CN104045961B

CN104045961B - 一种塑料散热散光母料及其制备方法

Info

Publication number: CN104045961B
Application number: CN201410298569.0A
Authority: CN
Inventors: 陈庆; 曾军堂
Original assignee: Chengdu New Keli Chemical Science Co Ltd
Current assignee: Yuncheng, Kunshan Su Ye Co., Ltd
Priority date: 2014-06-27
Filing date: 2014-06-27
Publication date: 2016-04-06
Anticipated expiration: 2034-06-27
Also published as: CN104045961A

Abstract

本发明公开一种塑料散热散光母料及其制备方法。其组成以重量百分比计为：气相白炭黑40-55%，导热组合物20-35%，基体树脂10-20%，分散剂3-5%，润滑助剂1-3%，其余助剂0-1%。制备方法是将导热组合物附着在气相白炭黑的微孔内，通过烧结得到一种具有高导热率和散光的二元微球，然后利用砂磨机的研磨分散和高熔指K树脂的熔融分散造粒得到一种塑料散热散光母料。其突出的特点是在具有散热功效的同时，由于气相白炭黑孔内吸附并熔融了一种透光性的导热复合组合材料，使原本反光透光并不明显的气相白炭黑具有了透光反光性，其散光性能得到了提升。

Description

一种塑料散热散光母料及其制备方法

技术领域

本发明涉及光扩散材料领域，具体涉及一种用于LED光源扩散的具有散热散光功能的母料以及其制备方法。

背景技术

LED照明是以发光二极管为发光光源的一种新型高效固体光源，其耗电量仅为白炽灯的1/10，使用寿命是白炽灯寿命的100倍，具有节能、长寿命、环保、免维护和易控制等特点，在普通照明、交通信号、指示灯、液晶电视等领域得到充分的应用，被公认为21世纪最具发展前景的照明节能技术之一。然而LED光源在使用时仍然存在一定的缺陷，主要表现在如何散热和散光。

LED灯在工作期间会产生热量，根据测算，在LED部件的P-N结发射光子的过程中只有30-40％的输入电能转化为光能，其余60-70％的能量转化为热能。尽管LED产生的热量较传统照明较少，但LED芯片的工作受温度影响较大，甚至在高温时发光效率会明显降低。因此LED的散热非常重要，目前主要的散热方式是将LED芯片附着在导热片上，由导热片来散热；或者灯罩采用铝制材料散热等。

中国发明专利CN101900254A公开了一种散热LED灯。其特征是在LED光源组件的背面贴合设有散热器，所述反射器组件与散热器上分别设有相互对应的贯通的通风槽，对应的通风槽形成过风通道。

中国发明专利CN103090236A公开了一种具有灯罩的LED灯。包括由散热罩围成的发光腔，灯头连接座连接散热罩并形成电源腔，发光腔和电源腔隔开，发光组件设置在发光腔内，电源产生的热量通过灯头散发，散热罩既可作为灯罩使用，又可作为散热器使用。

中国发明专利CN103697442A公开了一种LED散热灯罩。其特征是在灯罩体的圆壁上设置若干个散热孔。

另外，由于LED照明是一种强点光源，在单位面积的发光强度过高，直视十分刺眼，容易产生眩光。因此，LED光源通常需要借助散光材料将点光源变为柔和的面光源。散光材料将点光源转化成面光源的原理是在透明基材中加入散光介质，使光发生折射、反射与散射，将点光源扩散均化，最终使点光源变为面光源。散光介质应用于LED照明的光路扩散，一方面使光发生折射、反射与散射起到柔和灯光的作用，另一方面，要求透光性好，尽量减少光的损失。因此，对散光介质的性能要求较高。

中国发明专利CN103073867A公开了一种透明塑料用光扩散母粒及其制备方法，该发明将光扩散剂、润滑分散剂、抗氧剂、紫外线吸收剂和基体树脂进行熔融挤出得到光扩散母粒。

中国发明专利CN102093689A公开了一种光散射功能母粒及其制备方法与应用。该发明采用大小两种粒径复配，在达到同样光散射效果的同时，光散射材料具有更好的透光率。

