酯类、金属钝化剂等中的一种或几种的混合物。

在上述光散射功能母粒中，所述光稳定剂为苯甲酸衍生物类、水杨酸衍生物类、二苯甲酮类、羟基苯并三唑类、肉桂酸酯类、三嗪类、草酰胺类、樟脑衍生物类、有机镍络化合物及受阻胺类等中的一种或几种的混合物。

上述光散射功能母粒的制备方法包括如下步骤：将各组分按比例在高混机中混合均匀后，加入到挤出机中挤出造粒，得到光散射功能母粒。

一种光散射材料，由光散射功能母粒与所用透明性热塑性树脂相同的树脂充分混合，采用挤出或注塑或压延等加工方法进行成型。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明与现有光散射材料制备技术的差别有两点：（1）本发明先制备光散射功能母粒，后与基体树脂共混的工艺方法制备光散射材料，具有光散射剂用量小、分布均匀、光学性能优异等优点；（2）本发明采用大小两种粒径的光散射剂复配的方法，可以进一步提高光散射材料的光学性能。具体如下：由现有技术结合我们实验研究可知，由于光散射材料中光散射剂加入量较少且易于飞扬，同时透明基体中不能加入分散剂（以免影响光学性能）等，现有技术由透明基体中直接加入少量光散射剂的方法，易导致生产现场环境较差，同时光散射剂易分散不均匀，在材料中形成团聚或表面缺陷，从而影响光散射材料的光学性能等。另外，由于抗氧剂、光稳定剂及抗静电剂等助剂同样用量较少，采用直接加入的方法同样会造成光散射材料性能波动。 

因此，本发明采用两种粒径的光散射剂复配的方法，可以明显提高光散射材料的光学性能。相同的光散射剂含量下，采用大小两种粒径复配，在达到同样光散射效果的同时，光散射材料具有更好的透光率。本发明先将光散射剂、抗氧剂及光稳定剂等功能助剂与基体树脂制备成功能母粒，使得母粒中上述助剂的浓度提高，再与基体树脂共混的办法制备光散射材料，具有光散射剂用量较少、分布均匀、光学性能优异，降低表面缺陷及成本等优点。适用于生产高质量的光学元器件、灯具外壳、背光模组中扩散板、广告招牌及展示橱窗等。

具体实施方式

下面结合实施例进一步说明本发明，本发明的范围不受这些实施例的限制。

实施例1

光散射功能母粒的原料组分按质量百分率计为：

聚苯乙烯树脂：                       66%

小粒径丙烯酸酯类光散射剂(粒径5um)：  16%

大粒径丙烯酸酯类光散射剂(粒径20um)： 4.0%

受阻分类抗氧剂：                     2.0%

亚磷酸酯类抗氧剂：                   2.0%

苯并三唑类光稳定剂：                 5.0%

受阻胺类光稳定剂：                   5.0%

先将上述原材料在在高混机中混合均匀后，加入到挤出机中挤出造粒，加工温度控制在200℃，制备光散射功能母粒。将上述功能母粒与所使用的聚苯乙烯树脂按照1:20的比例混合均匀，得到光散射材料。通过挤出或注塑或压铸等成型方法，生产各种具有光散射功能的制品，经检测光散射材料的物理性能如表1：

                     表1

性能	测试标准	数值
			密度（g/cm3）	ASTM D792	1.04
拉伸强度（Mpa）	ASTM D638	41.5
			断裂伸长率（%）	ASTM D638	5.0
Izod缺口冲击强度（J/m）	ASTM D256	35
			弯曲强度（MPa）	ASTM D790	71.1
弯曲模量（Mpa）	ASTM D790	3200
			熔融指数（g/10min）	ASTM D1238	4.2
色差ΔE（300小时）	ISO4892,GB/T7921	0.75

光学性能如表2：

                      表2

样品厚度	测试标准	透光率（%）	雾度（%）	辉度（cd/m2）	均一性（%）
						2.0mm	ASTM1003-61	68.2	96.5	465	80.0

实施例2

光散射功能母粒的原料组分按质量百分率计为：

聚碳酸酯树脂：                          67%

小粒径有机硅光散射剂(粒径0.5um)：       15%

大粒径有机硅光散射剂(粒径15um)：       10%

受阻胺类抗氧剂：                        3.0%

苯并三唑类光稳定剂：                    5.0%

先将上述原材料在在高混机中混合均匀后，加入到挤出机中挤出造粒，加工温度控制在280℃，制备光散射功能母粒。将上述功能母粒与所使用的聚碳酸酯树脂按照1:30的比例混合均匀，得到光散射材料。通过挤出或注塑或压铸等成型方法，生产各种具有光散射功能的制品，经检测光散射材料的物理性能如表3：

                         表3

性能	标准标准	数值
			密度（g/cm3）	ASTM D792	1.20
拉伸强度（Mpa）	ASTM D638	60
			断裂伸长率（%）	ASTM D638	80
Izod缺口冲击强度（J/m）	ASTM D256	650
			弯曲强度（MPa）	ASTM D790	85
弯曲模量（Mpa）	ASTM D790	2300
			熔融指数（g/10min）	ASTM D1238	20
色差ΔE（300小时）	ISO4892,GB/T7921	0.85

光学性能如表4：

                        表4

样品厚度	测试标准	透光率（%）	雾度（%）	辉度（cd/m2）	均一性（%）
						2.0mm	ASTM1003-61	80.3	95.1	502	78.8

