CN107474508B - 一种低蓝光透过率pc材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低蓝光透过率PC材料，主要由以下重量份的原料制备而成：PC 100份，光扩散剂1‑2份，蓝光吸收剂0.05‑0.2份，还包括以下重量份的原料：润滑剂0.2‑0.5份，抗氧剂0.2‑0.3份，所述的润滑剂为EBS、马来酸二丁酯中的一种或两种混合物；本发明的低蓝光透过率PC材料能够有效降低因蓝光吸收剂的加入带来的透光率降低的问题，对蓝光吸收长久，不易变形。
Description
技术领域
本发明涉及一种低蓝光透过率PC材料。
背景技术
可见光是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色的光组成，其中，波长在435-500纳米的光对应蓝色和青色，科学界通常将400-500纳米的波长范围称为“蓝光区”。
LED灯光源通过装配光扩散罩将光均匀分散，以呈现出柔和的面光源而在当今广泛应用于人们的日常生活中。LED灯光源普遍采用波长为450nm-470nm的蓝光激发黄色荧光粉的方法来获得白光，这种白光的光谱中蓝光的占比要远远高于可见光。其中波长处于400nm-470nm之间的短波蓝光具有相对较高能量的光线。该波长内的蓝光会使眼睛内的黄斑区毒素量增高，严重威胁我们的眼睛健康，蓝光诱发致盲眼病。如果长期使用这种照明光，将影响人的司辰节律，影响睡眠，造成生物钟紊乱，从而降低人的免疫力。
目前LED灯光源多通过扩散罩实现感官上比较柔和的面光源的灯效，实则因光源中高比例的蓝光透过，对人眼健康造成威胁。如何降低蓝光的透过率，也是目前照明领域为提升产品品质而重点关注的问题。
常用来解决蓝光透过率高的方法，第一，可以通过喷涂蓝光吸收涂层用来吸收蓝光，削减蓝光的透过率，但喷涂本身环保性差，且喷涂后的涂层在LED光源的相对高温的使用环境中容易产生龟裂而造成对蓝光的吸收失效。第二，可以通过贴蓝光过滤膜的方式，一般近视眼镜通过此种方式实现蓝光的吸收处理，但贴膜方式在LED高温使用环境中，也会出现因蓝光过滤膜与光扩散罩线性膨胀系数不一致，而出现变形失效的问题，如果直接将蓝光吸收剂引入主材料中，容易导致蓝光吸收剂的加入带来的透光率降低的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服以上现有技术的缺点：提供一种能够有效降低因蓝光吸收剂的加入带来的透光率降低的问题，对蓝光吸收长久，不易变形的低蓝光透过率PC材料。
本发明的技术解决方案如下：一种低蓝光透过率PC材料，主要由以下重量份的原料制备而成：PC 100份，光扩散剂1-2份，蓝光吸收剂0.05-0.2份；
作为优化，还包括以下重量份的制备原料：润滑剂0.2-0.5份，抗氧剂0.2-0.3份。
所述的润滑剂为EBS(乙烯基双硬脂酰胺)、马来酸二丁酯中的一种或两种混合物。
润滑剂在注塑成型加工过程中降低材料与模具及塑料内部分子之间的相互摩擦，改善材料加工性能并提高制品性能，含量为0.2-0.5份。低于0.2份改善外润滑效果不明显，高于0.5份导致会给成型造成困难。
所述的抗氧剂为抗氧剂1010(四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)、抗氧剂626(双(2,4-二叔丁基苯酚)季戊四醇二亚磷酸酯)中的一种或两种的混合物。
加入抗氧化剂后，可以防止PC树脂过早老化降解，提高其使用寿命。