根据上述，一方面，LED光源需要大量的散热介质，LED光源的散热主要通过芯片导热、铝合金灯罩等结构散热；而另一方面，LED光源需要灯罩进行光扩散，目前光扩散灯罩大多为塑料制品，导致散热受到影响。塑料灯罩面是点光源扩散的必要部件，所占面积较大，因此增加LED等散光面罩的散热功能可以进一步提升LED光源的散热。而现有技术，LED光源的塑料灯罩面只具备光源散射，由于对散光介质性能要求较高，因此无法在散光的同时进行散热，严重影响了LED光源的散热。

发明内容

LED点光源的散热和散光直接影响使用光源的效率，针对现有LED光源的塑料散光面罩无法散热的缺陷，本发明提出一种塑料散热散光母料，该塑料散热散光母料不但具有分散光源的作用，而且可以大幅提升塑料面罩的导热散热功效，该塑料散热散光母料加入PS（聚苯乙烯）、PMMA（聚甲基丙稀酸甲酯）、PC（聚碳酸酯）、PP（聚丙烯）等高透光率的树脂可以直接热成型制备各类散热散光板、膜。克服了现有LED光源只能通过芯片、铝质灯罩散热的缺陷，为LED光源散热提供了更多的散热通道，提升了LED光源的发光效果。

本发明进一步的目的是提供该塑料散热散光母料的制备方法。该制备方法是将导热组合物附着在气相白炭黑的微孔内，通过熔融烧结获得高导热率和散光的二元微球，与高熔指K树脂熔融分散造粒得到一种塑料散热散光母料。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种塑料散热散光母料，其特征是组成以重量百分比计为：

气相白炭黑40-55%，

导热组合物20-35%，

基体树脂10-20%，

分散剂3-5%，

润滑助剂1-3%，

其余助剂0-1%，

其中导热组合物附着在气相白炭黑的微孔内，通过烧结形成一种具有高导热率和散光的二元微球；所述的气相白炭黑是亲水性白炭黑，比表面积大于350m²/g，原生粒子大小为10-20nm之间，原生粒子形成的网状空隙率大于85%；所述的导热组合物是二氧化锡、氧化锌、硼酸以质量比10-15:2-3:0.5-1组成的微细粉体组合物，粒径≤2μm；所述的基体树脂为高熔指K树脂，由苯乙烯、丁二烯嵌段共聚而成，熔体流动指数（MI）优选≥15g/10min（230℃、3.8kg）；所述的分散剂为六偏磷酸钠、焦磷酸钠、硬脂酸钠、十二烷基硫酸钠中的至少一种；所述的润滑助剂是聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、乙撑双硬脂酸酰胺、硬脂酸酰胺、白油中的至少一种；所述的其余助剂为抗氧剂、耐老化剂。

本发明一种塑料散热散光母料，其特征是制备方法按照如下方式进行：

1）将20-35%导热组合物用去离子水配制成浆料，加入真空反应釜，然后加入40-45%气相白炭黑，在温度为70-80℃、真空度为-0.2MPa的条件下高速混合搅拌吸附0.5-1小时，然后出料烘干；

2）将步骤1)得到的吸附料在旋转煅烧炉中以800-950℃的温度条件熔融焙烧3-5min，得到一种具有高导热率和散光的二元微球；

3）将步骤2）得到的二元微球与3-5%的分散剂、1-3%的润滑助剂加入分散混合机，在80-100℃条件下进行高速分散10-20min，然后加入10-20%基体树脂、0-1%的抗氧剂、耐老化剂，继续搅拌3-5min，出料；

4）将步骤3）得到的混合料送入螺杆挤出机，通过螺杆挤出机熔融分散、水下切粒、滤水干燥得到一种塑料散热散光母料。

上述一种塑料散热散光母料的制备方法中，其中步骤2）所述的旋转煅烧炉的内膛设置挡流板，选转速度为100-400r/min,以确保物料处于完全悬浮状态，防止熔融微粒粘连。

上述一种塑料散热散光母料的制备方法中，其中步骤3）所述的分散混合机是卧式密闭砂磨机，研磨介质采用硅酸锆珠，通过研磨分散使二元微球外表圆润光滑，分散轴的旋转速度为1020-1440r/min。

上述一种塑料散热散光母料的制备方法中，其中步骤4）所述的螺杆挤出机选用同向双螺杆挤出机或者单螺杆挤出机，优选同向双螺杆挤出机，工艺温度参数由进料端到出料端设定为：加料段1-3区控制在150-200℃，中区4-6区控制在200-280℃，出料区7-10区控制在200-180℃，其中出料区浸在水中，采用水下旋转切粒。

