CN102775709A - 一种同时提高透光率及雾度的光扩散板及其配套工艺 - Google Patents

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Abstract

一种同时提高透光率及雾度的光扩散板及其配套工艺，解决了在光扩散板中添加光扩散剂及阻燃剂会严重影响光扩散板本身的透光率的技术问题，采用的技术方案是，以上光扩散板的原料配方组份中包括由透明树脂构成的基料、以及光扩散剂，其关键在于：所述的光扩散剂是钛的氮化物、或锌的氮化物、或锡的氮化物、或铁的氮化物、或铜的氮化物、或铜的磷化物、或铁的磷化物，或采取以上两种或两种以上物质的混合物混配而成，以上光扩散剂占透明树脂的重量百分比是：0.01～5％。本发明的有益效果是：采用本发明制备的光扩散板具有低吸湿性、耐翘曲性、阻燃性、抗紫外线老化性和抗黄变性。

Description

一种同时提高透光率及雾度的光扩散板及其配套工艺
技术领域
本发明涉及一种光扩散板及其配套制备工艺，属于照明及光显示领域，特别是一种通过添加新型光扩散剂，同时提高透光率及雾度的光扩散板及其配套生产工艺。
背景技术
在广告牌、显示板和传统照明器具中常使用光扩散板，随着国家大力发展LED产业，LED应用于照明领域越来越广泛，所以发展优异的光扩散板越发显得重要。对光扩散板而言，在增大其雾度的同时，应该尽量不增加光经过扩散板时的损失，即要同时保证高透光率和较高的雾度。为此，人们进行了大量的有益研究。
CN200680055637和专利CN101684922A公开了一种光扩散板的制造方法，专利公开了无机扩散剂，如碳酸钙、二氧化硅、硅氧烷、硫化锌、氧化钛、磷酸钛、钛酸镁、云母、玻璃填料、硫酸钡、粘土、滑石；硅橡胶类弹性体、聚甲基硅氧烷噁烷等和有机物如丙烯酸、苯乙烯、聚酯型、聚烯烃型、脲烷型、尼龙型、甲基丙烯酸苯乙烯型、氟型、降冰板烯型等作为扩散剂的方案。专利中提到的无机粒子如二氧化硅，已经是市场上一种常用的光扩散剂，这些无机粒子加入到树脂中虽然可以增加树脂的雾度，但是会大幅度降低透光率，一般地，加入这种无机粒子的扩散板的透光率(1.2mm聚碳酸酯PC)不会大于70％。专利中提到的有机类光扩散剂可以降低光透过扩散板时的损失，但是也不能彻底避免光线的损失，在雾度合适的情况下，添加有机光扩散剂获得的光扩散板的透光率一般不大于80％(1.2mm聚碳酸酯PC)。
目前公布的专利中提到的无机和有机光扩散剂还有一些值得关注的缺陷是，这些光扩散剂加入到树脂中会吸收水分，使光扩散板在长期使用过程中发生翘曲；在户外使用中这些光扩散板耐紫外线、抗黄变和阻燃性能比较差，因为加工时往往不加入或者添加极少的如抗黄变剂、抗氧剂、紫外线吸收剂、阻燃剂等加工助剂，因为，极低量的抗黄变剂、抗氧剂、紫外线吸收剂、阻燃剂都会大幅地降低扩散板的透光性。
因此如何解决既要增加光扩散板的雾度及阻燃性，又要保证其较高的透光率成为本领域亟待解决的技术难题。
发明内容
本发明要解决在光扩散板中添加光扩散剂及阻燃剂会严重影响光扩散板本身的透光率的技术问题，设计了一种同时提高透光率及雾度的光扩散板及其配套工艺，通过改善光扩散板原料中光扩散剂的成分，解决了光扩散板不能在提高雾度的同时又保证较高透光率的技术问题。
本发明为实现发明目的采用的技术方案是，一种同时提高透光率及雾度的光扩散板，以上光扩散板的原料配方组份中包括由透明树脂构成的基料、以及光扩散剂，其关键在于：所述的光扩散剂是钛的氮化物、或锌的氮化物、或锡的氮化物、或铁的氮化物、或铜的氮化物、或铜的磷化物、或铁的磷化物，或采取以上两种或两种以上物质的混合物混配而成，以上光扩散剂占透明树脂的重量百分比是：0.01～5％。
