CN106832814B

CN106832814B - 一种防紫外线及蓝光的聚酯材料

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Publication number: CN106832814B
Application number: CN201710053573.4A
Authority: CN
Inventors: 龚毅超
Original assignee: Hangzhou Ke Wing Technology Co Ltd
Current assignee: Hangzhou Ke Wing Technology Co Ltd
Priority date: 2017-01-24
Filing date: 2017-01-24
Publication date: 2019-11-12
Anticipated expiration: 2037-01-24
Also published as: CN106832814A

Abstract

本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种防紫外线的聚酯材料。按重量百分比及由以下原来组成：聚对苯二甲酸乙二醇酯70‑80%，高密度聚乙烯10‑20%，改性纳米硫酸钡0.5‑5%，改性黑色素粉0.1‑1%，抗氧剂0.1‑0.5%，其它助剂余量。将制备的聚酯材料用于LED灯上后，能够有效吸收蓝光和紫外线，降低紫外和蓝光的透过和反射强度，从而选择性地改善光纤的强度，使透过和反射的光纤更加柔和。能够很好地保护人们的眼睛不受伤害。在用于室内照明或者汽车车灯上，都能够达到很好的效果。在提高亮度的同时，尽可能减少刺眼的蓝光造成的负面影响。

Description

一种防紫外线及蓝光的聚酯材料

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种防紫外线的聚酯材料。

背景技术

半导体发光二极管（简称LED）由于其使用寿命长、节能、体积小等一系列优点，已经在装饰照明、汽车照明、背光源等各种照明领域，LED已被公认为21世纪最有价值的新光源。但市场上常用的白光LED一般用蓝光LED产生的蓝光激发荧光粉产生混合白光，由于这个原理，很多厂家为了提高LED灯的亮度，直接提高蓝光的强度，使得产生的黄光也增加，从而提高白光LED的亮度。因此实际的LED光谱里含有很强的蓝光成分。

根据普朗克辐射定律E = hc/l，波长越短，则能量越大，所以蓝光对人体的伤害很大。人的眼睛中用来接收光的组织叫做视网膜，如果光源中的400–500 nm蓝光波段亮度过高，眼睛长时间直视光源后可能引起视网膜的光化学损伤。引起视疲劳、视力损伤、结膜炎、角膜炎，甚至会破坏眼睛的晶状体引起白内障和视网膜产生黄斑病变。过量的蓝光还混乱人体的生物钟，减少夜间褪黑激素的减少，对人体的睡眠造成影响。

目前，LED灯已经用于各个领域，如普通照明及汽车照明，因此如何将LED灯的蓝光进行过滤，从而保护人体免受伤害，是一个在LED灯领域急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种防紫外线及蓝光的聚酯材料。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种防紫外线及蓝光的聚酯材料，按重量百分比及由以下原来组成：聚对苯二甲酸乙二醇酯70-80%，高密度聚乙烯10-20%，改性纳米硫酸钡0.5-5%，改性黑色素粉0.1-1%，抗氧剂0.1-0.5%，其它助剂余量。

本发明的核心是利用黑色素的吸收紫外和蓝光的作用，将其应用于聚酯材料中，这种聚酯材料能够有效地过滤吸收蓝光和紫外线，从而很好地保护人的眼睛不受伤害。由于黑色素比较容易团聚不易分散，因此需要对其进行改性。同时，纳米硫酸钡也是容易团聚的，因此采用改性的方式将其进行处理，以使其更容易分散，并在分散后能够承载黑色素，从而提高聚酯材料的力学性能和紫外线、蓝光吸收效果。硫酸钡不仅可以提高聚酯材料的强度，并且可以提高聚酯材料的抗静电性，同时也能作为黑色素的承载利于黑色素的分散，避免黑色素的损耗。

如果简单地将黑色素分散于聚酯中，由于聚酯的自身的特性，导致黑色素的分散不好，容易团聚，且纯聚酯的材料不易加工，因此加入高密度聚乙烯对其进行改性。

作为优选，按重量百分比及由以下原来组成：聚对苯二甲酸乙二醇酯75-80%，高密度聚乙烯10-15%，改性纳米硫酸钡0.5-3%，改性黑色素粉0.1-0.5%，抗氧剂0.1-0.5%，其它助剂余量。

