CN1064374C - 一种高散射导光有机玻璃及其制备方法 - Google Patents

一种高散射导光有机玻璃及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高散射导光有机玻璃及其制备方法。该材料各组分重量百分含量是：苯乙烯15-20%，甲基丙烯酸甲酯48.3-84.6%，聚苯乙烯0.05-1%，引发剂0.2-0.4%，链转移剂0.1-0.3%。先将聚苯乙烯溶于甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯混合液中，完全触觉后加入引发剂、链转移剂；再在85-95℃下预聚至一定的粘度，然后将预聚物冷却、灌浆入膜后在40-50℃聚合30-40小时，最后在100℃下处理1.5-2.5小时即可。该方法工艺简单，聚合反应容易控制，材料的性能可调节，且光散射分布均匀，可用于将点、线光源转化为线、面光源的场合。

Description

一种高散射导光有机玻璃及其制备方法
本发明涉及聚合物光学材料及其制备，特别是适用于制造将点、线光源变为平面光源，可应用于液晶显示器背光源、壁挂式光源、各种大型广告牌等的高散射导光有机玻璃及其制备方法。
日本专利JP04 59,854公开了一种丙烯酸树脂光漫射纸张的制备方法，其散射体为具有一定粒径分布的无机微粒，如氧化锌(ZnO)、碳酸钙(CaCO3)、沸石等；基质材料一般为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或其它丙烯酸类聚合物。例如：其组分配比为粒径为0.5μm的氧化锌ZnO0.2份，粒径为0.51μm的碳酸钙CaCO3 1.5份和100份的PMMA进行直接共混制备出的光散射材料由于透明性较低用途不广，如仅适用于照明、指示标牌等方面。
日本专利JP01 315,466和JP03 58,084公开了二种高聚物光漫射材料的制备方法，它采用高聚物-高聚物共混法制备光漫射材料的步骤一般如下：首先用悬浮聚合法或乳液聚合法制备出具有一定粒径大小的聚合物颗粒，再将基质材料单体聚合成具有一定粘度的预聚体，然后将散射颗粒和基质预聚体充分混合并后进行后聚合。例如按重量百分比配料的甲基丙烯酸乙酯(3％)、甲基丙烯酸甲酯(39％)、苯乙烯(8％)、二甲基丙烯酸乙二醇酯(50％)等单体在一定的条件下进行悬浮聚合成折光指数为1.5781粒径大小为10.48μm的透明颗粒，同时将甲基丙烯酸甲酯(11.9％)、甲基丙烯酸乙酯(128.1％)单体和F-1000B(60％：一种丙烯酸树脂)共聚成具有一定粘度的预聚物浆液，然后将1％的透明颗粒和99％的预聚物浆液均匀混合并进行后聚合即能得到具有一定的光漫射能力的材料。这种光漫射材料，用于照明、指示标牌、广告招牌等。此种方法比较繁杂、步骤较多，尤其是利用悬浮聚合或乳液聚合的方法来制备光散射中心微粒时，作为光散射粒子的聚合物粒径的不容易控制。且由于聚合物之间的相容性的问题，其散射中心微粒还是不能在基质材料中充分地分布均匀。
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，利用两种具有不同的折光指数的透明聚合物的化学共混，通过其中一种聚合物在另一种聚合物中的微相分离来产生光散射，进一步控制微相的尺寸小于可见光波长，从而实现在保证较高的导光性的前提下得到光散射。通过聚合过程中形成的A-B共聚物来改善聚合物A和聚合物B之间的相容性，从而控制光散射体的形态和尺寸。此外，还可以通过调整聚合物A的重量份数及单体A和单体B的组成来控制材料的光散射强度。提供一种既有光散射性能又有导光性能的高散射导光有机玻璃及其简便而实用的制备方法。
本发明的目的可通过如下措施来达到：
一种高散射导光有机玻璃，其组分含量如下：
组分                                  重量百分比
苯乙烯St(工业级)                      15-50％
甲基丙烯酸甲酯MMA(工业级)             48.3-84.6％
数均分子量≥10,000的聚苯乙烯(工业级)  0.05-1％
过氧化二苯甲酰BPO(工业级)
或偶氮二异丁腈AIBN(工业级)            0.2-0.4％
十二烷基硫醇(工业级)                  0.1-0.3％
一种高散射导光有机玻璃的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：
按所需材料的光散射强度，在组分含量范围内调整各组分重量百分比含量，并按调整好的配方备料；
步骤二：
将步骤一组分中甲基丙烯酸甲酯(MMA)单体和苯乙烯(St)单体配制成混合液；
步骤三：
将步骤一组分中数均分子量大于10,000的聚苯乙烯溶于步骤二所配制的混合液中，充分搅拌，待其完全溶解；
步骤四：
加入步骤一作引发剂用的组分过氧化二苯甲酰(BPO)或偶氮二异丁腈(AIBN)和作链转移剂用的十二烷基硫醇，并将该混合液先在85-95℃下聚合，得粘度约为2000厘泊的预聚物，再将预聚物冷却至室温，灌浆入所得的产品外形决定的模具中，然后在40-50℃下聚合30-40小时，最后在90-110℃下处理1-3小时即可脱模得板材或棒材。
根据光散射的电磁学理论，当光线通过固态或液态媒质时，如媒质中极化率不均匀，就会产生光散射现象。而物质的极化率与其折射率成比例，也就是说当媒质中存在折射率不均匀分布时就会发生光散射。造成折射率不均匀的原因可以是媒质本身的密度涨落，也可以是混有折射率不同的微粒散射点。当散射点的尺寸大于光的波长时，散射光互相干涉，表现出各向异性。为了制备导光材料，要求媒质是透明的，而且通常聚合物的等温压缩系数很小，单纯依赖媒质密度上的不均匀性不足以产生这种高散射特性。需要利用折射率不同的聚合物共混或不同单体共聚造成折射率的不均匀分布。同时，为了保证散射光的均匀性，又要求折射率不均匀的尺度远小于光波长(1/20以下)。于是就需要将一种聚合物均匀地分散到另一种透明聚合物中，而且分散相的尺寸为数十纳米。我们首次提出利用相容性不同的聚合物进行化学共混，通过微相分离来实现材料的光学性能的非均匀性从而产生光散射。
