CN105968769A - 一种具有导热功能的透明光扩散材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有导热功能的透明光扩散材料及其制备方法，上述透明光扩散材料按照重量份数，包括：基体树脂20‑100份，光扩散剂0.1‑10份，导热填料10‑80份，紫外光吸收剂0.1‑1份，热稳定剂0.05‑2份，荧光增白剂0.001‑1份，上述基体树脂选自芳香族聚碳酸酯树脂。采用本发明提供的制备方法制备的具有导热功能的透明光扩散材料，适用于制作生热较大的灯罩材料，在维持较高的透光率和大扩散角度的情况下还具备一定的导热功能，从而延长LED照明的使用寿命。

Description

一种具有导热功能的透明光扩散材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及材料化学技术领域，尤其涉及一种具有导热功能的透明光扩散材料及其制备方法。
背景技术
发光二极管(LED)照明是人类历史上继白炽灯和荧光灯之后的第三次飞跃。LED是一种固体半导体光源，长期以来用于显示领域，目前正以新型固体光源的角色逐步进入照明领域。与传统照明相比，LED照明节能、环保和安全，因此，LED照明将大规模替代现用的白炽灯和荧光灯。
LED照明较传统照明更加刺眼，需用光扩散材料制备匀光灯罩来柔和光线，柔和后的光线才能用于室内照明。光扩散材料是指能将点光源转化成面光源的材料，其原理是在透明基材中加入光扩散剂，使光发生折射、反射与散射，达到光扩散的效果。
由于LED的发光部分是很细小的芯片，既不方便直接安装在如白炽一样的灯泡中，又不能快速的靠空气传导散发其工作时的热量。所以LED芯片被固定封装在一个固体的环境里，工作时发出的热量，通过层层导热，最后由灯具散热外壳传导散发到空气中。细小的LED芯片在工作时，结温(芯片温度)虽然不会如同白炽灯一样很高，但一般也接近于100℃。
目前LED灯具主要靠灯体外壳来散热，且行业领域内关于灯体外壳散热的研究已趋于成熟。但传统的LED灯罩几乎不具备散热的功能因此灯罩部分的热量积聚非常厉害，极大的制约了LED灯具的散热，影响了LED灯的寿命。如果赋予LED灯罩以一定的散热性能，那么LED灯具的热量扩散将有极大的提升，灯具使用寿命也将得到延长。
LED灯罩的散热研究存在的最主要的难题就是如何在保证灯罩具有较高透光率的前提下还能具有一定的导热系数。
发明内容
针对现有的LED照明技术中存在的上述问题，现提供一种具有导热功能的透明光扩散材料及其制备方法，旨在解决LED照明灯罩的热量扩散问题，从而延长产品的使用寿命。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的第一个方面是提供一种具有导热功能的透明光扩散材料的制备方法，具有这样的特征，包括如下步骤：
按照重量份数，称取
将上述称取的物料混合均匀得到混合备用料，将上述混合备用料投入到挤出机中挤出造粒；
其中，导热填料预先以硅烷偶联剂处理，硅烷偶联剂的结构式如下(1)所示：
Y-(CH2)n-SiX3 (1)
其中，n＝0-3；
Y选自乙烯基、氨基、环氧基、甲基丙烯酰氧基、巯基、脲基中的一种；
X选自氯基、甲氧基、乙氧基、甲氧基乙氧基、乙酰氧基中的一种。
导热填料的预处理是本发明中获得透光率较为理想的同时又具备导热性能的LED灯罩材料的关键。
一般而言，要保持共混物透光率的前提条件是共混物中不同组分的折光指数相接近，对绝大多数聚合物树脂而言其折光指数基本在1.5左右，因此选择与基体树脂折光指数相接近的导热填料理论上就能获得透光率较为理想的材料。但实际上大多数传统无机填料与聚合物树脂的折光指数存在明显差距，无机填料本身外形不规则，容易磨损加工机械，且与基体树脂的相容性较差，影响了材料的力学性能，同时也无法获得理想的透光率。
本发明中所采用的导热填料预处理方法，是将与基体树脂折光指数相近的无机填料与硅烷偶联剂共混，制得表面包覆硅烷偶联剂的无机填料，再将其添加入基体树脂中熔融共混，此时硅烷偶联剂在无机物质和有机物质的界面之间架起“分子桥”，把两种性质悬殊的材料连接在一起。无机填料由于表面包覆了一层有机物质，其与基体树脂的相容性提高，折光指数差异进一步缩小，共混物无论是力学性能还是透光率都得到提升，而无机填料本身较高的导热系数又赋予了共混物优异的散热功能。
