CN105670265A - 一种透红外材料、制备方法及用途 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种透红外材料，所述透红外材料的原料按重量份数包括如下组分：聚碳酸酯60～99、乙烯-乙酸乙烯共聚物5～10、溴化钾1～5、偶联剂0.1～1.0、抗氧剂0.1～0.2、色粉0.05～0.1。本发明通过在聚碳酸酯中添加KBr，使得复合材料带有红外线透过功能；通过添加EVA，使得复合材料具有较高冲击韧性等机械力学性能；通过添加偶联剂，改善高分子基体与无机填料相容性，同时分散均匀，利于红外线的透过。本发明通过优化透红外材料的配方组成和比例，获得了红外透过率在60％以上，缺口冲击强度在65kJ/cm2以上的材料。

Description

一种透红外材料、制备方法及用途
技术领域
本发明属于透红外材料，具体涉及一种添加了溴化钾的透红外有机材料、制备方法及用途。
背景技术
透红外材料是指对红外线透过率高的材料，对这些材料的要求，首先是红外光谱透过率要高，短波透过率要低，透过频带要宽，一般红外波段是0.7～20μm。红外光学材料是指在红外成像与制导技术中用于制造透镜、棱镜、窗口、滤光片、整流罩等的一类材料。这些材料具备满足需要的物理及化学性质，即主要指标为：良好的红外透明性与较宽的透射波段。
早期使用的透红外材料为天然晶体，如岩盐、水晶等，后来随着红外技术的发展，要求有更高质量的透红外材料，目前已经有单晶体、多晶体、玻璃、陶瓷、塑料、金刚石和类金刚石等多个品种。
单晶体主要有锗、硅半导体作为红外光学材料。硅在力学性能和抗热冲击性能上比锗要好得多，温度影响也小，但是硅的折射率高，使用时需要镀增透膜，以减少反射损失。还有一类单晶体是离子晶体，如碱金属卤化物或碱土金属卤化物。
红外光学玻璃主要有硅酸盐玻璃、铝酸盐玻璃、镓酸盐玻璃、硫属化合物玻璃等。陶瓷包括氧化铝透明陶瓷、稀有金属氧化物陶瓷(如氧化钇透明陶瓷)。现有技术虽然也有透红外塑料，但是其近红外性能远不如其他材料。
塑料是一种无定形态高分子聚合物，但是一些塑料在红外或远红外波段具有良好的透过率，可以用来制作透红外材料，例如红外窗口、透镜等，被广泛用于红外报警、红外监控及传感器等领域。但是由于塑料分子结构复杂，导致非常多的晶格震动吸收带和旋转吸收带，透过率不高，且机械性能表现较差，脆性过高。
因此，本领域需要开发一种具有红外透过率的聚合物材料，其机械性能表现良好。
发明内容
本发明的目的在于提供一种机械性能良好的透红外材料、制备方法及用途。
本发明通过如下技术方案实现：
本发明第一方面提供了一种透红外材料，所述透红外材料的原料按重量份数包括如下组分：
优选地，所述溴化钾在4000～600cm-1的波长处没有吸收。
优选地，所述溴化钾的纯度≥99％。
溴化钾在本发明所述的透红外材料中，起到提高红外透过率的作用。与其他的单晶系碱金属卤化物或半导体材料不同，溴化钾在聚碳酸酯中表现出良好的分散性、和相容性。无机盐在树脂等有机物中的加入，一般会劣化其机械性能，但溴化钾的加入对树脂机械性能，尤其是韧性的劣化表现不显著，可以通过加入溴化钾实现保持机械性能的同时提高透红外性能的目的。
示例性地，本发明所述头红外材料的原料中，溴化钾的添加量为2重量份、3重量份或4重量份等。
优选地，所述聚碳酸酯(PC)为芳香族聚碳酸酯。
优选地，所述聚碳酸酯由双酚A和碳酸二苯酯聚合得到。
优选地，所述聚碳酸酯的分子量为17000～20000。
分子量在17000～20000范围内的聚碳酸酯与本发明提供的配方中的其他组分的配伍下，能够获得更加优异的机械性能。
示例性地，本发明所述头红外材料的原料中，聚碳酸酯的添加量为63重量份、68重量份、74重量份、80重量份、85重量份或93重量份等。
优选地，所述乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)中醋酸乙烯(VA)含量30～50％。