所述蓝光吸收剂为市售的欧稳德47，其粒径为0.01-0.1μm。
所述蓝光吸收剂能够对400nm-470nm波长的蓝光吸收。
所述光扩散剂为粒径为2-10μm的聚甲基硅倍半氧烷、聚苯基硅倍半氧烷中的一种或两种的混合物。
所述光扩散剂具有高透光率的优点，透光率可以达到85-87％，可以尽可能减少改性后材料的透光损失，所述光扩散剂的折射率为1.38，小于PC折射率，与PC基料相比为光疏介质，光线从光密介质PC到光疏介质中时，光线折射角大于入射角，有利于光线在PC中的横向传递。其中，因蓝光吸收剂粒径远小于光扩散助剂，如果分别添加到基料中，缺点有以下两点：
1)微观上，蓝光吸收剂在光扩散剂之间的分散不均匀，材料整体蓝光吸收性能存在各向异性，即材料不同区域的蓝光吸收率存在差异；
2)由于蓝光吸收剂和光扩散剂分别独立添加，蓝光吸收剂会增大材料里的填充空间，阻挡光线在材料中的传递，造成光衰严重，影响材料透光率。
鉴于以上问题，本发明所述光扩散剂首先经过腐蚀酸溶液进行微孔腐蚀10-20s，然后用去离子水清洗处理。
所述腐蚀酸溶液由体积比为10:1-3的HCL、HNO3混合而成，其中HCL的质量百分比浓度为1-2％，HNO3的质量百分比浓度为0.5-1％。
所述腐蚀酸溶液中还加入了质量百分比浓度为0.05％的缓蚀剂LAN-826，加入体积为HCL、HNO3混合液体积总和的1-2％。缓蚀剂LAN-826可有效缓和腐蚀速度。
所述的低蓝光透过率PC材料的制备方法为：首先将光扩散剂和蓝光吸收剂在70-75℃下干燥4-5h，然后将它们加入高速混合机中进行混合，转速为4000-5000r/min，制取得到光扩散-蓝光吸收复合助剂；最后将PC、润滑剂、抗氧剂、光扩散-蓝光吸收复合助剂投入双螺杆挤出机，共混挤出冷却切粒即可制得低蓝光透过率PC材料。
作为优化，所述螺杆转速为300-310r/min，挤出温度范围为260-280℃。
本发明的有益效果是：本发明首先对所述光扩散剂经过微孔腐蚀后，使其具有0.005-0.12μm的微孔孔径，可有效搭载蓝光吸收剂，然后制取光扩散-蓝光吸收复合助剂，其中蓝光吸收剂在高速搅拌下，能够在光扩散剂微孔中进行填充，得到光扩散-蓝光吸收剂，该复合助剂兼顾了光扩散和蓝光吸收功能。作为复合体系添加到PC基料，解决了单一添加蓝光吸收剂容易造成其在PC基料中分散不均，而导致蓝光吸收的均一性差的缺点。蓝光吸收剂不再单独在材料中占据空间，阻挡光线传递，能够有效降低因蓝光吸收剂的加入带来的透光率降低的问题。
具体实施方式
下面用具体实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明不仅局限于以下具体实施例。
以下实施例中HCL(盐酸)、HNO3(硝酸)、缓蚀剂LAN-826的浓度为质量百分比浓度。
实施例一
以HCL(盐酸)、HNO3(硝酸)的一种或两种的混合物组成体系配制腐蚀酸溶液，其中HCL与HNO3的体积比例为10:1-3，其中HCL的浓度为1-2％，HNO3的浓度为0.5-1％，在酸溶液中，加入体积为HCL、HNO3混合液体积总和1-2％的浓度为0.05％的缓蚀剂LAN-826降缓腐蚀速度。之后将光扩散剂放入配置好的腐蚀酸溶液进行微孔腐蚀，腐蚀时间13-17s。之后用去离子水洗去光扩散剂表面的酸及缓蚀剂。得到微孔孔径为0.05-0.08μm的光扩散剂。
