CN102532844A - 透光颜色选择型光扩散聚碳酸酯组合物及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种透光颜色选择型光扩散聚碳酸酯组合物及制备方法。该组合物包括以下组分和重量份：聚碳酸酯树脂90～99.9，光扩散剂0.1～10，颜料1～100×10-6。将原材料在高速混合机中预混，然后将预混料加入到双螺杆挤出机中，在200～320℃下熔融挤出，螺杆机转速为200～600rpm，冷却造粒即得产品。本发明通过使用光扩散剂，色粉来选择透光颜色；本发明的组合物具备高透光率、高光扩散特性、透光颜色选择型、无悬光、简单易制备且可适用于薄膜、板材和注塑件等特性。

Description

透光颜色选择型光扩散聚碳酸酯组合物及制备方法
技术领域
本发明涉及具备光扩散特性的材料制备领域，尤其涉及透光颜色选择型光扩散聚碳酸酯组合物及制备方法。
背景技术
LED的内在特征有：1、体积小，质量轻；2、耗电量低，它消耗的电能不超过0.1W。3、使用寿命长，在恰当的电流和电压下，LED的使用寿命可达10万小时；4、高亮度、低热量；5、环保，由无毒的材料作成，可回收再利用；6、坚固耐用，LED是被完全封装在环氧树脂里面，比灯泡和荧光灯管都坚固。灯体内也没有松动的部分。这些优势决定了它是代替传统的光源的理想光源，在LED显示器、照明等有着广泛的用途。
但LED劣势是点光源，在照明等应用领域上高亮度的点光源会存在炫目、照亮面积有限等问题，需要特殊设计或材料将其变为面光源才可应用。传统的解决方案为：1、在原有灯罩基础上添加颜色遮蔽，该方法光扩散效果不明显，且严重影响透光率；2、在透明灯罩基础上增加棱镜的设计以达到光扩散的效果(US566722)，但该设计光扩散效果有限，仍能看到刺眼的LED灯珠，且该设计仍会降低光透光流率，影响照明效率；3、在原有的透明玻璃或树脂上，增加磨沙效果，但会严重降低灯罩的光线透过率。具备光扩散特性的聚碳酸酯材料成为LED灯罩的最新材料解决方案。
目前LED发光颜色包括红、黄、蓝、绿、白、粉红色，而且其中粉红色发光晶片技术还不成熟，发光颜色不稳定，通过更换晶片去选择发光颜色，存在制作难，成本高的问题。LED灯罩一般都以白色或其他颜色。LED光源具有特定的色温，添加灯罩以后，由于灯罩影响光的分配，会对LED灯具的色温产生影响。本发明通过光扩散灯罩在LED灯点亮时对不同波长的透射不同，选择透光颜色，获得不同效果。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种透光颜色选择型光扩散聚碳酸酯组合物及制备方法。该组合物具备高透光率、高光扩散特性、透光颜色选择型、无悬光、简单易制备且可适用于薄膜、板材和注塑件等特性。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现：
本发明涉及一种透光颜色选择性光扩散特性聚碳酸脂组合物，包括以下组分和重量份：
聚碳酸酯树脂            90～99.9，
光扩散剂                0.1～10，
颜料                    1～100×10-6。
组合物中的聚碳酸酯(PC)组合可以是任何等级且可以用任何方法制备；聚碳酸酯可以由界面法或催化酯交换法制得，结构可以是支化或线形的。
组合物中的颜料是根据透光颜色选择。颜色色粉的混合是相减混合。一般仅用红黄蓝三种颜色色粉混合；所谓红色是可透过红色波长，吸收绿色及其附近的颜色波长，这样人们感受到红色；黄、蓝色也是同样道理；当黄蓝混合时，黄色颜料吸收短的波段，蓝色颜料吸收长的波段，只剩下中间绿色波段透过，则人们感受为绿色；同样，红、黄混合时剩下560nm以上较长的波段透过，成为橙色；同理，红、蓝色混合在一起为紫色；
优选的，包括以下组分和重量份：
聚碳酸酯树脂         90～99.9，
光扩散剂             0.2～7，
颜料                 1～50×10-6。
组合物中的光扩散剂，当添加量小于0.2重量份时，透光率高，但光扩散效果差；当添加量大于7重量份时，会出现添加量过高，而引起材料透光率严重下降。
组合物中的颜料，优选为1～50×10-6；当添加量高时，材料颜色改变，当添加量低时，材料原来颜色不改变，透光色相改变。
