CN102634067B - 光扩散剂、光分散材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光扩散剂、光分散材料及其制备方法。该光分散剂以硅微球为核，其表面包覆直径为30-70nm的多孔纳米二氧化钛空心微球，其中硅微球和多孔空心纳米二氧化钛的质量比为：4:1-1:1。该光分散材料的组成及质量百分含量为：聚碳酸酯97-99％；光散射剂0.5-1.5％；阻燃剂0.3～1.5％；以上各组分的质量百分含量之和为100%。本发明所得光分散材料适合用作液晶显示的背光、投影电视等的透射型屏幕、照明器具、灯饰看板等光扩散用构件中的添加剂。此外，此制备方法操作简单，而且原料价格实惠，可广泛应用于各种光扩散基材中。

Description

光扩散剂、光分散材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种具有优异的光透过性和扩散性的光扩散剂、光分散材料及其制备方法。

背景技术

照明是人类生活中不可缺少的。对于多数情况的照明，都需要照明光具有均匀的空间光强( 或光亮度) 分布。在《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》中提出了研究开发高效节能、长寿命的半导体照明产品这一优先主题。同时，2010年国家更是明确了节能环保、新能源、新材料等作为重点发展的战略性新兴产业并颁布了《半导体照明节能产业发展意见》，要求通过集聚创新资源，突出技术进步，攻克关键瓶颈，推进LED产业的发展。从性能上来说，LED光源由于其低能耗、低热量、环保、寿命长而受到青睐，同时由于其性能优异，在其它很多方面也有潜在的应用价值，包括信号指示、绿色显示、特殊照明等。与传统光源相比，LED是点光源，发光集中且强烈，这就会造成亮度不均匀，产生眩光。因此，在LED应用过程中，首先要解决的瓶颈问题之一即是眩光。因此如何使LED光线柔和，同时不产生或尽量减少光损是要研究的方向。目前解决这一瓶颈的方法主要有：在原有灯罩基础上添加色粉，如硫酸钡等;增加磨沙效果;增加棱镜。但以上几种方法光扩散效果有限，且降低了光线透过率。现在公认的最优解决方法是使用光扩散树脂材料作为LED灯罩，即在树脂基体中引入光扩散剂达到光散射的目的。光扩散剂是一种透明的纳米或亚微米球体颗粒，加入PC、PMMA等基体中后，均匀分散于其中。射入的光穿过玻璃球体经过无数次的折射再穿透，均匀分散，使点光源变成面光源，扩大发光面，从而使光线柔和；同时光是可以穿过球体的，光损小，多次改变光线的传播方向多次折射，达到LED 灯光线的柔和，同时也能改善过去只简单用色粉来调节光线刺眼程度的不足，因为色粉在基材中会遮挡掉很多光线，使亮度变暗，而不能象使用有机光扩散剂那样，不会档住很多光线通过，从而达到匀光、透光的作用。

光扩散剂的材料可以是无机的也可以是有机的。常用的光扩散剂有二氧化硅、氧化锌、二氧化钛、氧化锆、硫化锌、硫酸钡、苯乙烯类聚合物、丙烯酸类聚合物、硅氧烷类聚合物等。表征光扩散材料性能的主要技术参数是透光率和雾度。透光率表示光扩散材料对入射光的总体利用率，而雾度则表示入射光偏离原入射方向的程度，故可以用来表征光扩散材料对入射光引入的扩散程度。人们日常生活中使用的灯罩其透光率均不是很高，也就是说有相当一部分光能量被损失掉。因此，开发具有高透光率和高雾度的光扩散材料对于有效利用光源的光能十分重要。而就目前市面上所生产的光扩散材料来看，其透光率和雾度均没有达到一个很好的平衡。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种光扩散剂，该光扩散剂能够赋予优于现有无机或有机球状粒子的光扩散性以及光透射型，并能提高最终产品的性能。

本发明的目的之二在于提供以上述光分散剂为主要组成的光扩散材料。

本发明的目的之三在于提供该光分散材料的制备方法。

为达到上述目的，本发明所采用的原理是：使用一种光扩散剂作为改性剂而对另一种球形微粉状光扩散剂进行改性，以结合两种光扩散粒子的优点。

根据上述机理，本发明采用的具体技术方案为：

一种光分散剂，其特征在于该光分散剂以硅微球为核，其表面包覆多孔纳米二氧化钛空心微球，其中硅微球和多孔空心纳米二氧化钛的质量比为：4:1-1:1。

上述的多孔纳米二氧化钛空心微球的直径可以为30-70nm。

上述的硅微球的粒径可以为：1-5 μm。

一种光分散材料，采用上述的光扩散剂，其特征在于该光分散材料的组成及质量百分含量为：

聚碳酸酯             97-99％；

光散射剂             0.5-1.5％；

阻燃剂                 0.3～1.5％；

以上各组分的质量百分含量之和为100%。

一种制备上述的光分散材料的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：

a.将钛酸四正丁酯溶于乙醇和水的混合溶剂中，搅拌得黄色透明溶液；

b.将硅微球分散于乙醇中得分散液；

c.将步骤a所得黄色透明溶液加入到步骤b所得分散液中，在100-300℃温度下反应20-50h时间，取出离心，洗涤，干燥，得到由多孔空心纳米二氧化钛包覆的硅微球粉体，即所需的光分散剂；其中钛酸四正丁酯与硅微球的比例为每1-5ml钛酸四正丁酯配1-10g硅微球粉体；