本发明一种塑料散热散光母料，通过在气相白炭黑的网状空隙中吸附导热组合物，并快速熔融烧制得到一种具有高导热率和散光的二元微球，其突出的特点是在具有散热功效的同时，由于气相白炭黑孔内吸附并熔融了一种透光性的导热复合组合材料，使原本反光透光并不明显的气相白炭黑具有了透光反光性，其散光性能得到了提升。该二元微球通过砂磨机的研磨分散和高熔指K树脂的熔融分散造粒得到一种塑料散热散光母料。以10-20%的比例加入PS（聚苯乙烯）、PMMA（聚甲基丙稀酸甲酯）、PC（聚碳酸酯）、PP（聚丙烯）等高透光率的树脂可以直接热成型制备各类散热散光板、膜。为LED光源散热提供了又一散热通道，提升了LED光源的发光效果。

为验证本发明塑料散热散光母料用于透明塑料面罩时对LED光源的散热散光性能，将以本发明典型实施例得到的母料以15%与PP树脂85%直接混合挤出成型为厚度为2mm的板材。通过测试，该板材的导热系数为3.8W/m.k，透光率达到86%，雾度为97%。根据测试结果分析，添加本发明塑料散热散光母料制备的塑料板材具备散热和散光性，可以作为LED光源的面罩材料使用。

本发明一种塑料散热散光母料及其制备方法与现有技术相比，其突出的特点和有益的效果在于：

1、本发明塑料散热散光母料由具有高导热率和散光性的二元微球与高熔指K树脂组成，具有散热和散光性，加入高透光率的树脂可以直接热成型制备各类散热散光板、膜，为LED光源散热提供了又一散热通道，提升了LED光源的发光效果。

2、本发明通过在气相白炭黑的网状空隙中吸附导热组合物，并快速熔融烧制得到一种具有高导热率和散光的二元微球，具有散热功效的同时，由于气相白炭黑孔内吸附并熔融了一种透光性的导热复合组合材料，使原本反光透光并不明显的气相白炭黑具有了透光反光性，其散光性能得到了提升，克服了现有现有光扩散材料无法散热的缺陷。

3、本发明一种塑料散热散光母料的制备方法，其生产工艺易控，生产成本较低，生产效率高，适合工业化生产推广使用。

附图说明

图1是本发明一种塑料散热散光母料的制备工艺流程简图。

具体实施方式

以下具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包括在本发明的范围内。

实施例1

1）将25%导热组合物用去离子水配制成浆料，加入真空反应釜，其中导热组合物二氧化锡、氧化锌、硼酸的配比为10：3:1，然后加入50%气相白炭黑，在温度为70-80℃、真空度为-0.2MPa的条件下高速混合搅拌吸附0.5小时，然后出料烘干；

2）将步骤1)得到的吸附料在旋转煅烧炉中以800-950℃的温度条件熔融焙烧3min，得到一种具有高导热率和散光的二元微球；

3）将步骤2）得到的二元微球与5%的分散剂、2%的润滑助剂加入分散混合机，在80-100℃条件下进行高速分散10min，然后加入20%基体树脂，继续搅拌3min，出料；

将本实施例得到的母料以15%与PP树脂85%直接混合挤出成型为厚度为2mm的板材。通过测试，该板材的导热系数为3.8W/m.k，透光率达到86%，雾度为97%。根据测试结果分析，添加本发明塑料散热散光母料制备的塑料板材具备散热和散光性，可以作为LED光源的面罩材料使用。

实施例2

1）将30%导热组合物用去离子水配制成浆料，加入真空反应釜，导热组合物二氧化锡、氧化锌、硼酸配比为15:2:0.5，然后加入45%气相白炭黑，在温度为70-80℃、真空度为-0.2MPa的条件下高速混合搅拌吸附1小时，然后出料烘干；

2）将步骤1)得到的吸附料在旋转煅烧炉中以800-950℃的温度条件熔融焙烧5min，得到一种具有高导热率和散光的二元微球；

3）将步骤2）得到的二元微球与5%的分散剂、1%的润滑助剂加入分散混合机，在80-100℃条件下进行高速分散15min，然后加入17%基体树脂、1%的抗氧剂、耐老化剂，继续搅拌5min，出料；

