CN105542424A - 一种led灯罩用阻燃高透光耐候聚碳酸酯复合材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于聚碳酸酯复合材料技术领域，具体公开了一种LED灯罩用阻燃高透光耐候聚碳酸酯复合材料及制备方法。本聚碳酸酯复合材料由原料聚碳酸酯、共聚有机硅氧烷微球、有机化纳米蒙脱土、耐候剂和相容剂制备而成。按照重量份，上述原料的重量份分别为：聚碳酸酯100份、共聚有机硅氧烷微球0.2-0.6份、有机化纳米蒙脱土3-8份、耐候剂0.5-1份、其他助剂0-2份。本发明所制得的LED灯罩用阻燃高透光耐候聚碳酸酯复合材料不仅具有优异的力学性能与加工性能，而且具有高透光性、高阻燃、优异的耐候性等优点，能满足LED照明灯罩的要求，工艺简单，有利于普遍推广和应用。

Description

一种LED灯罩用阻燃高透光耐候聚碳酸酯复合材料及制备方法

技术领域

本发明涉及聚碳酸酯复合材料技术领域，具体涉及一种LED灯罩用阻燃高透光耐候聚碳酸酯复合材料及制备方法。

背景技术

近年来，面临全球资源危机，LED产业如雨后春笋般发展起来，现已广泛应用于照明、显示等行业。由于其具有节能、环保、寿命长等优点，LED照明的应用前景十分广阔，而随着LED照明产业的迅猛发展，用于LED外壳的光扩散材料的使用量迅速增长，该材料能使光线通过，又能有效散射光线，能将点、线光源转化为线、面光源。

聚碳酸酯是一种应用广泛的工程塑料，具有高透明性、高韧性、高耐热性、高强度等特点，应用在LED照明灯罩行业有很大的优势。但未经改性的聚碳酸酯作为灯罩时，阻燃性能较低，需要进行专门的阻燃改性以保护LED灯罩、防止灯罩被破坏或受日光照射而变色；同时，在用作LED户外照明灯具外罩时，聚碳酸酯外罩经过传统的阻燃改性后导致透光性下降，存在发光效率低下的问题，无法发挥LED照明高亮度的特点；最后聚碳酸酯外罩在长期受到日光照射的情况下，极易导致外罩老化变脆。

目前，国内外针对这一问题已开展了一系列研究，例如专利CN102219989A公布一种LED灯具用阻燃光扩散聚碳酸酯树脂复合材料及其制备方法，采用无机和有机光扩散复配，克服传统单一扩散剂难以达到雾度和透光率平衡的缺点，同时采用环保溴化聚碳酸酯为阻燃剂和有机硅阻燃剂复配使用，达到高效阻燃的情况下对透光率的影响最小的效果，但存在以下的缺点：1)主助燃剂用量较大，制得的聚碳酸酯树脂的抗冲击性能较差，产品组装时容易碎裂；2)辅阻燃剂与主阻燃剂不能发生协同作用，阻燃效率低，产品的耐冲击性能差，透明度降低；3)必须使用光扩散剂，制得的产品透光率低，仅为66-85％。美国专利US20090258170A1公布了一种以PC为基体的阻燃光扩散组合物，加入有机光扩散剂和有机硅阻燃剂，达到光扩散性和阻燃性，扩大了光扩散组合物的应用范围，但是其阻燃性较低，只是达到V1级，满足不了特定场合的需求。专利CN101906244A公布了一种PC为基体的阻燃光扩散PC组合物，加入光扩散母粒，以磺酸盐和有机硅复配阻燃，达到V0阻燃级，但是无光稳定剂的加入，耐候性不佳，限制了产品的使用寿命和使用范围。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供了一种LED灯罩用阻燃高透光耐候聚碳酸酯复合材料及其制备方法，该聚碳酸酯复合材料不仅具有优异的力学性能与加工性能，而且具有高透光性、高阻燃、优异的耐候性能。

为了实现以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种LED灯罩用阻燃高透光耐候聚碳酸酯复合材料，所述LED灯罩用阻燃高透光耐候聚碳酸酯复合材料是由如下重量份配比的原料制备而成：

所述聚碳酸酯的分子量为3-6万。

所述共聚有机硅氧烷微球是聚硅氧烷-丙烯酸酯共聚物，所述共聚有机硅氧烷微球是核壳结构，所述共聚有机硅氧烷微球中硅氧烷的含量为10-15％，所述共聚有机硅氧烷微球的粒径为1-5μm；