一种采用上述的光扩散板配方制备光扩散板的工艺，其关键在于：本工艺的具体步骤包括：
A、按照权利要求1中提到的光扩散板的原料配方组分配比，并借助混料机混合均匀，配方中光扩散剂占透明树脂的重量百分比是：0.01～5％；
B、将上述混合均匀的原料引入三辊挤出设备，在三辊挤出设备中经熔融均化成熔体，熔体由下而上入辊、在设备出口处挤出成板，其中各工艺参数包括：辊间距为1～1.5mm，三辊温度依次为115～125℃、135～145℃、155～165℃，三辊挤出机中螺杆七个区的温度依次为280～287℃、288～295℃、288～295℃、288～295℃、288～295℃、288～295℃、275～285℃；
C、包装出厂。
其中三辊温度优选为120℃、140℃、160℃，三辊挤出机中螺杆七个区的优选温度依次为285℃、290℃、290℃、290℃、290℃、290℃、280℃。
现有技术需要将有机或无机粉末作为光扩散剂添加到透明树脂中以便形成雾度。其雾度形成原理是：添加的光扩散剂和树脂基体的折射率不同，所以可见光进入树脂后会发生无数次的折射与反射，导致其雾度增加，也就是常说的看起来雾蒙蒙的。现有技术为了使产品阻燃需要添加阻燃剂，为了使产品抗黄变需要加入抗黄变剂，为了使产品耐紫外线需要加入抗紫外线剂，这些助剂都会使塑料板的透光率降低。因此，经过深入研究如何加入一种助剂既使雾度增加又尽量不损失透光性，在经过无数次实验后，得出采用本专利中的光扩散剂添加到透明树脂中，很好的解决了这些难题。
本专利中采用的光扩散剂添加到透明树脂经过加工，形成具有较高透光率及雾度的原理是：本发明中的光扩散剂在生产设备的成品出口，在光扩散板挤出经过三辊冷却时，会使板异相成核进而结晶从而形成很多晶体微球，这些晶体微球的光折射率与未成核的区域不同。所以光线进入光扩散板后，发生不断的折射和反射而形成雾度。晶体微球其实质与树脂本身材料相同，只是密度有所不同，所以发生光线在光扩散板中发生折射和反射时不会发生损失。而传统的光扩散板中添加的光扩散剂往往不透射光或者材料本质与树脂本身不同，所以光通过光扩散板时会发生损失。
本发明的有益效果是：采用新型光扩散剂代替现有技术中的有机或无机添加剂，并经过配套的工艺手段制备的光扩散板，在增大雾度时由保证了较高的透光率，而且本发明中的光扩散板具有极低的吸水性，较高的反射紫外线性能、阻燃性和增加树脂基体强度的性能，因此这种光扩散板在使用过程中发生翘曲的概率极低，室外使用时耐紫外线性能非常优良。
具体实施方式
一种同时提高透光率及雾度的光扩散板，以上光扩散板的原料配方组份中包括由透明树脂构成的基料、以及光扩散剂，其关键在于：所述的光扩散剂是钛的氮化物、或锌的氮化物、或锡的氮化物、或铁的氮化物、或铜的氮化物、或铜的磷化物、或铁的磷化物，或采取以上两种或两种以上物质的混合物混配而成，以上光扩散剂占透明树脂的重量百分比是：0.01～5％。
上述的光扩散剂的平均颗粒细度为1～50nm。
上述的钛的氮化物是TiN、锌的氮化物是Zn3N2、锡的氮化物是Sn3N4、铁的氮化物是Fe3N、铜的氮化物是Cu3N、铜的磷化物是Cu3P、铁的磷化物是Fe3P。
上述的透明树脂的组份中包括聚甲基丙烯酸甲酯、或聚碳酸酯、或聚苯乙烯、或环状烯烃共聚物、或等规聚丙烯、或聚乙烯、或环氧树脂，或采取以上某两种或两种以上物质的混合物。
上述的光扩散剂采用TiN，TiN占透明树脂的重量百分比为0.01～0.1％。