本发明利用两种具有不同折光指数的透明聚合物的化学共混，通过其中一种聚合物(A，光散射体，≤1％)在另一种聚合物(B，基体，占两者重量比：≥99％)中的微相分离来产生光散射。控制聚合物A的微相分布尺寸小于可见光波长，从而实现在保证较高的导光性的前提下得到强的光散射。其中，要使A聚合物在B聚合物中产生微相分离并得到较强的光散射能力，则A聚合物的分子量必须大于某一值且聚合物A的折光指数和聚合物B的折光指数之差大于0.03。但是，通常利用聚合物A和聚合物B的简单共混难以控制聚合物A在聚合物B中的相分离尺寸，致使光散射体分布不均匀而且得到的材料透明性和物理机械性能太差。克服这一缺陷的方法是加入A的单体，但A单体和B单体共聚合得到的共聚物必须是透明的，通过聚合过程中形成的A-B共聚物来改善聚合物A和聚合物B之间的相容性来控制光散射体的形态和尺寸。此外，还可以通过调整聚合物A的重量比及单体A和单体B的组成来控制材料的光散射强度。
本发明与现有技术相比具有如下突出的优点：
1、首次提出利用相容性不同的聚合物进行化学共混，通过微相分离来实现材料的光学性能的非均匀性从而产生光散射，工艺简单，聚合反应容易控制，得到的光散射材料其导光性能和光散射性能可得到调节。
2、如图1所示，本法制造的高散射导光有机玻璃光散射体分布均匀，可用于将点、线光源转化为线、面光源的场合，因此用途广泛，不仅可用于普通照明的场合，更重要的是能用于液晶显示器、投影仪等的背光源等场合。
3、本法制造的高散射导光有机玻璃光散射性能好，参照国标GB2410-80透明塑料透光率和雾度试验方法进行的测定方法，雾度和透光率的乘积作为光散射强度的指数，实施例1-4所得的产品测试结果如下表：
厚度(mm) 散射均匀性   透光率Tt(％) 雾度H(％) Tt×H(％)
实例1     5     均匀     76.3     73.4     56.1
实例2     5     均匀     73.0     75.7     55.3
实例3     5     均匀     85.6     60.4     51.7
实例4     5     均匀     66.3     82.4     54.6
图1为一种高散射导光有机玻璃应用效果图。
下面给出如下实施例对本发明作进一步说明。实例1组分                              重量百分数(％)聚苯乙烯(PSt： ＝4.0×104)    0.2甲基丙烯酸甲酯(MMA)                50.0苯乙烯(St)                         49.5过氧化二苯甲酰(BPO)                0.2十二烷基硫醇                       0.1
按照上述配料比，先将聚苯乙烯在室温下溶解于甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯二单体的混合溶剂中，再将该溶液在85℃下聚合成具有粘度约为2000厘泊的预聚液，然后将此预聚液灌入相应的模具中，在50℃下聚合40小时后再在95℃下后聚合2.5小时，脱模后即得高散射高聚物导光材料。实例2组分                                 重量百分数(％)聚苯乙烯(PSt：
Figure C9710881700062
＝4.0×105)       0.2甲基丙烯酸甲酯(MMA)                   80.0苯乙烯(St)                            19.5过氧化二苯甲酰(BPO)                   0.2十二烷基硫醇                          0.1
按照上述配料比，先将聚苯乙烯在室温下溶解于甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯二单体的混合溶剂中，再将该溶液在90℃下聚合成具有粘度约为2000厘泊的预聚液，然后将此预聚液灌入相应的模具中，在40℃下聚合36小时后再在100℃下后聚合2小时，脱模后即得高散射高聚物导光材料。实例3组分                                     重量百分数(％)聚苯乙烯(PSt： ＝1.5×104)           0.1甲基丙烯酸甲酯(MMA)                       56.7苯乙烯(St)                                42.8偶氮二异丁腈(AIBN)                        0.3十二烷基硫醇                              0.1
按照上述配料比，先将聚苯乙烯在室温下溶解于甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯二单体的混合溶剂中，再将该溶液在95℃下聚合成具有粘度约为2000厘泊的预聚液，然后将此预聚液灌入相应的模具中，在45℃下聚合32小时后再在100℃下后聚合1.5小时，脱模后即得高散射高聚物导光材料。实例3组分                                     重量百分数(％)聚苯乙烯(PSt：
Figure C9710881700072
＝3.0×104)           0.4甲基丙烯酸甲酯(MMA)                       59.4苯乙烯(St)                                39.8偶氮二异丁腈(AIBN)                        0.3十二烷基硫醇                              0.1
按照上述配料比，先将聚苯乙烯在室温下溶解于甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯二单体的混合溶剂中，再将该溶液在90℃下聚合成具有粘度约为2000厘泊的预聚液，然后将此预聚液灌入相应的模具中，在40℃下聚合40小时后再在110℃下后聚合1小时，脱模后即得高散射高聚物导光材料。