作为优选，本发明所采用的共聚有机硅氧烷微球的制备方法是以甲基苯基二甲氧基硅烷为硅烷单体，先与八甲基环四硅氧烷以及γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷进行水解与缩聚反应合成聚硅氧烷核乳液，再分别与丙烯酸甲酯以及甲基丙烯酸乙酯接枝共聚，制得具有核壳结构的聚硅氧烷-丙烯酸酯共聚物；

所述八甲基环四硅氧烷与甲基苯基二甲氧基硅烷的质量比为10:1；

所述γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷与甲基苯基二甲氧基硅烷的质量比为10:1；

所述丙烯酸甲酯与甲基苯基二甲氧基硅烷质量比为1:3；

所述甲基丙烯酸乙酯与甲基苯基二甲氧基硅烷质量比为1:4。

所述有机化纳米蒙脱土是依次经盐酸和氢氧化钠处理过的钠基蒙脱土，所述有机化纳米蒙脱土的层间距为1.53-1.58nm；

作为优选，本发明所采用的有机化纳米蒙脱土的制备方法是将钠基蒙脱土与25v/v％乙醇(所述钠基蒙脱土与25v/v％乙醇比例为3g:2mL)加入到反应釜中，充分搅拌1h后缓慢加入pH值为2的盐酸溶液直至混合液pH值达到2.5，于70℃下搅拌过夜，过滤干燥即得酸处理钠基蒙脱土；

再以pH为14的氢氧化钠溶液滴定酸处理钠基蒙脱土，直至(被滴定的钠基蒙脱土混合液)pH值达到12，得到碱处理钠基蒙脱土；

最后将碱处理钠基蒙脱土充分干燥处理后即制得有机化纳米蒙脱土；

作为优选，本发明所采用的耐候剂是苯并三氮唑紫外光吸收剂，为白色针状晶体，纯度≥99.6％，其在240nm-350nm范围内能充分吸收紫外线。

当制备所述LED灯罩用阻燃高透光耐候聚碳酸酯复合材料的原料中含有相容剂时，所述相容剂为高分子相容剂EVA，分子量为0.8万-2万。

一种用于制备上述LED灯罩用阻燃高透光耐候聚碳酸酯复合材料的方法，其步骤如下：

将聚碳酸酯、共聚有机硅氧烷微球、有机化纳米蒙脱土、耐候剂以及相容剂按配比在80℃下真空烘箱中干燥8h，25℃下在高速搅拌机中搅拌8-10分钟，通过双螺杆挤出机熔融挤出、造粒，得LED灯罩用阻燃高透光耐候聚碳酸酯复合材料。

作为优选，本发明所采用的双螺杆挤出机是科倍隆机械设备系统上海有限公司的ZSK25型挤出机，所述双螺杆挤出机的挤出温度为230-250℃，口模温度为245℃，螺杆转速为220r/min。

与现有技术相比，本发明的优点和有益效果是：

本发明复配有机阻燃剂和改性无机阻燃剂对聚碳酸酯进行阻燃改性，采用共聚有机硅氧烷微球和有机化纳米蒙脱土改性聚碳酸酯树脂。采用共聚有机硅氧烷微球对PC进行阻燃，当材料点燃后，硅氧烷迅速迁移到PC表面形成保护层，有效地阻隔氧气与基体进一步接触、隔离热量的传递，阻止下层聚合物继续燃烧；同时，采用酸碱处理蒙脱土对PC进行阻燃，在PC受热条件下，蒙脱土对树脂进行催化交联，以蒙脱土为中心形成致密的交联网络，对可燃的碳层进行阻隔，从而限制树脂的进一步降解，起到协同阻燃的效果；另一方面，由于经盐酸和氢氧化钠处理过的钠基蒙脱土与PC具有较好的相容性，因此蒙脱土的加入对聚碳酸酯树脂起到一定的增强、增韧的效果；同时，本发明所采用的共聚有机硅氧烷微球和有机化纳米蒙脱土用量很少，100份聚碳酸酯基体中，共聚有机硅氧烷微球仅需0.2-0.6份、有机化纳米蒙脱土仅需3-8份即可实现聚碳酸酯树脂的阻燃效果达到V0级，而且复合材料在达到高效阻燃的情况下对透光性的影响较小，从而进一步增加了聚碳酸酯制得的LED灯罩的应用范围。最后，本发明在配方中加入少量耐候剂(紫外光吸收剂)和相容剂，进一步确保了聚碳酸酯复合材料的综合性能。本发明所制得的LED灯罩用阻燃高透光耐候聚碳酸酯复合材料不仅具有优异的力学性能与加工性能，而且具有高透光性、高阻燃、优异的耐候性等优点，能满足LED照明灯罩的要求，工艺简单，有利于普遍推广和应用。

