CN103387741A - 具有良好透明光扩散功能的聚碳酸酯材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有良好透明光扩散功能的PC材料及其制备方法，由聚碳酸酯、阻燃母粒、辅助阻燃剂、复合光扩散剂、抗氧剂、阻燃协效剂、润滑剂、其它助剂组成。本发明以PC树脂为主，采用两步法挤出成型，第一步将磺酸盐类的主阻燃剂和有机硅阻燃剂与PC树脂熔融共混，通过双螺杆挤出机挤出造粒成型，制成光扩散阻燃母粒，第二步以PC为主，添加了复合光扩散剂、阻燃母粒、抗氧剂、阻燃协效剂、润滑剂及其他助剂，进一步熔融共混，挤出造粒成型。本发明制成的阻燃光扩散型PC材料可广泛用于照明领域中LED灯、液晶显示的背光、透射型屏幕、灯饰看板、广告灯箱等。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚碳酸酯材料及其制备方法。
背景技术
LED做为新一代节能照明材料在未来的十年内有望取代白炽灯和节能灯，成为未为照明的首选。其具有如下的优点：光效高、耗电少、寿命长、易控制、免维护、安全环保等优点。但LED灯本身是点光源。在照明领域应用时，会存在眩目、照亮面积有限等问题。要使LED灯光线变得明亮，最有效的方式是添加光扩散剂，光扩散剂呈球型，由于PC树脂和光扩散剂的折光指数不同，光线在表面经过多次折射、反射达到光扩散的效果。评价光扩散材料光学性能的指标主要包括透光率、雾度和扩散角，透光率的高低反映着流明值即光通量的大小，如果透光率高，则光通量大，光损小，光效的利用率高，但透光率如果过高，则雾度和扩散会偏小，灯珠肉眼明显可见。我们追求的目标是在肉眼看不见灯珠的情况下，保持最大光通量的同时，而使雾度和扩散角变得最大。部分照明材料在使用时，LED灯点亮后局部会出现阴影部分，也就是俗称的鬼影，鬼影的出现主要是透光率、雾度和扩散角的平衡问题，如果材料的透光率满足了照明灯具的要求，而雾度和扩散角偏小，点灯时就容易产生鬼影。解决阴影问题可通过以下几种方式来实现：
1、灯珠排列更紧密一些
2、更改灯具模具设计
3、调整材料的透光率、雾度和扩散角的关系。
第一种方式最简单，但是灯珠排列得越紧密，则材料的成本价上升得越快，尤其是依赖进口的情况下更是如此，第二种方式是使模具设计变得复杂，在特殊情况下还会牵涉到二次成型，第三种方式调整材料光扩散剂的品种、种类。在保持最大光通量的同时提高材料的扩散而消除阴影现象。相比而言，采用第三种方式最简单易行，本发明就是依据解决以上问题而发明的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有良好透明光扩散功能的聚碳酸酯材料及其制备方法。
本发明的技术解决方案是：
一种具有良好透明光扩散功能的聚碳酸酯材料，其特征是：以重量份数计，包括如下组份：
所述的具有良好透明光扩散功能的聚碳酸酯材料，其特征是：以重量份数计，包括如下组份：
所述的聚碳酸酯，相对密度为1.18-1.22，体积流动速率300℃，1.2KG测定在5-35cm3/10min(ISO1133)之间。
所述的辅助阻燃剂为液态有机硅阻燃剂；
所述的抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168，二者质量比例为抗氧剂1010：抗氧剂168=1：1-1：4；
所述的复合光扩散剂为有机硅树脂型、有机硅弹性体型、PMMA树脂型、PS树脂型、丙烯酸酯树脂型、硫酸钡、碳酸钙、氧化硅型、氧化钛型或氧化铝型；
所述的阻燃协效剂为分散包覆性的4F，分子量400万以上；
所述的润滑剂为酰胺类、酯类、金属皂类、醇类中的一种或多种。
所述阻燃母粒由阻燃剂与聚碳酸酯共混而成，其中阻燃剂的质量含量为10%。
阻燃剂为有机磺酸盐类阻燃剂，有机磺酸盐类阻燃剂为苯磺酰基苯磺酸钾、全氟丁基磺酸钾、不含卤素的芳香族磺酸盐或2，4，5-三氯苯磺酸钠。
阻燃母粒中阻燃剂为全氟丁基磺酸钾或不含卤素的芳香族磺酸盐，辅助阻燃剂为液态有机硅，全氟丁基磺酸钾或不含卤素的芳香族磺酸盐与液态有机硅的质量比例为1：2.5至1：100。
复合光扩散剂为有机硅树脂型和耐热PMMA型的复合产物，其中有机硅树脂型粒径选择为1-50um，耐热PMMA型光扩散剂粒径选择为1-200um，二者的复配质量比为1：0.01-50。
所述的其它助剂为抗紫外线剂、增白剂、色粉中的一种或几种。