上述的光扩散剂采用Fe3N、或Fe3P，或采用以上两种物质的混合物，光扩散剂占透明树脂的重量百分比为0.1～2％。
上述的光扩散剂采用Cu3N、或Cu3P，或采用以上两种物质的混合物，光扩散剂占透明树脂的重量百分比为2～3％。
上述的光扩散剂采用Zn3N2，光扩散剂占透明树脂的重量百分比为3～4％。
上述的光扩散剂采用Sn3N4，光扩散剂占透明树脂的重量百分比为4～5％。
一种采用上述的光扩散板配方制备光扩散板的工艺，其关键在于：本工艺的具体步骤包括：
A、按照权利要求1中提到的光扩散板的原料配方组分配比，并借助混料机混合均匀，配方中光扩散剂占透明树脂的重量百分比是：0.01～5％；
B、将上述混合均匀的原料引入三辊挤出设备，在三辊挤出设备中经熔融均化成熔体，熔体由下而上入辊、在设备出口处挤出成板，其中各工艺参数包括：辊间距为1～1.5mm，三辊温度依次为115～125℃、135～145℃、155～165℃，三辊挤出机中螺杆七个区的温度依次为280～287℃、288～295℃、288～295℃、288～295℃、288～295℃、288～295℃、275～285℃；
C、包装出厂。
其中三辊温度优选为120℃、140℃、160℃，三辊挤出机中螺杆七个区的优选温度依次为285℃、290℃、290℃、290℃、290℃、290℃、280℃；
现有技术需要将有机或无机粉末作为光扩散剂添加到透明树脂中以便形成雾度。其雾度形成原理是：添加的光扩散剂和树脂基体的折射率不同，所以可见光进入树脂后会发生无数次的折射与反射，导致其雾度增加，也就是常说的看起来雾蒙蒙的。现有技术为了使产品阻燃需要添加阻燃剂，为了使产品抗黄变需要加入抗黄变剂，为了使产品耐紫外线需要加入抗紫外线剂，这些助剂都会使塑料板的透光率降低。因此，经过深入研究如何加入一种助剂既使雾度增加又尽量不损失透光性，在经过无数次实验后，得出采用本专利中的光扩散剂添加到透明树脂中，很好的解决了这些难题。
本专利中采用的光扩散剂添加到透明树脂经过加工，形成具有较高透光率及雾度的原理是：本发明中的光扩散剂在生产设备的成品出口，在光扩散板挤出经过三辊冷却时，会使板异相成核进而结晶从而形成很多晶体微球，这些晶体微球的光折射率与未成核的区域不同。所以光线进入光扩散板后，发生不断的折射和反射而形成雾度。晶体微球其实质与树脂本身材料相同，只是密度有所不同，所以发生光线在光扩散板中发生折射和反射时不会发生损失。而传统的光扩散板中添加的光扩散剂往往不透射光或者材料本质与树脂本身不同，所以光通过光扩散板时会发生损失。
本发明的有益效果是：采用新型光扩散剂代替现有技术中的有机或无机添加剂，并经过配套的工艺手段制备的光扩散板，在增大雾度时由保证了较高的透光率，而且本发明中的光扩散板具有极低的吸水性，较高的反射紫外线性能、阻燃性和增加树脂基体强度的性能，因此这种光扩散板在使用过程中发生翘曲的概率极低，室外使用时耐紫外线性能非常优良。
本发明中的光扩散剂可以采用公知的方法与树脂混合，也可以在合成树脂的时候加入，采用公知的方法和树脂混合时用高混设备混合然后成型，还可以用密炼机、单螺杆或双螺杆挤出机、混料机等常用塑料混配机械制备树脂组合物，然后经过注塑、挤出设备，制造各种厚度的光扩散板。光扩散板的厚度可以为0.5mm～5mm，优选1mm～3mm。
本发明光扩散板的雾度值优选大于98％，其透光率会受到树脂基体的影响，但是不会比原树脂的透光率低3％。本发明透光率和雾度的测试方法参考ASTM D-1003规范。可以采用艾德诺仪器公司WGW型透光率仪来测试透光率，采用北京丹贝尔仪器有限公司的M57D雾度仪来测试雾度。
本发明阻燃性测试采用UL 94标准。评定方法为：