实施例3

光散射功能母粒的原料组分按质量百分率计为：

聚甲基丙烯酸甲酯树脂：                      80%

小粒径交联聚苯乙烯类光散射剂(粒径2.0um)：   9.0%

大粒径交联聚苯乙烯类光散射剂(粒径18um)：   1.0%

受阻酚类抗氧剂：                           1.0%

亚磷酸酯类抗氧剂：                         1.0%

苯并三唑类光稳定剂：                       4.0%

受阻胺类光稳定剂：                         4.0%

先将上述原材料在在高混机中混合均匀后，加入到挤出机中挤出造粒，加工温度控制在250℃，制备光散射功能母粒。将上述功能母粒与所使用的PMMA树脂按照1:20的比例混合均匀，得到光散射材料。通过挤出或注塑或压铸等成型方法，生产各种具有光散射功能的制品，经检测光散射材料的物理性能如表5：

                       表5

性能	标准标准	数值
			密度（g/cm3）	ASTM D792	1.18
拉伸强度（Mpa）	ASTM D638	65
			断裂伸长率（%）	ASTM D638	5
Izod缺口冲击强度（J/m）	ASTM D256	20
			弯曲强度（MPa）	ASTM D790	108
弯曲模量（Mpa）	ASTM D790	3000
			熔融指数（g/10min）	ASTM D1238	11.3
色差ΔE（300小时）	ISO4892,GB/T7921	0.55

光学性能如表6：

                               表6

样品厚度	测试标准	透光率（%）	雾度（%）	辉度（cd/m2）	均一性（%）
						2.0mm	ASTM1003-61	70.5	97.6	493	79.8

实施例4

光散射功能母粒的原料组分按质量百分率计为：

苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物：                  70%

小粒径BaSO₄光散射剂(粒径5.0um)：           18%

大粒径BaSO₄光散射剂(粒径15um)：            2.0%

受阻酚类抗氧剂：                             1.0%

亚磷酸酯类抗氧剂：                          1.0%

苯并三唑类光稳定剂：                       4.0%

受阻胺类光稳定剂：                          4.0%

先将上述原材料在在高混机中混合均匀后，加入到挤出机中挤出造粒，加工温度控制在250℃，制备光散射功能母粒。将上述功能母粒与所使用的PMMA树脂按照1:20的比例混合均匀，得到光散射材料。通过挤出或注塑或压铸等成型方法，生产各种具有光散射功能的制品，经检测光散射材料的物理性能如表5：

                       表5

性能	标准标准	数值
			密度（g/cm3）	ASTM D792	1.13
拉伸强度（Mpa）	ASTM D638	70
			断裂伸长率（%）	ASTM D638	5.0
Izod缺口冲击强度（J/m）	ASTM D256	40
			弯曲强度（MPa）	ASTM D790	115
弯曲模量（Mpa）	ASTM D790	3300
			熔融指数（g/10min）	ASTM D1238	14.5
色差ΔE（300小时）	ISO4892,GB/T7921	0.48

光学性能如表6：

                               表6

样品厚度	测试标准	透光率（%）	雾度（%）	辉度（cd/m2）	均一性（%）
						2.0mm	ASTM1003-61	72.0.1	95.9	481	79.5

Claims (10)

1.一种光散射功能母粒，其特征在于由以下质量百分比的组分组成：

透明性热塑性树脂：      20%-99.5%

小粒径光散射剂：        0.1%-40%

大粒径光散射剂：        0.1%-10%

抗氧剂：                0.01%-10%

光稳定剂：              0.01%-20%；

小粒径光散射剂的粒径范围为0.01-10um，大粒径光散射剂的粒径范围为10um-25um。

2.按照权利要求1所述的光散射功能母粒，其特征在于所述透明性热塑性树脂为聚碳酸酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、苯乙烯-马来酸酐共聚物、苯乙烯-丙烯腈共聚物中的一种或两种以上混合物。

3.按照权利要求1所述的光散射功能母粒，其特征在于所述透明性热塑性树脂在厚度为2.0mm时光透射率应大于50%，且折光指数在1.40-1.70之间。

4.按照权利要求1所述的光散射功能母粒，其特征在于所述光散射剂为无机光散射剂或有机光散射剂；所述无机光散射剂为玻璃微珠、SiO₂、TiO₂、CaCO₃、MgSO₄、BaSO₄、氧化镁、氧化锌或硫化物；所述有机光散射剂为有机硅类化合物、含氟聚合物、由苯乙烯形成的均聚物、丙烯酸酯类均聚物、由苯乙烯形成的共聚物、由丙烯酸形成的共聚物或丙烯酸酯类共聚物。

5.按照权利要求1所述的光散射功能母粒，其特征在于所述光散射剂与透明性热塑性树脂之间折光率相差0.01-0.2。

6.按照权利要求1所述的光散射功能母粒，其特征在于所述抗氧剂为受阻酚类、亚磷酸酯类、含硫酯类、金属钝化剂中的一种或几种的混合物。

7.按照权利要求1所述的光散射功能母粒，其特征在于所述光稳定剂为苯甲酸衍生物类、水杨酸衍生物类、二苯甲酮类、羟基苯并三唑类、肉桂酸酯类、三嗪类、草酰胺类、樟脑衍生物类、有机镍络化合物及受阻胺类中的一种或几种的混合物。

8.权利要求1所述光散射功能母粒的制备方法，其特征在于包括如下步骤：将各组分按比例在高混机中混合均匀后，加入到挤出机中挤出造粒，得到光散射功能母粒。

9.一种光散射材料，其特征由权利要求1所述光散射功能母粒和所用透明性热塑性树脂相同的树脂混合加工而成。

10.权利要求9所述光散射材料在制备光学元器件、灯具外壳、背光模组中扩散板、广告招牌或展示橱窗中的应用。