一种具有良好透明光扩散功能的聚碳酸酯材料的制备方法，其特征是：第一步将磺酸盐类的阻燃剂和有机硅阻燃剂与PC树脂熔融共混，通过双螺杆挤出机挤出造粒成型，温度设定范围为220℃-250℃，制成阻燃母粒；第二步以PC为主，添加辅助阻燃剂、复合光扩散剂、阻燃母粒、抗氧剂、阻燃协效剂、润滑剂及其他助剂，在设定温度为250℃-280℃的双螺杆挤出机内，进一步熔融共混，挤出造粒成型。
双螺杆挤出机，螺杆的长径比为25-50：1，第一步中螺杆转速设定为200-600转/分，第二步中螺杆转速设定为200-600转/分。
本发明具有如下几个优点
光扩散剂采用有机硅型和耐热PMMA型搭配使用，在保持高透光率的情况下，有效地提高了材料的扩散角和雾度。
有机硅型光扩散剂的折射率为1.43,PMMA型光扩散剂的折射率为1.49,PC型光扩散剂的折射率为1.59,如单一使用有机硅型光扩散剂，则遮盖率过强，材料的透光率偏低，光通量小，光效低，如单一使用PMMA型光扩散剂，则遮盖力偏弱，虽光通量大，光效高，但扩散角偏低，易出现发光不匀的现象，点灯时局部会出现阴影。本发明即是结合了二者的优缺点，在保证高透光率的情况下，提高材料的扩散角和雾度，消除阴影现象，使灯光分布更加均匀、柔和。
采用了耐热型的PMMA型光扩散剂。普通的PMMA型光扩散剂的TGA测试，在230℃-250℃的情况下会出现1%的热失重，而本发明采用的PMMA型光扩散剂接枝了耐热改性剂，经TGA测试，1%的热失重温度出现在310℃-320℃，完全可以满足PC的高加工温度，而不会使材料在挤出加工时出现发黄的现象，提高了材料的耐黄变性。
加工工艺采用两步成型法，有效地保证了材料阻燃的可靠性。由于主阻燃剂为固态高效阻燃剂，添加量仅为0.06-0.13%，如加工工艺采用一步挤出成型法，难免会出现阻燃剂分布不均匀，从而造成阻燃效率差，阻燃达不到UL 94 V-0的现象。而采用两步成型法，先将阻燃剂与PC树脂共混，制成阻燃剂含量为10%的阻燃母粒，第二步再将阻燃母粒与PC树脂、辅助阻燃剂、光扩散剂、抗氧剂、润滑剂及其他助剂共混挤出，极大也发挥了阻燃剂的高效性和透明性，即在不影响材料透光率和雾度的情况下，赋予了材料良好的阻燃性能。
阻燃母粒和辅助阻燃剂基本不会降低材料透光率和雾度。阻燃母粒中优选使用的主阻燃剂为全氟丁基磺酸钾或不含卤素的芳香族磺酸盐，具有高效性，晶形转变温度为271℃-274℃，高温下转变为透明型，可溶于PC树脂，对材料透光率的影响几乎不存在。辅助阻燃剂搭配液态的有机硅协效阻燃剂，阻燃效率高，与PC树脂的相溶性好，对透光率影响极小。
选取粘度不同的PC树脂，调节流动性，采用中低分子量的PC树脂可以制成LED上的球泡灯，采用中高分子量的PC树脂可以实现挤出成型制成规格形状各异的挤出灯管。
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式
一种具有良好透明光扩散功能的聚碳酸酯材料的制备方法，第一步将磺酸盐类的阻燃剂和有机硅阻燃剂与PC树脂熔融共混，通过双螺杆挤出机挤出造粒成型，温度设定范围为220℃-250℃，制成阻燃母粒；第二步以PC为主，添加复合光扩散剂、阻燃母粒、抗氧剂、阻燃协效剂、润滑剂及其他助剂，在设定温度为250℃-280℃的双螺杆挤出机内，进一步熔融共混，挤出造粒成型。
双螺杆挤出机，螺杆的长径比为25-50：1，第一步中螺杆转速设定为200-600转/分，第二步中螺杆转速设定为200-600转/分。
各实施例组分的用量比例关系如表1所示。其中的用量单位均为重量份。
表1
表2：产品测试性能表：样品测试厚度为2mm
表3：比较例：
表4：比较例产品测试性能表：样品测试厚度为2mm
其中实例1、实例2对应于比较例1，实例3对应于比较例2，实例4、实例5对应于比较例3，实例6对应于比较例4、比较例5，实例7对应于比较例6、比较例7，实例8对应于比较例8、比较例9，实例9对应于比较例10、比较例11。
注上述实施例中：
1、PC树脂优选的相对密度为1.18-1.22，体积流动速率300℃，1.2KG测定在5-35cm3/10min(ISO1133)之间。
2、阻燃母粒一：为PC树脂90份，全氟丁基磺酸钾10份。
3、阻燃母粒二：为PC树脂90份，芳香族磺酸盐10份。
4、光扩散剂A-1为耐热级PMMA-1型，粒径为5μm。
5、光扩散剂A-2为耐热级PMMA-1型，粒径为20μm。
6、光扩散剂B为有机硅树脂型，粒径为2μm，如韩国科隆公司KS-200。
7、光扩散剂C-1由光扩散剂A-1、光扩散剂B组成，质量比：光扩散剂A-1:光扩散剂B=5:1.