优选地，所述乙烯-乙酸乙烯共聚物中醋酸乙烯的熔融指数MI为200～400。
本发明提供的配方组成中，乙烯-乙酸乙烯共聚物起到提高透红外材料机械性能，尤其是提高其韧性的作用，本发明对EVA没有具体限定，但是当EVA的VA含量30～50％，熔融指数MI为200～400时，本发明提供的透红外材料表现出超乎预料的冲击韧性。
示例性地，本发明所述头红外材料的原料中，EVA的添加量为6重量份、7重量份、8重量份或9重量份等。
优选地，所述偶联剂为硅烷偶联剂。
优选地，所述硅烷偶联剂为γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷。
通过在复合材料中添加偶联剂，尤其是添加γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷作为偶联剂，能够改善高分子基体与无机填料(如溴化钾)相容性，同时分散均匀，利于红外线的透过。
示例性地，本发明所述头红外材料的原料中，偶联剂的添加量为0.2重量份、0.4重量份、0.5重量份、0.7重量份、0.8重量份或0.9重量份等。
优选地，所述抗氧剂选自抗氧剂1010、抗氧剂168和抗氧剂1076中的任意1种或至少2种的组合。
示例性地，本发明所述头红外材料的原料中，抗氧剂的添加量为0.13重量份、0.15重量份或0.18重量份等。
优选地，所述色粉选自炭黑、黄粉、红粉和蓝粉中的任意1种或至少2种的组合。
示例性地，本发明所述头红外材料的原料中，色粉的添加量为0.08重量份或0.09重量份。
作为可选技术方案，所述透红外材料的原料按重量份数包括如下组分：
作为可选技术方案，所述透红外材料的原料按重量份数包括如下组分：
本发明的第二方面提供了一种第一方面所述的透红外材料的制备方法，所述方法为第一方面所述的透红外材料的原料按配方量混合，之后经过双螺杆挤出，冷却、干燥、切粒，得到透红外材料。
优选地，所述螺杆挤出的机筒具有9个温度区间，所述9个温度区间从进料口到出料口的温度分别为190±2℃、220±2℃、230±2℃、240±2℃、250±2℃、260±2℃、270±2℃、270±2℃和265±2℃。
所述机筒的温度可以上下浮动2℃。
优选地，所述螺杆挤出的螺杆转速为230～270转/分钟，优选250转/分钟。
优选地，所述螺杆挤出的物料在机筒中的停留时间为为1.8～2.2min，优选2min。
本发明第三方面提供了一种如第一方面所述的透红外材料的用途，所述透红外材料用于制造透镜、棱镜、窗口、滤光片和整流罩中的任意1种或至少2种的组合。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过在聚碳酸酯中添加KBr，使得复合材料带有红外线透过功能；通过添加EVA，使得复合材料具有较高冲击韧性等机械力学性能；通过添加偶联剂，改善高分子基体与无机填料相容性，同时分散均匀，利于红外线的透过。
本发明通过优化透红外材料的配方组成和比例，获得了红外透过率在60％以上，缺口冲击强度在65kJ/cm2以上的材料。
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的技术方案。
本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例
一种透红外材料，其原料组成按重量份数包括如下组分：
制备方法为：将所述原料组成按配方量混合，之后经过双螺杆挤出，冷却、干燥、切粒，得到透红外材料；
所述双螺杆挤出的机筒从进料口到出料口划分为9个温度区间，所述9个温度区间的设定温度依次分别为190±2℃、220±2℃、230±2℃、240±2℃、250±2℃、260±2℃、270±2℃、270±2℃和265±2℃；
所述螺杆挤出的螺杆转速为230～270转/分钟；
所述物料在机筒中的停留时间为1.8～2.2min。
实施例1
一种透红外材料，其原料组成按重量份数包括如下组分：
