CN105646882A - 一种光扩散粒子及其制备方法和由其组成的热塑性光扩散材料与应用 - Google Patents

一种光扩散粒子及其制备方法和由其组成的热塑性光扩散材料与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光扩散粒子,按重量份计,包括:有机三烷氧基硅烷单体100份;无机粒子1份-10份;其制备方法,包括:将无机粒子分散于含有分散剂的水溶液中,用搅拌器搅拌20min-40min,将pH值调至4.5-5.0,加入有机三烷氧基硅烷单体,进行混合,得到水解液,继续用搅拌器搅拌20min-40min,将该水解液的pH值调至8.5-9.0,反应3h-5h后,过滤、清洗、烘干,即得。本发明制备得到的光扩散粒子,由于该光扩散粒子的小粒径无机粒子包覆于大粒径有机硅光扩散粒子内部,使光线在穿过有机硅光扩散粒子时还能在无机粒子表面产生一定程度的反射,使光线散射得更开,从而在保证由该光扩散粒子组成的热塑性光扩散材料的透光率的同时,提高了该材料的遮蔽效果和雾度。

Description

一种光扩散粒子及其制备方法和由其组成的热塑性光扩散材料与应用
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域,特别涉及一种光扩散粒子及其制备方法和由其组成的热塑性光扩散材料与应用。
背景技术
发光二极管(LED),是一种固态的半导体器件,它可以直接把电转化为光,光效高、耗电少,寿命长、易控制、免维护、安全环保。2010年国家明确了节能环保、新能源、新材料等作为重点发展的战略性新兴产业,并颁布了《半导体照明节能产业发展意见》,要求通过集聚创新资源,突出技术进步,攻克关键瓶颈,推进LED产业的发展。
但LED发出的光类似于点光源,直视刺眼,所以LED普遍都配光扩散材料制成的灯罩,在LED光线到达灯罩时,将光线散开去,使其点亮后看不见LED光源,光线柔和。
光扩散材料是通过化学或物理的手段,利用光线在行径途中遇到两个折射率(密度)相异的介质时,发生折射、反射与散射的物理现象,通过在PMMA、PC、PS、PP等基材基础中添加光扩散剂、或者通过基材表面的微特征结构的阵列排列人为调整光线、使光线发生不同方向的折射、反射、与散射,从而改变光的行进路线,实现入射光充分散色以此产生光学扩散的效果。广泛应用在液晶显示与LED照明及成像显示系统中。
光扩散剂的材料可以是无机的也可以是有机的。无机光扩散剂主要有纳米硫酸钡、二氧化硅等,有机光扩散剂主要有聚甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯交联微球、有机硅光扩散剂等。一般认为,无机光扩散剂遮盖力较好,且价格低廉,但由于其是实心微球,光线无法透过,所以会影响光扩散材料的透光率,而有机光扩散剂本身是透明或半透明,光线大部分可以通过,所以透光率较高,同时,利用有机光扩散剂材质的折射率与基体树脂的折射率的差异,产生多次折射,提高了材料的雾度。
有机硅光扩散剂是目前市场上应用最广泛的有机光扩散剂,专利CN86106218、CN200710194805、CN201310016509公开了聚倍半硅氧烷或共聚倍半硅氧烷微球的制备方法和应用,但这些制备工艺较复杂,且制备出的有机硅微球遮盖力较差,雾度不高。
发明内容
为了克服现有技术的缺点与不足,本发明的首要目的在于提供一种具有高遮蔽效果、高底色白度、透光/雾度均衡、对材料韧性影响较小的光扩散粒子。
本发明的另一目的是提供上述光扩散粒子的制备方法。
本发明的再一目的是提供由上述光扩散粒子组成的热塑性光扩散材料。
本发明的又一目的是提供上述热塑性光扩散材料的用途。
本发明是通过如下技术方案实现的:
一种光扩散粒子,按重量份计,包括如下组分:
有机三烷氧基硅烷单体100份;
无机粒子1份-10份。
优选为:一种光扩散粒子,按重量份计,包括如下组分:
有机三烷氧基硅烷单体100份;
无机粒子3份-5份。
其中,所述有机三烷氧基硅烷单体的结构式为R1Si(OR2)3;其中R1代表具有1-6个碳原子的烷基、乙烯基或者具有5-30个碳原子的芳基,R2代表具有1-5个碳原子的烷基;优选为甲基三甲氧基硅烷。
其中,所述无机粒子选自二氧化硅、二氧化钛、硫酸钡、碳酸钙、氧化锌、氧化锆、硫化锌中的一种或几种;所述无机粒子的粒径为0.01μm-5μm。
其中,所述光扩散粒子的平均颗粒直径为0.1μm-10μm。
本发明还公开了一种上述光扩散粒子的制备方法,包括如下步骤:
将无机粒子分散于含有分散剂的水溶液中,用搅拌器搅拌20min-40min,将pH值调至4.5-5.0,加入有机三烷氧基硅烷单体,进行混合,得到水解液,继续用搅拌器搅拌20min-40min,将该水解液的pH值调至8.5-9.0,反应3h-5h后,过滤、清洗、烘干,即得光扩散粒子。
其中,所述含有分散剂的水溶液中分散剂的质量分数为0.1wt%-1wt%;所述分散剂选自六偏磷酸钠、六偏磷酸钙、六偏磷酸钡、三甲基十六烷基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、甘胆酸钠、硫酸化蓖麻油中的一种或几种。