优选的，所述聚碳酸酯的分子量为10000～100000，按照ASTM D1234标准，300℃下测试熔融指数为1～85g/10min。
优选的，所述聚碳酸酯的分子量为15000～40000，按照ASTM D1234标准，300℃下测试熔融指数为3～40g/10min。
优选的，所述光扩散剂为有机硅树脂接枝聚甲基丙稀酸甲酯-缩水甘油酯(PMMA-GMA)的共聚物，其折光指数为1.40～1.59，粒径为1～10μm；所述有机硅树脂与聚甲基丙烯酸甲酯-缩水甘油酯(PMMA-GMA)的质量比为30∶70～90∶10；所述聚甲基丙烯酸甲酯-缩水甘油酯(PMMA-GMA)中GMA的质量百分比含量为1～15％。该光扩散剂的特点在于PMMA-GMA包覆有机硅树脂的核壳结构。PMMA-GMA壳层结构改善了聚碳酸酯与光扩散剂的相容性，使得光扩散效果均一。
优选的，所述光扩散剂折光指数为1.42～1.57，粒径为1～5μm；所述有机硅树脂与聚甲基丙烯酸甲酯-缩水甘油酯(PMMA-GMA)树脂的质量比为50∶50～80∶20；所述聚甲基丙烯酸甲酯-缩水甘油酯(PMMA-GMA)树脂中GMA的质量百分比含量为5～10％。
优选的，所述PMMA-GMA树脂的质均分子量为10000～100000，有机硅树脂的质均分子量为20000～200000；所述有机硅树脂接枝官能团为甲基、苯基或其混合物。
优选的，所述颜料为无机色粉、有机色粉、染料中的一种或几种。无机色粉和有机色粉因为粒子尺寸较大，遮光率高，会引起材料透光率严重下降；而染料是纳米粒子，小于光的波长，所以对透光性没有影响，但是会引起材料的耐候型下降；可根据使用情况，选择合适的颜料。
优选的，所述组合物还包括抗氧剂、润滑剂中的一种或两种。本发明的组合物还可以含有热塑性聚碳酸酯常用量的普通添加剂，比如UV稳定剂、热稳定剂、脱模剂等。
优选的，所述抗氧剂为酚类和/或亚磷酸酯类化合物，包括市售抗氧剂168、抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂245中的一种或几种；所述抗氧剂占组合物总重的重量百分比含量为0.4～0.5％。
优选的，所述润滑剂包括脂肪酸盐、脂肪酸酰胺、硅烷聚合物、固体石蜡、液体石蜡、硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸酰胺、硅酮粉、甲撑双硬脂酸酰胺或N，N’-乙撑双硬脂酸酰胺；所述的润滑剂占组合物总重的重量百分比含量为0.3～0.5％。
本发明还涉及一种根据前述的透光颜色选择性光扩散特性聚碳酸脂组合物的制备方法，包括以下步骤：
a、将聚碳酸酯、光扩散剂和染料按重量份组分配比备料
b、上述步骤a中备好的原料经高速混合机搅拌混合均匀，由主喂料送入双螺杆挤出机，挤出切粒，得到产品。
优选的，所述双螺杆挤出机长径比为20～50∶1，各段螺杆温度为200～320℃，螺杆转速为200～600rpm/min。
优选的，所述双螺杆挤出机长径比为32～45∶1，各段螺杆温度为220～310℃，螺杆转速为250～500rpm/min。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：本发明的组合物具备高透光率、高光扩散特性、透光颜色选择型、无悬光、简单易制备且可适用于薄膜、板材和注塑件等优点。
附图说明
图1为本发明实施例1和实施例3的透光分布曲线图。
具体实施方式
以下结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不限制本发明的范围。
实施例1～4
实施例1～4采用的原料为：
聚碳酸酯树脂采用PC-1，LG-DOW Calibre 200-10；PC-2，LG-DOW Calibre 201-30；
光扩散剂B采用B-1，BaSO4，(Sachtleben，粒径为4μm，折光系数为1.64)；B-2，EXL5136，ACR类光扩散剂，(ROHMHAAS，粒径为5μm，折光系数为1.54)；B-3，有机硅-PMMA-GMA光扩散剂，(上海日之升；粒径为2.5μm，折光指数为1.54)；
颜料C采用C-1，ReD HFG，苝系色粉，(SUMITOMO，目数超过80目，艳蓝光红)；C-2，OB，荧光增白剂Additive，IG-1010∶IG-168＝2∶3。
制备方法为：
A.按照表1所述的重量份称取所述原料；
B.将上述原料在中速混合器中混合20min；