d.将各组分密炼混合均匀后，再经熔融共混、挤出造粒，再经冷却、风干、切粒，干燥后，即得光扩散材料。

上述的步骤a中钛酸四正丁酯与乙醇的体积比可以为：1:20-1:40；所述的钛酸四正丁酯和水的体积比为：1:0.5-1:2。

上述的步骤b中硅微球与乙醇的比例可以为：每40-80ml乙醇分散1-10g硅微球粉体。

本发明的光分散材料中，还可以根据需要添加其它助剂，如抗氧化剂和抗紫外剂等。

本发明的优点是将两种光扩散剂通过化学改性的方法结合，所得产品不仅包含有两种光扩散剂本身的优点，而且本发明所制备的是多孔空心纳米二氧化钛微球附着于硅微球的表面，二氧化钛微球的孔径与光的波长相近，更有利于光的散射。本发明所得光分散材料适合用作液晶显示的背光、投影电视等的透射型屏幕、照明器具、灯饰看板等光扩散用构件中的添加剂。此外，此制备方法操作简单，而且原料价格实惠，可广泛应用于各种光扩散基材中。

具体实施方式

在下列实施例的材料中，光扩散剂中的硅微球粉体，选用日本信越生产的，商品牌号为KMP-590，钛酸四正丁酯和乙醇均为分析纯，水为去离子水。

本发明提供的光扩散剂，按重量配比为(％)：聚碳酸酯97-99％；光散射剂0.5-1.5％；阻燃剂0.3～1.5％。还可以其它助剂0.2-1.0％，加入其中进行实验。其中，所述聚碳酸酯中高粘，其熔融指数MFI在8～11g/10min；其它助剂包括抗氧化剂和抗紫外剂。

首先制备光扩散剂，量取2ml钛酸四正丁酯，加入40ml乙醇与2ml水的混合液中，搅拌半小时，加入硅树脂，继续搅拌半小时后，将混合液移至水热釜中，再加入20ml乙醇，180℃反应48h，取出离心，烘干。

按下表样品的配方进行备料，将所制光扩散剂与聚碳酸酯以及各种助剂首先进入密炼机进行密炼，混合母料取出后冷却投入高速混合容器内，在室温状态高低速混合3～5MIN。将剩余的物料在塑料容器中混合均匀，之后，将混合好的物料加入到双螺杆挤出机的料斗中，而打碎的光扩散母料则经由侧喂料口进料，经熔融共混，挤出造粒成复合材料。配比1~3密炼机设定条件为：一区温度260-270℃，二区温度260-270℃，转速30rpm, 停留时间1～2min；挤出机的温度（℃）设定为：一区温度240-250℃，二区温度250-260℃，三区温度260-270℃，四区温度270-280℃，五区温度270-280℃，六区温度270-280℃，模头温度为270-280℃，停留时间1～2min，压力为2-2.5MPa。挤出造粒。挤出物料经冷却、风干、切粒，干燥后，即得光扩散材料。

性能测试：

由比表面积分析得硅树脂改性前后比表面积比为6:102。

透光率测试及雾度测试按照美国材料实验协会标准ASTM D1003-61(1997)，测试样板厚度为2mm。测试结果见下表所示。

从实施例1～3分析，随着光散射剂加入量的增加，雾度逐渐增加，透光率虽然有所下降，但下降幅度不大。

Claims (4)

1.一种光分散材料，其特征在于该光分散材料的组成及质量百分含量为：

聚碳酸酯          97-99％；

光散射剂          0.5-1.5％；

阻燃剂        0.3～1.5％；

以上各组分的质量百分含量之和为100%；

所述的光散射剂以硅微球为核，其表面包覆多孔纳米二氧化钛空心微球，其中硅微球和多孔空心纳米二氧化钛的质量比为：4:1-1:1：所述的多孔纳米二氧化钛空心微球的直径为30-70nm；所述的硅微球的粒径为：1-5 μm；。

2.一种制备根据权利要求1所述的光分散材料的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：

a.将钛酸四正丁酯溶于乙醇和水的混合溶剂中，搅拌得黄色透明溶液；

b.将硅微球分散于乙醇中得分散液；

c.将步骤a所得黄色透明溶液加入到步骤b所得分散液中，在100-300℃温度下反应20-50h时间，取出离心，洗涤，干燥，得到由多孔空心纳米二氧化钛包覆的硅微球粉体，即所需的光散射剂；其中钛酸四正丁酯与硅微球的比例为每1-5ml钛酸四正丁酯配1-10g硅微球粉体；

d.将各组分密炼混合均匀后，再经熔融共混、挤出造粒，再经冷却、风干、切粒，干燥后，即得光分散材料。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述的步骤a中钛酸四正丁酯与乙醇的体积比为：1:20-1:40；所述的钛酸四正丁酯和水的体积比为：1:0.5-1:2。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述的步骤b中硅微球与乙醇的比例为：每40-80ml乙醇分散1-10g硅微球粉体。