Claims (2)

1、一种高散射导光有机玻璃的制备方法，其特征在于依次包括以下步骤：
步骤一：
按所需材料的光散射强度，在下列组分含量范围内调整各组分重量百分比含量，并按调整好的配方备料；
    组分                         重量百分比
    苯乙烯St                     15～50％
    甲基丙烯酸甲酯MMA             48.3～84.6％
    数均分子量≥10,000的聚苯乙烯  0.05～1％
    过氧化二苯甲酰BPO
    或偶氮二异丁腈AIBN            0.2～0.4％
    十二烷基硫醇                  0.1～0.3％；
步骤二：
将步骤一组分中甲基丙烯酸甲酯(MMA)单体和苯乙烯(St)单体配制成混合液；
步骤三：
将步骤一组分中数均分子量大于10,000的聚苯乙烯溶于步骤二所配制的混合液中，充分搅拌，待其完全溶解；
步骤四：
加入步骤一作引发剂用的组分过氧化二苯甲酰或偶氮二异丁腈和作链转移剂用的十二烷基硫醇，并将该混合液先在85～95℃下聚合，得粘度为2000厘泊的预聚物，再将预聚物冷却至室温，灌浆入所得的产品外形决定的模具中，然后在40～50℃下聚合30～40小时，最后在90～110℃下聚合1～3小时即可脱模得板材或棒材。
2、一种按权利要求1的方法制备的高散射导光有机玻璃。
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