C.将上述混合的原料经计量装置送入双螺杆挤出机(长径比为20～50∶1)中，控制双螺杆挤出机的温度为200～320℃，螺杆转速为200～600rpm/min；在螺杆的输送、剪切和混炼下，物料熔化、复合，最后经挤出、拉条、冷却、切粒步骤，得到具有金属色彩效果的聚碳酸酯美学树脂。
得到的组合物采用以下方法评价，结果如表1所示。
(1)材料透光率评价
在机筒温度为300℃，模具温度为80℃冷热循环，使用中心线平均粗糙度为1.0nm的高镜面模具注塑成型10×10×1mm板材。按照ASTM D1003标准，使用HR-100测试材料透光率。
(2)材料雾度评价
按照ASTM D1003标准，使用HR-100测试10×10×1mm板材的雾度。
(3)材料光扩散性评价
将10×10×1mm放置在4.5W LED 1cm处，在正对光源处观察光扩散效果，光线均匀，无亮斑为◎；光线均匀，有轻微亮斑为○；光线不均匀且有明显亮斑为×。
(4)透光颜色评价
在机筒温度为300℃，模具温度为80℃冷热循环，使用中心线平均粗糙度为1.0nm的高镜面模具注塑成型10×10×1mm板材。使用HR-100测试材料透光光谱。D45光源观察透光颜色。
表1
  组成   实施例1   实施例2   实施例3   实施例4
  PC-1   99.8   99.5   49
  PC-2   50   93
  B-1
  B-2
  B-3   0.1   0.5   1   7
  C-1   0.000001   0.00007
  C-2   0.0001   0.00005
  Additive   0.2   0.2   0.2   0.2
  透光率   85.5   81.3   73.2   36.8
  雾度   98.3   99.1   99.3   99.7
  光扩散性   ○   ◎   ◎   ◎
  透光颜色   白   白   白偏蓝   白偏红
图1为实施例1和3的透光分布曲线，由图1可知：实施例3在蓝色波段450nm处，透光率有个较强的峰，表明透光颜色是白偏蓝色。由上述表1各评价指标可知：本发明的组合物均具备高透光率、高光扩散等特性。
实施例5
透光颜色选择性光扩散特性聚碳酸脂组合物的制备方法为：
A.按照表2所述的重量份称取所述原料；
B.将上述原料在高速混合机中混合20min；
C.将上述混合的原料经计量装置送入双螺杆挤出机(长径比为32∶1)中，控制双螺杆挤出机的温度为220℃，螺杆转速为250rpm/min；在螺杆的输送、剪切和混炼下，物料熔化、复合，最后经挤出、拉条、冷却、切粒步骤，得到具有金属色彩效果的聚碳酸酯美学树脂。
本实施例中聚碳酸酯的分子量为10000，按照ASTM D1234标准，300℃下测试熔融指数为1g/10min；
光扩散剂为有机硅树脂接枝PMMA-GMA的共聚物，其折光指数为1.40，粒径为1μm；有机硅树脂与PMMA-GMA树脂的质量比为30∶70；PMMA-GMA树脂中GMA的质量百分比含量为1％。所述PMMA-GMA树脂的质均分子量为10000，有机硅树脂的质均分子量为20000；所述有机硅树脂接枝官能团为甲基；
颜料为无机色粉；
润滑剂为脂肪酸盐。
本实施例具备而得的组合物具备高透光率、中等光扩散等特性。
实施例6
透光颜色选择性光扩散特性聚碳酸脂组合物的制备方法为：
A.按照表2所述的重量份称取所述原料；
B.将上述原料在高速混合机中混合20min；
C.将上述混合的原料经计量装置送入双螺杆挤出机(长径比为40∶1)中，控制双螺杆挤出机的温度为280℃，螺杆转速为350rpm/min；在螺杆的输送、剪切和混炼下，物料熔化、复合，最后经挤出、拉条、冷却、切粒步骤，得到具有金属色彩效果的聚碳酸酯美学树脂。
本实施例中聚碳酸酯的分子量为100000，按照ASTM D1234标准，300℃下测试熔融指数为85g/10min；
光扩散剂为有机硅树脂接枝PMMA-GMA的共聚物，其折光指数为1.59，粒径为10μm；所述有机硅树脂与PMMA-GMA树脂的质量比为90∶10；所述PMMA-GMA树脂中GMA的质量百分比含量为15％。所述PMMA-GMA树脂的质均分子量为100000，有机硅树脂的质均分子量为200000；所述有机硅树脂接枝官能团为苯基；
颜料为无机色粉和有机色粉；
抗氧剂为酚类类化合物。
本实施例具备而得的组合物具备中等透光率、高光扩散等特性。
实施例7