V-2级别：火焰移走后每个试样两次明燃时间小于30S，5个试样10次明燃总时间不超过250S；H火源移走后每个试件第二次施焰后明燃时间和阴燃时间不大于60S，熔滴点燃棉花；
V-1级别：无熔地点燃棉花，其他条件和V-2一致；
V-0级别：火焰移走后每个试样两次明燃时间小于10S，5个试样10次明燃总时间不超过50S；H火源移走后每个试件第二次施焰后明燃时间和阴燃时间不大于30S，无熔滴点燃棉花；
下面列举几个由于光扩散板原料组分配比不同，导致成品光扩散板的测试数据也发生变化的具体实施例，以TiN与聚碳酸酯混合为例：

Claims (10)

1.一种同时提高透光率及雾度的光扩散板，以上光扩散板的原料配方组份中包括由透明树脂构成的基料、以及光扩散剂，其特征在于：所述的光扩散剂是钛的氮化物、或锌的氮化物、或锡的氮化物、或铁的氮化物、或铜的氮化物、或铜的磷化物、或铁的磷化物，或采取以上两种或两种以上物质的混合物混配而成，以上光扩散剂占透明树脂的重量百分比是：0.01～5％。
2.根据权利要求1所述的一种同时提高透光率及雾度的光扩散板，其特征在于：所述的光扩散剂的平均颗粒细度为1～50nm。
3.根据权利要求1所述的一种同时提高透光率及雾度的光扩散板，其特征在于：所述的钛的氮化物是TiN、锌的氮化物是Zn3N2、锡的氮化物是Sn3N4、铁的氮化物是Fe3N、铜的氮化物是Cu3N、铜的磷化物是Cu3P、铁的磷化物是Fe3P。
4.根据权利要求1所述的一种同时提高透光率及雾度的光扩散板，其特征在于：所述的透明树脂的组份中包括聚甲基丙烯酸甲酯、或聚碳酸酯、或聚苯乙烯、或环状烯烃共聚物、或等规聚丙烯、或聚乙烯、或环氧树脂，或采取以上某两种或两种以上物质的混合物。
5.根据权利要求3所述的一种同时提高透光率及雾度的光扩散板，其特征在于：所述的光扩散剂采用TiN，TiN占透明树脂的重量百分比为0.01～0.1％。
6.根据权利要求3所述的一种同时提高透光率及雾度的光扩散板，其特征在于：所述的光扩散剂采用Fe3N、或Fe3P，或采用以上两种物质的混合物，光扩散剂占透明树脂的重量百分比为0.1～2％。
7.根据权利要求3所述的一种同时提高透光率及雾度的光扩散板，其特征在于：所述的光扩散剂采用Cu3N、或Cu3P，或采用以上两种物质的混合物，光扩散剂占透明树脂的重量百分比为2～3％。
8.根据权利要求3所述的一种同时提高透光率及雾度的光扩散板，其特征在于：所述的光扩散剂采用Zn3N2，光扩散剂占透明树脂的重量百分比为3～4％。
9.根据权利要求3所述的一种同时提高透光率及雾度的光扩散板，其特征在于：所述的光扩散剂采用Sn3N4，光扩散剂占透明树脂的重量百分比为4～5％。
10.一种采用权利要求1所述的光扩散板配方制备光扩散板的工艺，其特征在于：本工艺的具体步骤包括：
A、按照权利要求1中提到的光扩散板的原料配方组分配比，并借助混料机混合均匀，配方中光扩散剂占透明树脂的重量百分比是：0.01～5％；
B、将上述混合均匀的原料引入三辊挤出设备，在三辊挤出设备中经熔融均化成熔体，熔体由下而上入辊、在设备出口处挤出成板，其中各工艺参数包括：辊间距为1～1.5mm，三辊温度分别为115～125℃、135～145℃、155～165℃，三辊挤出机中螺杆七个区的温度分别为280～287℃、288～295℃、288～295℃、288～295℃、288～295℃、288～295℃、275～285℃；
C、包装出厂。
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