作为优选，所述改性黑色素的制备方法具体如下：

（1）将2-5份黑色素粉末均匀分散于100份二甲基亚砜中，并在其中加入5-10份的1,2-环氧丙烷和0.3-0.5份的柠檬酸，然后在，在30-50℃下搅拌反应2-5h；

（2）再在系统中加入20-30份的正丁醇，1-5份的十二烷基溴，110℃下搅拌30min，然后加入20-30份的聚二甲基硅氧烷和3-5份的乙二胺四乙酸二钠，然后在120℃下搅拌30-60min；过滤、洗涤并干燥；干燥温度为70-80℃；

（3）将得到的产物1-3份加入到10-30份二甲基甲酰胺中，然后加入2-5份的马来酸酐和1-3份的富马酸，于60℃下搅拌20-30min，并在其中加入柠檬酸0.5-1份。

一方面，未改性的黑色素容易团聚，不易分散，另一方面，未改性的黑色素的紫外和蓝光的吸收效果容易受到高温后的老化降低，因此需要对黑色素进行改性，通过改性可以提高黑色素的耐高温老化性能，延长其有效使用寿命。改性后，黑色素表面进行了接枝，从而能够更好地分散。

作为优选，所述改性硫酸钡的制备工艺具体如下：将硫酸钡在800-850℃下煅烧30-40min，粉碎并过筛；然后混合分散于35％的二甲基甲酰胺溶液中，搅拌均匀后，向其中加入酸溶液并搅拌混匀后，超声处理10-20min，过滤，并洗涤，然后在100-120℃下真空干燥含水量小于3%；然后采用质量浓度为2-3％的钛酸酯偶联剂无水乙醇溶液进行分散混合后，搅拌10-20min，然后再加入5-6％的硅烷偶联剂无水乙醇溶液混合10-30min，然后80-100℃下真空干燥30-60min，得改性硫酸钡。

未改性的硫酸钡由于粒径教习，容易团聚，不利于后续的加工，同时也影响材料的性能。因此，发明人对硫酸钡进行了研究改性，通过两次的表面改性处理，能够有效解决硫酸钡的团聚问题，从而使得硫酸钡在体系中更容易分散，形成的复合材料成分均匀，力学性能和其它性能能够得到更好的提高。作为优选，所述酸溶液为质量浓度为5-10％的硝酸溶液与质量浓度为10-15％的乙酸溶液按照1:2体积比的混合物。

作为优选，所述钛酸酯偶联剂的用量为硫酸钡重量的0.5-1倍，硅烷偶联剂的用量为硫酸钡重量的1-1.5倍。

作为优选，在制备前首先将得到的改性硫酸钡与改性黑色素混合搅拌均匀，通过球磨机研磨混合30-40min。

作为优选，所述抗氧剂选自抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168、抗氧剂1098、抗氧剂P-EPQ、抗氧剂PEP-36A、抗氧剂300、抗氧剂S-9299中的一种或几种。

作为优选，所述改性硫酸钡的粒径为100-150nm。

作为优选，所述改性黑色素的粒径为50-100nm。

本发明与现有技术相比，有益效果是：将制备的聚酯材料用于LED灯上后，能够有效吸收蓝光和紫外线，降低紫外和蓝光的透过和反射强度，从而选择性地改善光纤的强度，使透过和反射的光纤更加柔和。能够很好地保护人们的眼睛不受伤害。在用于室内照明或者汽车车灯上，都能够达到很好的效果。在提高亮度的同时，尽可能减少刺眼的蓝光造成的负面影响。

附图说明

图1是黑色素含量对色温的影响图；

图2是黑色素含量的光谱影像图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步描述说明。

如果无特殊说明，本发明的实施例中所采用的原料均为本领域常用的原料，实施例中所采用的方法，均为本领域的常规方法。

其中黑色素既包括由动植物体内提取的天然黑色素，也包括合成获得的人工黑色素。其主要成分为酪氨酸或3,4-二羟苯丙氨经过一连串化学反应所形成的聚合物。或者为晶体色素（OLP，Ocular Lense Pigment），化学成分为：3-Hydroxykynurenine (3-OHKyn)，3-羟基犬尿氨酸的氧化聚合产物。

