CN103341984B - 一种提高聚合物共混材料各向异性光散射性能的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高聚合物共混材料各向异性光散射性能的方法。该方法是将光散射相与透明基体相从一台挤出机中共混挤出，经过口模处连接的若干收敛-叠合单元的多次拉伸混合作用，实现光散射相在基体中的原位成纤和均匀分散。最后经过牵引冷却装置定型，得到具有高各向异性光散射性能的光学材料制品。本发明方法所用原料易得，价格低廉。制品的各向异性光散射程度可通过收敛-叠合单元的使用数量进行调控，便捷高效。所涉及的模具加工容易，拆装方便。

Description

一种提高聚合物共混材料各向异性光散射性能的方法

技术领域

本发明属于聚合物基复合材料制备工艺领域，具体涉及一种提高聚合物共混材料各向异性光散射性能的新方法。该方法的特点是利用一台挤出机和若干收敛-叠合单元的多次拉伸叠加作用，实现光散射相在基体中的原位成纤和均匀分散，降低挤出制品中分散相在皮层和芯层的形态和分散差异，从而提高制品的各向异性光散射性能。

背景技术

各向异性光散射材料是具备有各向异性光散射能力的材料，顾名思义，该材料在不同方向上（x轴方向和y轴方向）对光线的散射能力不同。如图1所示，Fx(θ)/Fy(θ)≥1，Fx(θ)和Fy(θ)分别为在x轴和y轴方向上，散射角为θ时，散射光的强度。这类材料可以应用在某些特殊场合，用于选择性地加强光线在某一方向或角度的散射作用，来改变视角同时节约能源。例如将其应用于液晶显示器时，可增强水平方向的散射能力，来扩宽水平方向视角以满足更多观众的需求，同时弱化垂直方向上的光散射能力来节省能源。此外，各向异性光散射材料也可作为导光板用于采光照明。

熔融共混法是制备聚合物基光散射材料的一种常用方法[如欧洲专利0464499A2、美国专利US6727313B2]。基体为透光相，分散相为光散射相。通过增加基体和分散相聚合物的折射指数差异，提高分散相的长径比并使之沿同一个方向取向排布可获得各向异性的光散射性能。为了增大分散相的长径比，可通过流道的拉伸、剪切作用或者外加设备的拉伸、牵引作用来实现，但得到的制品往往存在分散相分布不均，皮芯层形态差异较大等问题，这显然不利于整个体系各向异性光散射能力的提高。因此，研发一种操作简单，生产效率高，可有效降低分散相在皮层和芯层的形态和分散差异，使得制品各向异性光散射性能显著提高的方法具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是针对熔融共混法制备聚合物基各向异性光散射材料的研究现状而提供一种新的、更为简单高效的方法，以解决现有方法制得的产品中分散相在皮层和芯层的形态差异较大、分散不均、各向异性光散射强度不足等问题。

本发明的技术方案是：将二种聚合物从一台挤出机中共混挤出，分散相经过口模处连接的若干收敛-叠合单元的多次拉伸混合作用在基体中实现原位成纤和均匀分散，最后经过牵引冷却装置定型，得到具有高各向异性光散射性能的光学材料制品。

在上述技术方案中，所述聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、苯乙烯-丙烯腈共聚物、聚醚砜、丁二烯-苯乙烯共聚物、聚4-甲基-1-戊烯、甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物中的二种，分别作为基体和分散相，且二者折光指数的差异范围在0.001-0.2之间。

在上述技术方案中，所述收敛-叠合单元由分割器、收敛流道和叠合流道组成。共混熔体从挤出机挤出进入一个收敛-叠合单元后首先被分割器分为2-100股，然后分别进入一个收敛流道，最后在出口处叠加到一起并进入下一个单元重复同样的过程或直接进入牵引冷却装置。

在上述技术方案中，所述分散相的长径比可通过在所述挤出机口模处安装1-20个所述收敛-叠合单元进行调控，使长径比介于1:1-500:1之间，直径在0.1-10微米之间，长度在1至50微米之间。

本发明具有如下优点：1、本发明所涉及的设备简单，模具加工容易，易于组装，制造成本低，清理和维护都十分方便；加工过程能耗低、效率高、易于操作；所需原料均为市售，无须合成其他化学物。

2、通过本发明方法制备的聚合物基各向异性光散射材料，利用收敛-叠合单元中收敛流道的拉伸作用可提高分散相的长径比，叠加作用可使基体中各分散相受力、分布均匀。

3、通过本发明方法制备的聚合物基各向异性光散射材料，利用多个收敛-叠合单元的组合，可有效提高光散射相的长径比，降低挤出制品中分散相在皮层和芯层的形态和分散差异，从而提高制品的各向异性光散射性能。

4、通过本发明方法可以制备的聚合物基高各向异性光散射材料，散射角θ在5°到30°范围内可调，材料的透光率高于85%，雾度高于90%。

5、通过本发明方法制备的聚合物基各向异性光散射材料，可以是片状、膜状、条状、粒状中的一种，应用更为广泛。

本发明还具有其他方面的一些优点。

附图说明

图1是各向异性光散射聚合物共混材料对垂直入射光线的散射情况示意图。20为激光发射器发出的光，10为各向异性光散射材料，数据分析得到光散射曲线如图中所示。在各向异性光散射材料中，椭球形的分散相11平行分散于透明的基体中。x(θ)和y(θ)分别为在x轴和y轴方向上的散射角为θ。