所述溴化钾在4000～600cm-1的波长处没有吸收；且所述溴化钾的纯度≥98％；
所述聚碳酸酯由双酚A和碳酸二苯酯聚合得到；且分子量为17000～20000；
所述乙烯-乙酸乙烯共聚物中醋酸乙烯含量30～50％；且熔融指数MI为200～400；
所述硅烷偶联剂为γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷；
所述抗氧剂为抗氧剂1010；
所述色粉为炭黑、黄粉、红粉和蓝粉按1:3:3:4的比例的混合物；
制备方法为：
将所述原料组成按配方量混合，之后经过双螺杆挤出，冷却、干燥、切粒，得到透红外材料；
所述双螺杆挤出的机筒从进料口到出料口划分为9个温度区间，所述9个温度区间的设定温度依次分别为190±2℃、220±2℃、230±2℃、240±2℃、250±2℃、260±2℃、270±2℃、270±2℃和265±2℃；所述螺杆挤出的螺杆转速为230～270转/分钟；所述物料在机筒中的停留时间为1.8～2.2min。
实施例1
一种透红外材料，其原料组成按重量份数包括如下组分：
所述溴化钾在4000～600cm-1的波长处没有吸收；且所述溴化钾的纯度≥99.6％；
所述聚碳酸酯由双酚A和碳酸二苯酯聚合得到；且分子量为17000～20000；
所述乙烯-乙酸乙烯共聚物中醋酸乙烯含量40％；且熔融指数MI为300；
所述硅烷偶联剂为γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷；
所述抗氧剂为抗氧剂1010；
所述色粉为炭黑、黄粉、红粉和蓝粉按1:3:3:4的比例的混合物；
制备方法为：
将所述原料组成按配方量混合，之后经过双螺杆挤出，冷却、干燥、切粒，得到透红外材料；
所述双螺杆挤出的机筒从进料口到出料口划分为9个温度区间，所述9个温度区间的设定温度依次分别为190±2℃、220±2℃、230±2℃、240±2℃、250±2℃、260±2℃、270±2℃、270±2℃和265±2℃；所述螺杆挤出的螺杆转速为250转/分钟；所述物料在机筒中的停留时间为2min。
实施例2
一种透红外材料，其原料组成按重量份数包括如下组分：
所述溴化钾在4000～600cm-1的波长处没有吸收；且所述溴化钾的纯度99.5％；
所述聚碳酸酯由双酚A和碳酸二苯酯聚合得到；且分子量为17000～20000；
所述乙烯-乙酸乙烯共聚物中醋酸乙烯含量30％；且熔融指数MI为2；
所述硅烷偶联剂为γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷；
所述抗氧剂为抗氧剂1010；
所述色粉为炭黑、黄粉、红粉和蓝粉按1:2:3:4的比例的混合物；
制备方法为：
将所述原料组成按配方量混合，之后经过双螺杆挤出，冷却、干燥、切粒，得到透红外材料；
所述双螺杆挤出的机筒从进料口到出料口划分为9个温度区间，所述9个温度区间的设定温度依次分别为190±2℃、220±2℃、230±2℃、240±2℃、250±2℃、260±2℃、270±2℃、270±2℃和265±2℃；所述螺杆挤出的螺杆转速为230转/分钟；所述物料在机筒中的停留时间为2.2min。
实施例3
一种透红外材料，其原料组成按重量份数包括如下组分：
所述溴化钾在4000～600cm-1的波长处没有吸收；且所述溴化钾的纯度≥98％；
所述聚碳酸酯由双酚A和碳酸二苯酯聚合得到；且分子量为17000～20000；
所述乙烯-乙酸乙烯共聚物中醋酸乙烯含量50％；且熔融指数MI为400；
所述硅烷偶联剂为γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷；
所述抗氧剂为抗氧剂1010；
所述色粉为炭黑、黄粉、红粉和蓝粉按1:5:5:4的比例的混合物；
制备方法为：
将所述原料组成按配方量混合，之后经过双螺杆挤出，冷却、干燥、切粒，得到透红外材料；