一种防紫外线及蓝光的聚酯材料，按重量百分比及由以下原来组成：聚对苯二甲酸乙二醇酯70-80%，高密度聚乙烯10-20%，改性纳米硫酸钡0.5-5%，改性黑色素粉0.1-1%，抗氧剂0.1-0.5%，其它助剂余量。所述改性硫酸钡的粒径为100-150nm。所述改性黑色素的粒径为50-100nm。

具体的，所述改性黑色素的制备方法具体如下：

具体的，所述改性硫酸钡的制备工艺具体如下：将硫酸钡在800-850℃下煅烧30-40min，粉碎并过筛；然后混合分散于35％的二甲基甲酰胺溶液中，搅拌均匀后，向其中加入酸溶液并搅拌混匀后，超声处理10-20min，过滤，并洗涤，然后在100-120℃下真空干燥含水量小于3%；然后采用质量浓度为2-3％的钛酸酯偶联剂无水乙醇溶液进行分散混合后，搅拌10-20min，然后再加入5-6％的硅烷偶联剂无水乙醇溶液混合10-30min，然后80-100℃下真空干燥30-60min，得改性硫酸钡。酸溶液为质量浓度为5-10％的硝酸溶液与质量浓度为10-15％的乙酸溶液按照1:2体积比的混合物。钛酸酯偶联剂的用量为硫酸钡重量的0.5-1倍，硅烷偶联剂的用量为硫酸钡重量的1-1.5倍。在制备前首先将得到的改性硫酸钡与改性黑色素混合搅拌均匀，通过球磨机研磨混合30-40min。

抗氧剂选自抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168、抗氧剂1098、抗氧剂P-EPQ、抗氧剂PEP-36A、抗氧剂300、抗氧剂S-9299中的一种或几种。

其它助剂包括脱模剂、增塑剂、无机改性剂及其它非必须的助剂。

实施例1：

一种防紫外线及蓝光的聚酯材料，按重量百分比及由以下原料组成：聚对苯二甲酸乙二醇酯70%，高密度聚乙烯20%，改性纳米硫酸钡5%，改性黑色素粉0.1%，抗氧剂0.5%，其它助剂余量。所述改性硫酸钡的粒径为100-150nm。所述改性黑色素的粒径为50-100nm。

实施例2：

一种防紫外线及蓝光的聚酯材料，按重量百分比及由以下原料组成：聚对苯二甲酸乙二醇酯80%，高密度聚乙烯10%，改性纳米硫酸钡0.5%，改性黑色素粉0.2%，抗氧剂0.1%，其它助剂余量。所述改性硫酸钡的粒径为100-150nm。所述改性黑色素的粒径为50-100nm。

实施例3：

一种防紫外线及蓝光的聚酯材料，按重量百分比及由以下原料组成：聚对苯二甲酸乙二醇酯75%，高密度聚乙烯15%，改性纳米硫酸钡3%，改性黑色素粉0.5%，抗氧剂0.1%，其它助剂余量。

实施例4：

一种防紫外线及蓝光的聚酯材料，按重量百分比及由以下原料组成：聚对苯二甲酸乙二醇酯80%，高密度聚乙烯10%，改性纳米硫酸钡0.5%，改性黑色素粉1%，抗氧剂0.1%，其它助剂余量。

实施例5：

在实施例4的基础上，在制备前首先将得到的改性硫酸钡与改性黑色素混合搅拌均匀，通过球磨机研磨混合30-40min。

实施例1：

在实施例4的基础好，其黑色素选用未改性的黑色素。

对比例2：

一种聚酯，以80%的聚酯、高密度聚乙烯10%，抗氧剂0.1%，其它助剂余量。

本发明可获得多种产品，这些产品可通过挤出、注塑或吹塑等工艺进行加工，获得不同的产品。根据上述各实施例的配比制备的聚酯材料，在制备成薄片进行紫外蓝光的测试后，具体的测试结果见下表：