优选的，基体树脂选自芳香族聚碳酸酯树脂。
优选的，芳香族聚碳酸酯树脂的粘均分子量为20000-50000、熔融指数为5-10和/或粘均分子量为50000-100000、熔融指数为1-5。
优选的，芳香族聚碳酸酯树脂由粘均分子量为20000-50000、熔融指数为5-10的芳香族聚碳酸酯树脂与粘均分子量为50000-100000、熔融指数为1-5的芳香族聚碳酸酯树脂按照1:99-99:1的质量比复配形成。
优选的，光扩散剂选自有机硅系光扩散剂、甲基丙烯酸酯类光扩散剂中的一种或多种。
优选的，光扩散剂由有机硅系光扩散剂与甲基丙烯酸酯类光扩散剂按照重量比1-99:99-1复配形成。
优选的，有机硅系光扩散剂粒径为0.1-10μm，甲基丙烯酸酯类光扩散剂粒径为1-100μm。
优选的，导热填料选自折光指数与基体树脂相差范围在0.01-0.05的无机物粉末颗粒，如氢氧化镁，二氧化硅等。
其中，经硅烷偶联剂处理的导热填料的折光指数与基体树脂的折光指数进一步缩小为0.001-0.1。
优选的，热稳定剂为0.05-1份的磷系热稳定剂和0.01-1份的受阻酚类的酚系热稳定剂的混合。
优选的，挤出机为同向双螺杆挤出机，其长径比为30-70。
优选的，挤出机的挤出温度为170℃-230℃。
其中，紫外光吸收剂选自苯并三唑型紫外紫外光吸收剂。
其中，有机硅光扩散剂和甲基丙烯酸酯光扩散剂都呈实心圆球状粒子分布于芳香族聚碳酸酯树脂中。
本发明的第二个方面是提供一种按照上述制备方法制备的具有导热功能的透明光扩散材料。
本发明采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：
本发明提供的制备方法中，将经硅烷偶联剂处理的导热填料应用于透明光扩散材料的制备中，制备获得的透明光扩散材料，适用于制作生热较大的光源的外包覆材料，在维持较高的透光率和大扩散角度的情况下还具备一定的导热功能，从而延长LED照明的使用寿命。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本发明，但是下述实施例并不限制本发明范围。
实施例1
一种具有导热功能的透明光扩散材料，制备方法如下：
按照重量份数，称取芳香族聚碳酸酯树脂40份，光扩散剂2份，导热填料60份，紫外光吸收剂0.3份，热稳定剂0.08份，荧光增白剂0.003份；
其中，导热填料以硅烷偶联剂处理，上述硅烷偶联剂的结构式如下所示：
Y-(CH2)n-SiX3
其中，Y为氨基，X为乙氧基，n等于3；
其中，芳香族聚碳酸酯树脂由粘均分子量为25000、熔融指数为8的芳香族聚碳酸酯树脂与粘均分子量为60000、熔融指数为4的芳香族聚碳酸酯树脂按照10-90的质量比复配形成；
其中，光扩散剂由有机硅系光扩散剂与甲基丙烯酸酯类光扩散剂按照重量比80：20复配形成；
其中，机硅系光扩散剂粒径为0.1-1μm，甲基丙烯酸酯类光扩散剂粒径为1-3μm。
其中，热稳定剂中各组分及其重量含量为磷系热稳定剂0.15份，酚系热稳定剂0.05份；
将上述称取的物料混合均匀得到混合备用料，将上述混合备用料投入到长径比为50的同向双螺杆挤出机中，于挤出温度为180℃挤出造粒，获得一种具有导热功能的透明光扩散材料。
实施例2
一种具有导热功能的透明光扩散材料，制备方法如下：
按照重量份数，称取芳香族聚碳酸酯树脂60份，光扩散剂1份，导热填料40份，紫外光吸收剂0.7份，热稳定剂1份，荧光增白剂0.004份；
其中，导热填料以硅烷偶联剂处理，上述硅烷偶联剂的结构式如下所示：
Y-(CH2)n-SiX3
其中，Y为氨基，X为甲氧基乙氧基，n等于2；
其中，芳香族聚碳酸酯树脂由粘均分子量为30000、熔融指数为7的芳香族聚碳酸酯树脂与粘均分子量为70000、熔融指数为3的芳香族聚碳酸酯树脂按照重量比30-70复配形成；
其中，光扩散剂由有机硅系光扩散剂与甲基丙烯酸酯类光扩散剂按照重量比70：30复配形成；
其中，机硅系光扩散剂粒径为0.5-2μm，甲基丙烯酸酯类光扩散剂粒径为2-5μm。
其中，热稳定剂中各组分及其重量含量为磷系热稳定剂0.4份，酚系热稳定剂0.6份；
将上述称取的物料混合均匀得到混合备用料，将上述混合备用料投入到长径比为50的同向双螺杆挤出机中，于挤出温度为200℃挤出造粒，获得一种具有导热功能的透明光扩散材料。