其中,所述搅拌器可选自桨式搅拌器、均质混合器、微射流均质机等及其组合。
本发明又公开了一种包含上述光扩散粒子的热塑性光扩散材料,按重量份计,包括0.3份-10份光扩散粒子,90份-99.7份热塑性树脂;。
上述包含上述光扩散粒子的热塑性光扩散材料可采用公知的制备方法制备,如可采用如下制备方法:将光扩散粒子和热塑性树脂经过高混机充分混合,使用同向双螺杆挤出机采用熔融共混一步挤出的方法(挤出温度:170℃-250℃),即得热塑性光扩散材料。
其中,所述热塑性树脂选自聚碳酸酯、聚苯乙烯、甲基丙烯酸酯-苯乙烯共聚物、丙烯酸酯-苯乙烯共聚物、马来酸酐-苯乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸酯共聚物、聚丙烯、聚环烯烃、环烯烃-α-烯烃共聚物中一种或几种。
本发明还公开了上述热塑性光扩散材料在液晶显示的光扩散板、照明器具、灯饰的应用。
本发明与现有技术相比,具有如下有益效果:
1)本发明制备得到的光扩散粒子,由于该光扩散粒子的小粒径无机粒子包覆于大粒径有机硅光扩散粒子内部,使光线在穿过有机硅光扩散粒子时还能在无机粒子表面产生一定程度的反射,使光线散射得更开,从而在保证由该光扩散粒子组成的热塑性光扩散材料的透光率的同时,提高了该材料的遮蔽效果和雾度。
2)本发明制备得到的光扩散粒子,与单独添加无机粒子相比,由该光扩散粒子组成的热塑性光扩散材料遮盖效果增强,白度有明显提高,且韧性影响较小;与单独添加有机光扩散剂相比,由该光扩散粒子组成的热塑性光扩散材料的底色白度较高;与常规有机光扩散剂加无机粒子相比,由该光扩散粒子组成的热塑性光扩散材料的遮盖效果增强、底色白度有明显提高,且韧性影响较小。
附图说明
图1为本发明的光扩散粒子的散光原理图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明,以下实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受下述实施例的限制。
各性能的测试标准或方法:
所述热塑性光扩散材料透光率测试及雾度的测试:用注塑机注塑成2.0mm厚,100*100mm的方板,按照美国材料实验协会标准ASTMD1003-61(1997)进行测试;
所述热塑性光扩散材料遮盖效果的测试:用注塑机注塑成2.0mm厚,100*100mm的方板,并同时取方板在与3WLED灯源间隔5cm处目测对比其遮盖效果,测试结果分别为○、◎、●,从左到右表示遮盖效果逐渐增强。
所述热塑性光扩散材料白度的测试:用注塑机注塑成2.0mm厚,100*100mm的方板,按照GB2913-82,由上海昕瑞WSB-2荧光白度计测得。
所述热塑性光扩散材料韧性的测试:按照ISO180标准用注塑机注塑成标准样条,用悬臂梁无缺口冲击强度评估并测试。
本发明的实施例及对比例采用如下原料,但不仅限于这些原料:
有机三烷氧基硅烷单体:甲基三甲氧基硅烷,江西星火有机硅厂生产;
无机粒子:二氧化钛,江西添光化学责任有限公司生产,商品牌号为TR-33;
分散剂:六偏磷酸钠,天津市同鑫化工厂生产;
水:去离子水;
热塑性树脂:透明苯乙烯树脂,台湾台达化学工业股份有限公司生产,牌号808;
对比例1-2中有机硅光扩散剂选用日本信越KMP-590。
实施例A1-A5:光扩散粒子的制备
按照表1的配方将无机粒子分散于含有分散剂的水溶液中,用搅拌器搅拌20min-40min,将pH值调至4.5-5.0,加入有机三烷氧基硅烷单体,进行混合,得到水解液,继续用搅拌器搅拌20min-40min,将该水解液的pH值调至8.5-9.0,反应3h-5h后,过滤、清洗、烘干,即得光扩散粒子。
表1光扩散粒子的各组分含量(重量比)
实施例1-5:热塑性光扩散材料的制备
按照表2的配方将实施例A1-A5制备得到的光扩散粒子和热塑性树脂经过高混机充分混合,使用同向双螺杆挤出机采用熔融共混一步挤出的方法(挤出温度:170℃-250℃),即得热塑性光扩散材料;制备得到的热塑性光扩散材料的性能指标如表2所示。
对比例1:热塑性光扩散材料的制备
按照表2的配方将选用日本信越KMP-590的有机硅光扩散剂和热塑性树脂经过高混机充分混合,使用同向双螺杆挤出机采用熔融共混一步挤出的方法(挤出温度:170℃-250℃),即得热塑性光扩散材料;制备得到的热塑性光扩散材料的性能指标如表2所示。
对比例2:热塑性光扩散材料的制备
按照表2的配方将选用日本信越KMP-590的有机硅光扩散剂、无机粒子和热塑性树脂经过高混机充分混合,使用同向双螺杆挤出机采用熔融共混一步挤出的方法(挤出温度:170℃-250℃),即得热塑性光扩散材料;制备得到的热塑性光扩散材料的性能指标如表2所示。
表2实施例和对比例的热塑性光扩散材料的各组分配方(重量份)及性能指标结果
从表2的实施例1-5和对比例1、对比例2的测试结果对比可见,由实施例A1-A5制备得到的光扩散粒子组成的热塑性光扩散材料遮盖效果增强,白度有明显提高,且韧性影响较小;与单独添加有机光扩散剂相比,由该光扩散粒子组成的热塑性光扩散材料的底色白度较高;与常规有机光扩散剂加无机粒子相比,由该光扩散粒子组成的热塑性光扩散材料的遮盖效果增强、底色白度有明显提高,且韧性影响较小。