	拉伸强度（MPa）	蓝光透过率	40℃暴晒400h后蓝光透过率降低	紫外阻隔率
					实施例1	>55	<40%	<5%	>80%
实施例2	>55	<33%	<5%	>88%
					实施例3	>55	<25%	<5%	>90%
实施例4	>55	<20%	<5%	>95%
					实施例5	>55	<18%	<5%	>95%
对比例1	>55	<28%	>8%
					对比例2	<50	>80%	无

同时，再加入黑色素后，如图1所示，由0.1%-1%，黑色素对色温影响并不大，如图2所示，在加入黑色素之后，400-500 nm的蓝光比例明显降低，黑色素的加入量越大，蓝光降低的比例越高；在加入量为0.1%时，500到700nm波段的光降低并不明显，而0.5%和1%的含量时，500到700nm波段的光也有明显降低，因此，黑色素在合理的添加范围内，黑色素可以明显降低对人眼伤害较大的蓝光，而不降低其他对人眼对颜色的辨别和其他有益光。

Claims

1.一种防紫外线及蓝光的聚酯材料，其特征在于，按重量百分比计由以下原料组成：聚对苯二甲酸乙二醇酯70-80%，高密度聚乙烯10-20%，改性纳米硫酸钡0.5-5%，改性黑色素粉0.1-1%，抗氧剂0.1-0.5%，其它助剂余量；所述改性黑色素的粒径为50-100nm；

重量份数计，所述改性黑色素的制备方法具体如下：

（1）将2-5份黑色素粉末均匀分散于100份二甲基亚砜中，并在其中加入5-10份的1,2-环氧丙烷和0.3-0.5份的柠檬酸，然后，在30-50℃下搅拌反应2-5h；

2.根据权利要求1所述的一种防紫外线及蓝光的聚酯材料，其特征在于，按重量百分比计由以下原料组成：聚对苯二甲酸乙二醇酯75-80%，高密度聚乙烯10-15%，改性纳米硫酸钡0.5-3%，改性黑色素粉0.1-0.5%，抗氧剂0.1-0.5%，其它助剂余量。

3.根据权利要求1或2所述的一种防紫外线及蓝光的聚酯材料，其特征在于，所述改性硫酸钡的制备工艺具体如下：将硫酸钡在800-850℃下煅烧30-40min，粉碎并过筛；然后混合分散于35％的二甲基甲酰胺溶液中，搅拌均匀后，向其中加入酸溶液并搅拌混匀后，超声处理10-20min，过滤，并洗涤，然后在100-120℃下真空干燥含水量小于3%；然后采用质量浓度为2-3％的钛酸酯偶联剂无水乙醇溶液进行分散混合后，搅拌10-20min，然后再加入5-6％的硅烷偶联剂无水乙醇溶液混合10-30min，然后80-100℃下真空干燥30-60min，得改性硫酸钡。

4.根据权利要求3所述的一种防紫外线及蓝光的聚酯材料，其特征在于，所述酸溶液为质量浓度为5-10％的硝酸溶液与质量浓度为10-15％的乙酸溶液按照1:2体积比的混合物。

5.根据权利要求3所述的一种防紫外线及蓝光的聚酯材料，其特征在于，所述钛酸酯偶联剂的用量为硫酸钡重量的0.5-1倍，硅烷偶联剂的用量为硫酸钡重量的1-1.5倍。

6.根据权利要求1所述的一种防紫外线及蓝光的聚酯材料，其特征在于，在制备前首先将得到的改性硫酸钡与改性黑色素混合搅拌均匀，通过球磨机研磨混合30-40min。

7.根据权利要求1所述的一种防紫外线及蓝光的聚酯材料，其特征在于，所述抗氧剂选自抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168、抗氧剂1098、抗氧剂P-EPQ、抗氧剂PEP-36A、抗氧剂300、抗氧剂S-9299中的一种或几种。

8.根据权利要求1所述的一种防紫外线及蓝光的聚酯材料，其特征在于，所述改性硫酸钡的粒径为100-150nm。