具体实施方式

下面申请人结合具体的实施例对本发明的产品及制备方法做进一步的详细说明。

以下实施例1-3中，原料共聚有机硅氧烷微球、有机化纳米蒙脱土均为申请人自制：

所述共聚有机硅氧烷微球是核壳结构的聚硅氧烷-丙烯酸酯共聚物，其中硅氧烷的含量为10-15％，该微球的粒径为1-5μm，其制备方法为：

以甲基苯基二甲氧基硅烷为硅烷单体，先将与甲基苯基二甲氧基硅烷质量比分别为10:1、10:1和1:5的八甲基环四硅氧烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、去离子水混合，混合液利用盐酸调节pH值到2，混合液在30℃下反应5小时，即可实现水解与缩聚反应合成聚硅氧烷核乳液；乳液中再分别加入与甲基苯基二甲氧基硅烷质量比为1:3、1:4的丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯，并加入浓氨水溶液调节混合液pH值到11，40摄氏度下接枝共聚反应10小时，反应物经过滤干燥即制得具有核壳结构的聚硅氧烷-丙烯酸酯共聚物。

所用有机化纳米蒙脱土为经盐酸和氢氧化钠处理过的钠基蒙脱土，层间距为1.53-1.58nm，其制备方法为：

将钠基蒙脱土与25v/v％乙醇(所述钠基蒙脱土与25v/v％乙醇比例为3g:2mL)加入到反应釜中，充分搅拌1h后缓慢加入pH值为2的盐酸溶液直至混合液pH值达到2.5，于70℃下搅拌过夜，过滤干燥即得酸处理钠基蒙脱土；

再以pH为14的氢氧化钠溶液滴定酸处理钠基蒙脱土，直至(被滴定的钠基蒙脱土混合液)pH值达到12，得到碱处理钠基蒙脱土；

最后将碱处理钠基蒙脱土充分干燥处理后即制得有机化纳米蒙脱土。

实施例1：

一种LED灯罩用阻燃高透光耐候聚碳酸酯复合材料，由原料聚碳酸酯、共聚有机硅氧烷微球、有机化纳米蒙脱土以及耐候剂制备而成。按照重量份，上述原料的重量份分别为：

上述LED灯罩用阻燃高透光耐候聚碳酸酯复合材料的制备方法：将上述备料在80℃下真空烘箱中干燥8h，25℃下在高速搅拌机中充分搅拌8-10分钟，通过双螺杆挤出机(科倍隆机械设备系统上海有限公司的ZSK-25型挤出机)熔融挤出、造粒，控制挤出温度为230-250℃，口模温度为245℃，螺杆转速为220r/min，即得LED灯罩用阻燃高透光耐候聚碳酸酯复合材料。

实施例2：

一种LED灯罩用阻燃高透光耐候聚碳酸酯复合材料，由原料聚碳酸酯、共聚有机硅氧烷微球、有机化纳米蒙脱土、耐候剂以及相容剂制备而成。按照重量份，上述原料的重量份分别为：

上述LED灯罩用阻燃高透光耐候聚碳酸酯复合材料的制备方法：将上述备料在80℃下真空烘箱中干燥8h，25℃下在高速搅拌机中充分搅拌8-10分钟，通过双螺杆挤出机(科倍隆机械设备系统上海有限公司的ZSK-25型挤出机)熔融挤出、造粒，控制挤出温度为230-250℃，口模温度为245℃，螺杆转速为220r/min，即得LED灯罩用阻燃高透光耐候聚碳酸酯复合材料。

实施例3：

一种LED灯罩用阻燃高透光耐候聚碳酸酯复合材料，由原料聚碳酸酯、共聚有机硅氧烷微球、有机化纳米蒙脱土、耐候剂以及相容剂制备而成。按照重量份，上述原料的重量份分别为：