Claims (10)

1.一种光扩散粒子,按重量份计,包括如下组分:
有机三烷氧基硅烷单体100份;
无机粒子1份-10份。
2.根据权利要求1所述的光扩散粒子,按重量份计,包括如下组分:
有机三烷氧基硅烷单体100份;
无机粒子3份-5份。
3.根据权利要求1或2所述的光扩散粒子,其特征在于,所述有机三烷氧基硅烷单体的结构式为R1Si(OR2)3;其中R1代表具有1-6个碳原子的烷基、乙烯基或者具有5-30个碳原子的芳基,R2代表具有1-5个碳原子的烷基;优选为甲基三甲氧基硅烷。
4.根据权利要求1或2所述的光扩散粒子,其特征在于,所述无机粒子选自二氧化硅、二氧化钛、硫酸钡、碳酸钙、氧化锌、氧化锆、硫化锌中的一种或几种;所述无机粒子的粒径为0.01μm-5μm。
5.根据权利要求1或2所述的光扩散粒子,其特征在于,所述光扩散粒子的平均颗粒直径为0.1μm-10μm。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的光扩散粒子的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
将无机粒子分散于含有分散剂的水溶液中,用搅拌器搅拌20min-40min,将pH值调至4.5-5.0,加入有机三烷氧基硅烷单体,进行混合,得到水解液,继续用搅拌器搅拌20min-40min,将该水解液的pH值调至8.5-9.0,反应3h-5h后,过滤、清洗、烘干,即得光扩散粒子。
7.根据权利要求6所述的光扩散粒子的制备方法,其特征在于,所述含有分散剂的水溶液中分散剂的质量分数为0.1wt%-1wt%;所述分散剂选自六偏磷酸钠、六偏磷酸钙、六偏磷酸钡、三甲基十六烷基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、甘胆酸钠、硫酸化蓖麻油中的一种或几种。
8.一种包含权利要求1-5任一项所述的光扩散粒子的热塑性光扩散材料,按重量份计,包括0.3份-10份光扩散粒子,90份-99.7份热塑性树脂。
9.根据权利要求8所述的热塑性光扩散材料,其特征在于,所述热塑性树脂选自聚碳酸酯、聚苯乙烯、甲基丙烯酸酯-苯乙烯共聚物、丙烯酸酯-苯乙烯共聚物、马来酸酐-苯乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸酯共聚物、聚丙烯、聚环烯烃、环烯烃-α-烯烃共聚物中一种或几种。
10.如权利要求8或9所述的热塑性光扩散材料在液晶显示的光扩散板、照明器具、灯饰的应用。
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