实施例得到的散热散光母料为乳白色透亮粒子，测试其折射率为1.51RI，取10%与80%的PMMA（聚甲基丙稀酸甲酯）在180-220℃温度条件下直接混合挤出成型得到薄板型材，测得导热系数为3.3W/m.k，透光率达到89%，雾度为98%，在具有良好导热散热的同时具备透光和散光功效。

实施例3

1）将35%导热组合物用去离子水配制成浆料，加入真空反应釜，导热组合物二氧化锡、氧化锌、硼酸配比为12:2.5:0.5，然后加入40%气相白炭黑，在温度为70-80℃、真空度为-0.2MPa的条件下高速混合搅拌吸附0.5小时，然后出料烘干；

3）将步骤2）得到的二元微球与5%的分散剂、3%的润滑助剂加入分散混合机，在80-100℃条件下进行高速分散10-20min，然后加入16.5%K树脂SL-803、0.5%的抗氧剂、耐老化剂，继续搅拌5min，出料；

对实施例3得到的塑料散热散光母料进行检测：折射率为1.48RI，熔体流动指数在不同的温度下测试为3.62g/10min（230℃、3.8kg）；3.31g/10min（210℃、3.8kg）3.20g/10min（190℃、3.8kg），分散流动性、加工温度适应性较好，适合于目前常用的透明塑料。

实施例4

1）将35%导热组合物用去离子水配制成浆料，加入真空反应釜，其中二氧化锡、氧化锌、硼酸配比为13:3:0.8然后加入45%气相白炭黑，在温度为70-80℃、真空度为-0.2MPa的条件下高速混合搅拌吸附1小时，然后出料烘干；

3）将步骤2）得到的二元微球与4%的分散剂、1%的润滑助剂加入分散混合机，在80-100℃条件下进行高速分散10-20min，然后加入14%熔体指数为22的K树脂、1%的抗氧剂、耐老化剂，继续搅拌3min，出料；

将20%得到的与99%聚苯乙烯在190-220℃温度条件下直接混合注塑成型为半球形灯罩，测得导热系数为4.1W/m.k，透光率达到83%，雾度为98%，在具有良好导热散热的同时具备透光和散光功效。

Claims

1.一种塑料散热散光母料，其特征是由如下原料按重量百分比制备而成：

气相白炭黑40-55%，

导热组合物20-35%，

基体树脂10-20%，

分散剂3-5%，

润滑助剂1-3%，

其余助剂0-1%，

其中导热组合物附着在气相白炭黑的微孔内，通过烧结形成一种具有高导热率和散光的二元微球；所述的气相白炭黑是亲水性白炭黑，比表面积大于350m²/g，原生粒子大小为10-20nm之间，原生粒子形成的网状空隙率大于85%；所述的导热组合物是二氧化锡、氧化锌、硼酸以质量比10-15:2-3:0.5-1组成的微细粉体组合物；所述的基体树脂为高熔指K树脂，由苯乙烯、丁二烯嵌段共聚而成，熔体流动指数（MI）≥15g/10min（230℃、3.8kg）；所述的分散剂为六偏磷酸钠、焦磷酸钠、硬脂酸钠、十二烷基硫酸钠中的至少一种；所述的润滑助剂是聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、乙撑双硬脂酸酰胺、硬脂酸酰胺、白油中的至少一种；所述的其余助剂为抗氧剂、耐老化剂。

2.如权利要求1所述的一种塑料散热散光母料，其特征是所述的导热组合物的粒径≤2μm。

3.一种如权利要求1-2所述的一种塑料散热散光母料的制备方法，包括以下具体步骤：

4.如权利要求3所述一种塑料散热散光母料的制备方法，其特征在于步骤2）所述的旋转煅烧炉的内膛设置挡流板，选转速度为100-400r/min,以确保物料处于完全悬浮状态，防止熔融微粒粘连。

5.如权利要求3所述一种塑料散热散光母料的制备方法，其特征在于步骤3）所述的分散混合机是卧式密闭砂磨机，研磨介质采用硅酸锆珠，通过研磨分散使二元微球外表圆润光滑，分散轴的旋转速度为1020-1440r/min。

6.如权利要求3所述一种塑料散热散光母料的制备方法，其特征在于步骤4）所述的螺杆挤出机选用同向双螺杆挤出机或者单螺杆挤出机，工艺温度参数由进料端到出料端设定为：加料段1-3区控制在150-200℃，中区4-6区控制在200-280℃，出料区7-10区控制在200-180℃，其中出料区浸在水中，采用水下旋转切粒。