上述LED灯罩用阻燃高透光耐候聚碳酸酯复合材料的制备方法：将上述备料在80℃下真空烘箱中干燥8h，25℃下在高速搅拌机中充分搅拌8-10分钟，通过双螺杆挤出机(科倍隆机械设备系统上海有限公司的ZSK-25型挤出机)熔融挤出、造粒，控制挤出温度为230-250℃，口模温度为245℃，螺杆转速为220r/min，即得LED灯罩用阻燃高透光耐候聚碳酸酯复合材料。

将实施例1、实施例2以及实施例3制备的LED灯罩用阻燃高透光耐候聚碳酸酯复合材料经干燥后用注塑机注塑成型垂直燃烧、极限氧指数、拉伸、缺口冲击试验标准测试样条，用于测试其阻燃性能、力学性能、老化(耐候)性能；同时，将聚碳酸酯复合材料干燥后经薄膜生产线生产出厚度为1.0mm的PC薄膜用于测定其透光率；测试数据与纯聚碳酸酯数据进行对比，其结果如下所示：

测试标准：拉伸强度测试标准为ASTMD638-2014，弯曲强度测试标准为ASTMD790-2003；IZOD缺口冲击强度测试标准为ASTMD256-2010；全光线透光率测试标准为ASTMD-1003-2007；雾度测试标准为ASTMD-1003-2007；荧光老化测试标准为0.55W/m²、辐照时间300H；阻燃性测试标准为UL94-2006。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种LED灯罩用阻燃高透光耐候聚碳酸酯复合材料，所述LED灯罩用阻燃高透光耐候聚碳酸酯复合材料是由如下重量份配比的原料制备而成：

聚碳酸酯100份；

共聚有机硅氧烷微球0.2-0.6份；

有机化纳米蒙脱土3-8份；

耐候剂0.5-1份；

相容剂0-2份；

所述聚碳酸酯的分子量为3-6万；

所述共聚有机硅氧烷微球是聚硅氧烷-丙烯酸酯共聚物，所述共聚有机硅氧烷微球是核壳结构，所述共聚有机硅氧烷微球中硅氧烷的含量为10-15%，所述共聚有机硅氧烷微球的粒径为1-5μm；

所述有机化纳米蒙脱土是依次经盐酸和氢氧化钠处理过的钠基蒙脱土，所述有机化纳米蒙脱土的层间距为1.53-1.58nm。

2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述共聚有机硅氧烷微球的制备方法是以甲基苯基二甲氧基硅烷为硅烷单体，先与八甲基环四硅氧烷以及γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷进行水解与缩聚反应合成聚硅氧烷核乳液，再分别与丙烯酸甲酯以及甲基丙烯酸乙酯接枝共聚，制得具有核壳结构的聚硅氧烷-丙烯酸酯共聚物；

所述八甲基环四硅氧烷与甲基苯基二甲氧基硅烷的质量比为10:1；

所述γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷与甲基苯基二甲氧基硅烷的质量比为10:1；

所述丙烯酸甲酯与甲基苯基二甲氧基硅烷质量比为1:3；

所述甲基丙烯酸乙酯与甲基苯基二甲氧基硅烷质量比为1:4。

3.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述有机化纳米蒙脱土的制备方法是将钠基蒙脱土与25v/v%乙醇按3g:2mL的比例加入到反应釜中，充分搅拌1h后缓慢加入pH值为2的盐酸溶液直至混合液pH值达到2.5，于70℃下搅拌过夜，过滤干燥即得酸处理钠基蒙脱土；

再以pH为14的氢氧化钠溶液滴定酸处理钠基蒙脱土，直至pH值达到12，得到碱处理钠基蒙脱土；

最后将碱处理钠基蒙脱土充分干燥处理后制得有机化纳米蒙脱土。

4.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述耐候剂是苯并三氮唑。

5.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：当制备所述复合材料的原料中含有相容剂时，所述相容剂为高分子相容剂EVA，分子量为0.8万-2万。

6.一种用于制备权利要求1-5中任一所述的复合材料的方法，其步骤如下：

将权利要求1所述的原料按配比在80℃下真空烘箱中干燥8h，25℃下在高速搅拌机中搅拌8-10分钟，通过双螺杆挤出机熔融挤出、造粒。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述双螺杆挤出机是科倍隆机械设备系统上海有限公司的ZSK25型挤出机，所述双螺杆挤出机的挤出温度为230-250℃，口模温度为245℃，螺杆转速为220r/min。