图2是本发明所涉及的挤出装置示意图。该装置包括：一台挤出机31、连接器32、收敛-叠合单元33、口膜34和牵引冷却辊35组成。

图3是收敛-叠合单元的结构示意图。其中40为收敛-叠合单元的进口端；41,42为两个流道，将熔体分割成两部分；50为收敛-叠合单元的出口端；60为收敛-叠合单元沿熔体流动方向的剖面图。

图4是使用2个收敛-叠合单元的一个实施例的光散射片材对点状光源的光散射曲线图。Fx(θ)和Fy(θ)分别为在x轴和y轴方向上，散射角为θ时，散射光的强度。

图5是使用4个收敛-叠合单元的一个实施例的光散射片材对点状光源的光散射曲线图。

图6是使用6个收敛-叠合单元的一个实施例的光散射片材对点状光源的光散射曲线图。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明进行进一步的具体描述。有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明由一台挤出机1、一个连接器2、若干收敛-叠合单元3和一套牵引冷却装置组成。光散射相与透明基体相从挤出机中熔融共混挤出后进入收敛-叠合单元被分为二股，分别进入一个收敛流道，然后在出口处叠加到一起，再进入下一个单元重复同样的过程或直接进入牵引冷却装置。通过多个收敛-叠合单元的组合，即可实现光散射相在基体中的均匀分散和原位成纤，得到具有高各向异性光散射性能的光学材料制品。

实施例1

选取熔融指数为3.0g/10min的线性低密度聚乙烯（折光指数为：1.51）为基体，熔融指数为3.1g/10min的聚苯乙烯（折光指数为：1.592）为分散相。两者按质量比为80/20用双螺杆挤出在200℃温度下，进行预混造粒。再用1台挤出机和2个收敛-叠合单元进行熔融挤出制备得到宽40mm，厚10mm的光学片材。该片材对点状光源的扩散情况如图4所示。

实施例2

选取熔融指数为3.0g/10min的线性低密度聚乙烯（折光指数为：1.51）为基体，熔融指数为3.1g/10min的聚苯乙烯（折光指数为：1.592）为分散相。两者按质量比为80/20用双螺杆挤出在200℃温度下，进行预混造粒。再用1台挤出机和4个收敛-叠合单元进行熔融挤出制备得到宽40mm，厚10mm的光学片材。该片材对点状光源的扩散情况如图5所示。

实施例3

选取熔融指数为3.0g/10min的线性低密度聚乙烯（折光指数为：1.51）为基体，熔融指数为3.1g/10min的聚苯乙烯（折光指数为：1.592）为分散相。两者按质量比为80/20用双螺杆挤出在200℃温度下，进行预混造粒。再用1台挤出机和6个收敛-叠合单元进行熔融挤出制备得到宽40mm，厚10mm的光学片材。该片材对点状光源的扩散情况如图6所示。

Claims (8)

1.一种提高聚合物共混材料各向异性光散射性能的方法，其特征在于将二种聚合物从一台挤出机中共混挤出，所述挤出机的口模处连接有若干个收敛-叠合单元；所述收敛-叠合单元收敛-叠合单元包括分割器、收敛流道和叠合流道；分散相经过若干个所述收敛-叠合单元的多次拉伸混合作用在基体中实现原位成纤和均匀分散，且随着所述收敛-叠合单元个数的增加，所述分散相的长径比逐渐增大，从而达到提高共混体系各向异性光散射性能的目的。

2.根据权利要求1所述的一种提高聚合物共混材料各向异性光散射性能的方法，其特征在于所述聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、苯乙烯-丙烯腈共聚物、聚醚砜、丁二烯-苯乙烯共聚物、聚4-甲基-1-戊烯、甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物中的二种，分别作为基体和分散相。

3.根据权利要求2所述的一种提高聚合物共混材料各向异性光散射性能的方法，其特征在于所述基体和所述分散相的折光指数差异在0.001-0.2之间。

4.根据权利要求1所述的一种提高聚合物共混材料各向异性光散射性能的方法，其特征在于共混熔体进入所述收敛-叠合单元后首先被所述分割器分为2-100股，然后分别进入一个所述收敛流道，最后在所述叠合流道中叠加在一起，共混熔体从所述收敛-叠合单元的出口处流出后进入下一个单元重复同样的过程或直接进入牵引冷却装置。

5.根据权利要求1所述的一种提高聚合物共混材料各向异性光散射性能的方法，其特征在于所述收敛流道沿挤出方向的拉伸作用可使所述分散相在熔融态被拉伸成纤、长径比增大，而所述叠合流道的叠加作用可使所述分散相在所述基体中均匀分布。

6.根据权利要求5所述的一种提高聚合物共混材料各向异性光散射性能的方法，其特征在于所述收敛-叠合单元的个数为1-20个，所述分散相的长径比为1:1-500:1，直径为0.1-10微米，长度为1至50微米。

7.根据权利要求1所述的一种提高聚合物共混材料各向异性光散射性能的方法，其特征在于光散射材料的散射角θ在5°到30°范围内可调，透光率高于85%，雾度高于90%。

8.根据权利要求1所述的一种提高聚合物共混材料各向异性光散射性能的方法，其特征在于制得的光学制品是片状、膜状、条状、粒状中的一种。