所述双螺杆挤出的机筒从进料口到出料口划分为9个温度区间，所述9个温度区间的设定温度依次分别为190±2℃、220±2℃、230±2℃、240±2℃、250±2℃、260±2℃、270±2℃、270±2℃和265±2℃；所述螺杆挤出的螺杆转速为270转/分钟；所述物料在机筒中的停留时间为1.8min。
对比例1
与实施例1的区别在于
将溴化钾等质量替换为碘化铯。
对比例2
与实施例1的区别在于
乙烯-乙酸乙烯共聚物的添加量为12重量份。
对比例3
与实施例1的区别在于
偶联剂的添加量为1.5重量份。
性能测试
将实施例和对比例得到的母粒熔融后固化，制成有机玻璃，进行如下性能测试：
缺口冲击强度：以ASTMD256进行测试，测试厚度为3.2mm，宽度127mm；
弯曲模量：以ASTMD790进行测试，测试厚度为6.4mm，弯曲塑料2.0mm/min；
弯曲强度：以ASTMD790进行测试，测试厚度为6.4mm，弯曲塑料2.0mm/min；
拉伸强度：以ASTMD638进行测试，拉伸速率50mm/min；
红外透过率：以GB2680-1994测定，测定波长为400nm～25μm。
测定结果：
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的工艺方法，但本发明并不局限于上述工艺步骤，即不意味着本发明必须依赖上述工艺步骤才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种透红外材料，其特征在于，所述透红外材料的原料按重量份数包括如下组分：
2.如权利要求1所述的透红外材料，其特征在于，所述溴化钾在4000～600cm-1的波数处没有吸收；
优选地，所述溴化钾的纯度≥99％。
3.如权利要求1或2所述的透红外材料，其特征在于，所述聚碳酸酯为芳香族聚碳酸酯；
优选地，所述聚碳酸酯由双酚A和碳酸二苯酯聚合得到；
优选地，所述聚碳酸酯的分子量为17000～20000。
4.如权利要求1～3之一所述的透红外材料，其特征在于，所述乙烯-乙酸乙烯共聚物中醋酸乙烯含量30～50％；
优选地，所述乙烯-乙酸乙烯共聚物中醋酸乙烯的熔融指数MI为200～400。
5.如权利要求1～4之一所述的透红外材料，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂；
优选地，所述硅烷偶联剂为γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷。
6.如权利要求1～5之一所述的透红外材料，其特征在于，所述抗氧剂选自抗氧剂1010、抗氧剂168和抗氧剂1076中的任意1种或至少2种的组合。
7.如权利要求1～6之一所述的透红外材料，其特征在于，所述色粉选自炭黑、黄粉、红粉和蓝粉中的任意1种或至少2种的组合。
8.一种如权利要求1～7之一所述的透红外材料的制备方法，其特征在于，所述方法为将权利要求1～7之一所述的透红外材料的原料按配方量混合，之后经过双螺杆挤出，冷却、干燥、切粒，得到透红外材料。
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述螺杆挤出的机筒具有9个温度区间，所述9个温度区间从进料口到出料口的温度分别为190±2℃、220±2℃、230±2℃、240±2℃、250±2℃、260±2℃、270±2℃、270±2℃和265±2℃；
优选地，所述螺杆挤出的螺杆转速为230～270转/分钟，优选250转/分钟；
优选地，所述螺杆挤出的物料在机筒中的停留时间为1.8～2.2min，优选2min。
10.一种如权利要求1～7之一所述的透红外材料的用途，其特征在于，所述透红外材料用于制造透镜、棱镜、窗口、滤光片和整流罩中的任意1种或至少2种的组合。
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