8、光扩散剂C-2由光扩散剂A-2、光扩散剂B组成，质量比：光扩散剂A-2:光扩散剂B=12:1。
9、抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168，二者质量比例为抗氧剂1010：抗氧剂168=1：2。
10、润滑剂采用季戊四醇硬脂酸酯PETS，也可采用其他润滑剂。
11、其他助剂为抗紫外线剂；（当然也可以采用增白剂或色粉等）。
Claims (10)
1.一种具有良好透明光扩散功能的聚碳酸酯材料，其特征是：以重量份数计，包括如下组份：
聚碳酸酯 100份
阻燃母粒 0.5-2.0份
辅助阻燃剂 0.5-5.0份
复合光扩散剂 0.1-4份
抗氧剂 0.01-0.8份
阻燃协效剂 0.01-0.3份
润滑剂 0.01-1份
其它助剂 0.01-0.8份。
2.根据权利要求1所述的具有良好透明光扩散功能的聚碳酸酯材料，其特征是：以重量份数计，包括如下组份：
聚碳酸酯 100份
阻燃母粒 0.7-1.3份
辅助阻燃剂 1-2份
复合光扩散剂 0.4-2份
抗氧剂 0.05-0.2份
阻燃协效剂 0.04-0.1份
润滑剂 0.05-0.5份
其它助剂 0.05-0.5份。
3.根据权利要求1或2所述的具有良好透明光扩散功能的聚碳酸酯材料，其特征是：所述的聚碳酸酯，相对密度为1.18-1.22，体积流动速率300℃，1.2KG测定在5-35cm3/10min(ISO1133)之间。
所述的辅助阻燃剂为液态有机硅阻燃剂；
所述的抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168，二者质量比例为抗氧剂1010：抗氧剂168=1：1-1：4；
所述的复合光扩散剂为有机硅树脂型、有机硅弹性体型、PMMA树脂型、PS树脂型、丙烯酸酯树脂型、硫酸钡、碳酸钙、氧化硅型、氧化钛型或氧化铝型；
所述的阻燃协效剂为分散包覆性的4F；
所述的润滑剂为酰胺类、酯类、金属皂类、醇类中的一种或多种。
4. 根据权利要求1或2所述的具有良好透明光扩散功能的聚碳酸酯材料，其特征是：所述阻燃母粒由阻燃剂与聚碳酸酯共混而成，其中阻燃剂的质量含量为10%。
5. 根据权利要求4所述的具有良好透明光扩散功能的聚碳酸酯材料，其特征是：阻燃剂为有机磺酸盐类阻燃剂，有机磺酸盐类阻燃剂为苯磺酰基苯磺酸钾、全氟丁基磺酸钾、不含卤素的芳香族磺酸盐或2，4，5-三氯苯磺酸钠。
6. 根据权利要求5所述的具有良好透明光扩散功能的聚碳酸酯材料，其特征是：阻燃母粒中阻燃剂为全氟丁基磺酸钾或不含卤素的芳香族磺酸盐，辅助阻燃剂为液态有机硅，全氟丁基磺酸钾或不含卤素的芳香族磺酸盐与液态有机硅的质量比例为 1：2.5至1：100。
7. 根据权利要求1或2所述的具有良好透明光扩散功能的聚碳酸酯材料，其特征是：复合光扩散剂为有机硅树脂型和耐热PMMA型的复合产物，其中有机硅树脂型粒径选择为1-50um，耐热PMMA型光扩散剂粒径选择为1-200um，二者的复配质量比为 1：0.01-50。
8. 根据权利要求1或2所述的具有良好透明光扩散功能的聚碳酸酯材料，其特征是：所述的其它助剂为抗紫外线剂、增白剂、色粉中的一种或几种。
9. 一种权利要求所述的具有良好透明光扩散功能的聚碳酸酯材料的制备方法，其特征是：第一步将磺酸盐类的阻燃剂和有机硅阻燃剂与PC树脂熔融共混，通过双螺杆挤出机挤出造粒成型，温度设定范围为220℃-250℃，制成阻燃母粒；第二步以PC为主，添加辅助阻燃剂、复合光扩散剂、阻燃母粒、抗氧剂、阻燃协效剂 、润滑剂及其他助剂，在设定温度为250℃-280℃的双螺杆挤出机内，进一步熔融共混，挤出造粒成型。
10. 根据权利要求9所述的具有良好透明光扩散功能的聚碳酸酯材料的制备方法，其特征是：双螺杆挤出机，螺杆的长径比为25-50：1，第一步中螺杆转速设定为200-600转/分，第二步中螺杆转速设定为200-600转/分。
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Denomination of invention: Polycarbonate material with good transparent light diffusion function and its preparation method Effective date of registration: 20221123 Granted publication date: 20151007 Pledgee: Bank of China Limited Nantong Gangzha sub branch Pledgor: NANTONG DONGFANG PLASTIC Co.,Ltd. Registration number: Y2022980023060 |
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