实施例3
一种具有导热功能的透明光扩散材料，制备方法如下：
按照重量份数，称取芳香族聚碳酸酯树脂50份，光扩散剂0.8份，导热填料50份，紫外光吸收剂0.85份，热稳定剂0.8份，荧光增白剂0.6份；
其中，导热填料以硅烷偶联剂处理，上述硅烷偶联剂的结构式如下所示：
Y-(CH2)n-SiX3
其中，Y为乙烯基，X为甲氧基乙氧基，n等于3；
其中，芳香族聚碳酸酯树脂由粘均分子量为40000、熔融指数为6.5的芳香族聚碳酸酯树脂与粘均分子量为80000、熔融指数为2的芳香族聚碳酸酯树脂按照70：30的质量比复配形成；
其中，光扩散剂由有机硅系光扩散剂与甲基丙烯酸酯类光扩散剂按照重量比60：40复配形成；
其中，热稳定剂中各组分及其重量含量为磷系热稳定剂0.4份，酚系热稳定剂0.4份；
将上述称取的物料混合均匀得到混合备用料，将混合备用料投入到长径比为50的同向双螺杆挤出机中，于挤出温度范围为180℃挤出造粒，获得一种具有导热功能的透明光扩散材料。
本发明的实施例中，将使用硅烷偶联剂处理后的导热填料应用于光扩散材料中，可在导热填料与基体树脂间建立分子桥，从而使本发明的实施例中提供的光扩散材料，在维持较高的透光率和大扩散角度的情况下还具备一定的导热功能，进而延长LED照明的使用寿命。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种具有导热功能的透明光扩散材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
按照重量份数，称取
将上述称取的物料混合均匀得到混合备用料，将所述混合备用料投入到挤出机中挤出造粒；
其中，所述导热填料预先以硅烷偶联剂处理，所述硅烷偶联剂的结构式如下：
Y-(CH2)n-SiX3
其中，n＝0-3；
Y选自乙烯基、氨基、环氧基、甲基丙烯酰氧基、巯基、脲基中的一种；
X选自氯基、甲氧基、乙氧基、甲氧基乙氧基、乙酰氧基中的一种。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述基体树脂选自芳香族聚碳酸酯树脂。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述芳香族聚碳酸酯树脂的粘均分子量为20000-50000、熔融指数为5-10和/或粘均分子量为50000-100000、熔融指数为1-5。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述芳香族聚碳酸酯树脂由粘均分子量为20000-50000、熔融指数为5-10的芳香族聚碳酸酯树脂与粘均分子量为50000-100000、熔融指数为1-5的芳香族聚碳酸酯树脂按照重量比1:99-99:1复配形成。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述光扩散剂选自粒径为0.1-10μm的有机硅光扩散剂、粒径为1-100μm的甲基丙烯酸酯光扩散剂中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述光扩散剂由所述有机硅光扩散剂与所述甲基丙烯酸酯光扩散剂按照重量比1-99:99-1复配形成。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述导热填料选自粒径范围为0.1-10μm且折光指数与所述基体树脂相差范围在0.01-0.05的无机物粉末颗粒。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，经所述硅烷偶联剂处理后的所述导热填料的折光系数与所述基体树脂的折光指数相差范围为0.001-0.01。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热稳定剂为0.05-1份的磷系热稳定剂和0.01-1份的酚系热稳定剂。
10.根据权利要求1-9任意一项所述制备方法制备的具有导热功能的透明光扩散材料。
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