透光颜色选择性光扩散特性聚碳酸脂组合物的制备方法为：
A.按照表2所述的重量份称取所述原料；
B.将上述原料在高速混合机中混合20min；
C.将上述混合的原料经计量装置送入双螺杆挤出机(长径比为45∶1)中，控制双螺杆挤出机的温度为310℃，螺杆转速为500rpm/min；在螺杆的输送、剪切和混炼下，物料熔化、复合，最后经挤出、拉条、冷却、切粒步骤，得到具有金属色彩效果的聚碳酸酯美学树脂。
本实施例中聚碳酸酯的分子量为15000，按照ASTM D1234标准，300℃下测试熔融指数为3g/10min；
光扩散剂为有机硅树脂接枝PMMA-GMA的共聚物，其折光指数为1.42，粒径为5μm；所述有机硅树脂与PMMA-GMA树脂的质量比为50∶50；所述PMMA-GMA树脂中GMA的质量百分比含量为5％。所述PMMA-GMA树脂的质均分子量为40000，有机硅树脂的质均分子量为100000；所述有机硅树脂接枝官能团为甲基和苯基；
颜料为染料；
润滑剂为N，N’-乙撑双硬脂酸酰胺；
所述抗氧剂为亚磷酸酯类化合物。
本实施例具备而得的组合物具备高透光率、高光扩散等特性。
实施例8
透光颜色选择性光扩散特性聚碳酸脂组合物的制备方法为：
A.按照表2所述的重量份称取所述原料；
B.将上述原料在高速混合机中混合20min；
C.将上述混合的原料经计量装置送入双螺杆挤出机(长径比为20∶1)中，控制双螺杆挤出机的温度为200℃，螺杆转速为200rpm/min；在螺杆的输送、剪切和混炼下，物料熔化、复合，最后经挤出、拉条、冷却、切粒步骤，得到具有金属色彩效果的聚碳酸酯美学树脂。
本实施例中聚碳酸酯的分子量为40000，按照ASTM D1234标准，300℃下测试熔融指数为40g/10min；
光扩散剂为有机硅树脂接枝PMMA-GMA的共聚物，其折光指数为1.57，粒径为3μm；所述有机硅树脂与PMMA-GMA树脂的质量比为80∶20；所述PMMA-GMA树脂中GMA的质量百分比含量为10％。所述PMMA-GMA树脂的质均分子量为60000，有机硅树脂的质均分子量为150000；所述有机硅树脂接枝官能团为甲基；
颜料为有机色粉；
润滑剂为固体石蜡；
抗氧剂为抗氧剂168和抗氧剂1010。
本实施例具备而得的组合物具备高透光率、高光扩散等特性。
实施例9
透光颜色选择性光扩散特性聚碳酸脂组合物的制备方法为：
A.按照表2所述的重量份称取所述原料；
B.将上述原料在高速混合机中混合20min；
C.将上述混合的原料经计量装置送入双螺杆挤出机(长径比为50∶1)中，控制双螺杆挤出机的温度为320℃，螺杆转速为600rpm/min；在螺杆的输送、剪切和混炼下，物料熔化、复合，最后经挤出、拉条、冷却、切粒步骤，得到具有金属色彩效果的聚碳酸酯美学树脂。
本实施例中聚碳酸酯的分子量为70000，按照ASTM D1234标准，300℃下测试熔融指数为60g/10min；
光扩散剂为有机硅树脂接枝PMMA-GMA的共聚物，其折光指数为1.50，粒径为7μm；所述有机硅树脂与PMMA-GMA树脂的质量比为40∶60；所述PMMA-GMA树脂中GMA的质量百分比含量为12％。所述PMMA-GMA树脂的质均分子量为80000，有机硅树脂的质均分子量为80000；所述有机硅树脂接枝官能团为苯基；
颜料为有机色粉和染料；
润滑剂为甲撑双硬脂酸酰胺；
抗氧剂为抗氧剂1076。
本实施例具备而得的组合物具备高透光率、高光扩散等特性。
表2
  组成   实施例5   实施例6   实施例7   实施例8   实施例9
  聚碳酸酯树脂   90   92.5   95   97.5   99.9
  光扩散剂   0.2   10   8   5   3
  颜料   0.000009   0.00002   0.00004   0.00006   0.00009
  抗氧剂   0   0.41   0.47   0.52   0.43
  润滑剂   0.27   0   0.52   0.42   0.38
综上所述，本发明公开的组合物具备高透光率、高光扩散特性、透光颜色选择型、无悬光、简单易制备且可适用于薄膜、板材和注塑件等特性，可适用于液晶显示器领域的光扩散板、光学透镜、导光板、光扩散板的光学元件、LED灯罩或者车辆用和建材用的替代玻璃等。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (13)

1.一种透光颜色选择性光扩散特性聚碳酸脂组合物，其特征在于，包括以下组分和重量份：
聚碳酸酯树脂          90～99.9，
光扩散剂              0.1～10，
颜料                  1～100×10-6。
2.根据权利要求1所述的透光颜色选择性光扩散特性聚碳酸脂组合物，其特征在于，包括以下组分和重量份：
聚碳酸酯树脂          90～99.9，
光扩散剂              0.2～7，
颜料                  1～50×10-6。
3.根据权利要求1所述的透光颜色选择性光扩散特性聚碳酸脂组合物，其特征在于，所述聚碳酸酯的分子量为10000～100000，按照ASTM D1234标准，300℃下测试熔融指数为1～85g/10min。
3、根据权利要求2所述的透光颜色选择性光扩散特性聚碳酸脂组合物，其特征在于，所述聚碳酸酯的分子量为15000～40000，按照ASTM D1234标准，300℃下测试熔融指数为3～40g/10min。
4.根据权利要求1所述的透光颜色选择性光扩散特性聚碳酸脂组合物，其特征在于，所述光扩散剂为有机硅树脂接枝PMMA-GMA的共聚物，其折光指数为1.40～1.59，粒径为1～10μm；所述有机硅树脂与PMMA-GMA树脂的质量比为30∶70～90∶10；所述PMMA-GMA树脂中GMA的质量百分比含量为1～15％。
5.根据权利要求4所述的透光颜色选择性光扩散特性聚碳酸脂组合物，其特征在于，所述光扩散剂折光指数为1.42～1.57，粒径为1～5μm；所述有机硅树脂与PMMA-GMA树脂的质量比为50∶50～80∶20；所述PMMA-GMA树脂中GMA的质量百分比含量为5～10％。
6.根据权利要求1所述的透光颜色选择性光扩散特性聚碳酸脂组合物，其特征在于，所述PMMA-GMA树脂的质均分子量为10000～100000，有机硅树脂的质均分子量为20000～200000；所述有机硅树脂接枝官能团为甲基、苯基或其混合物。
7.根据权利要求1所述的透光颜色选择性光扩散特性聚碳酸脂组合物，其特征在于，所述颜料为无机色粉、有机色粉、染料中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的透光颜色选择性光扩散特性聚碳酸脂组合物，其特征在于，所述组合物还包括抗氧剂、润滑剂中的一种或两种。
9.根据权利要求8所述的透光颜色选择性光扩散特性聚碳酸脂组合物，其特征在于，所述抗氧剂为酚类和/或亚磷酸酯类化合物，包括市售抗氧剂168、抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂245中的一种或几种；所述抗氧剂占组合物总重的重量百分比含量为0.4～0.5％。
10.根据权利要求8所述的透光颜色选择性光扩散特性聚碳酸脂组合物，其特征在于，所述润滑剂包括脂肪酸盐、脂肪酸酰胺、硅烷聚合物、固体石蜡、液体石蜡、硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸酰胺、硅酮粉、甲撑双硬脂酸酰胺或N，N’-乙撑双硬脂酸酰胺；所述的润滑剂占组合物总重的重量百分比含量为0.3～0.5％。
11.一种根据权利要求1所述的透光颜色选择性光扩散特性聚碳酸脂组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、将聚碳酸酯、光扩散剂和染料按重量份组分配比备料
b、上述步骤a中备好的原料经混合机搅拌混合均匀，由主喂料送入双螺杆挤出机，挤出切粒，得到产品。
12.根据权利要求11所述的透光颜色选择性光扩散特性聚碳酸脂组合物的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机长径比为20～50∶1，各段螺杆温度为200～320℃，螺杆转速为200～600rpm/min。
13.根据权利要求12所述的透光颜色选择性光扩散特性聚碳酸脂组合物的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机长径比为32～45∶1，各段螺杆温度为220～310℃，螺杆转速为250～500rpm/min。
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