按照质量份数，将1份光扩散剂，0.05份蓝光吸收剂在75℃下干燥4-5h，之后加入高速混合机中进行混合，转速为4000-5000r/min，蓝光吸收剂在光扩散剂微孔填充，得到实施例一光扩散-蓝光吸收剂。
实施例二
光扩散剂的前期微孔处理同实施例一，按照质量份数，将1份光扩散剂，0.1份蓝光吸收剂在75℃下干燥4-5h，之后加入高速混合机中进行混合，转速为4000-5000r/min，蓝光吸收剂在光扩散剂微孔填充，得到实施例二光扩散-蓝光吸收剂。
实施例三
光扩散剂的前期微孔处理同实施例一，按照质量份数，将1.5份光扩散剂，0.1份蓝光吸收剂在75℃下干燥4-5h，之后加入高速混合机中进行混合，转速为4000-5000r/min，蓝光吸收剂在光扩散剂微孔填充，得到实施例三光扩散-蓝光吸收剂。
实施例四
光扩散剂的前期微孔处理同实施例一，按照质量份数，将1.5份光扩散剂，0.15份蓝光吸收剂在75℃下干燥4-5h，之后加入高速混合机中进行混合，转速为4000-5000r/min，蓝光吸收剂在光扩散剂微孔填充，得到实施例四光扩散-蓝光吸收剂。
实施例五
光扩散剂的前期微孔处理同实施例一，按照质量份数，将2份光扩散剂，0.15份蓝光吸收剂在75℃下干燥4-5h，之后加入高速混合机中进行混合，转速为4000-5000r/min，蓝光吸收剂在光扩散剂微孔填充，得到实施例五光扩散-蓝光吸收剂。
实施例六
光扩散剂的前期微孔处理同实施例一，按照质量份数，将2份光扩散剂，0.2份蓝光吸收剂在75℃下干燥4-5h，之后加入高速混合机中进行混合，转速为4000-5000r/min，蓝光吸收剂在光扩散剂微孔填充，得到实施例六光扩散-蓝光吸收剂。
实施例七
以HCL(盐酸)、HNO3(硝酸)的一种或两种的混合物组成体系配制腐蚀酸溶液，其中HCL与HNO3的体积比例为10:1-3，其中HCL的浓度为1-2％，HNO3的浓度为0.5-1％，在酸溶液中，加入体积为HCL、HNO3混合液体积总和1-2％的浓度为0.05％的缓蚀剂LAN-826降缓腐蚀速度。之后将光扩散剂放入配置好的腐蚀酸溶液进行微孔腐蚀，腐蚀时间10-13s。之后用去离子水洗去光扩散剂表面的酸及缓蚀剂。得到微孔孔径为0.005-0.05μm的光扩散剂。
按照质量份数，将1.5份光扩散剂，0.15份蓝光吸收剂在75℃下干燥4-5h，之后加入高速混合机中进行混合，转速为4000-5000r/min，蓝光吸收剂在光扩散剂微孔填充，得到实施例七光扩散-蓝光吸收剂。
实施例八
以HCL(盐酸)、HNO3(硝酸)的一种或两种的混合物组成体系配制腐蚀酸溶液，其中HCL与HNO3的体积比例为10:1-3，其中HCL的浓度为1-2％，HNO3的浓度为0.5-1％，在酸溶液中，加入体积为HCL、HNO3混合液体积总和1-2％的浓度为0.05％的缓蚀剂LAN-826降缓腐蚀速度。之后将光扩散剂放入配置好的腐蚀酸溶液进行微孔腐蚀，腐蚀时间17-20s。之后用去离子水洗去光扩散剂表面的酸及缓蚀剂。得到微孔孔径为0.08-0.12μm的光扩散剂。
按照质量份数，将1.5份光扩散剂，0.15份蓝光吸收剂在75℃下干燥4-5h，之后加入高速混合机中进行混合，转速为4000-5000r/min，蓝光吸收剂在光扩散剂微孔填充，得到实施例八光扩散-蓝光吸收剂。
对比例一
光扩散剂的前期微孔处理同实施例一，按照质量份数，将1.5份光扩散剂，0份蓝光吸收剂在75℃下干燥4-5h，之后加入高速混合机中进行混合，转速为4000-5000r/min，蓝光吸收剂在光扩散剂微孔填充，得到对比例一光扩散-蓝光吸收剂。
对比例二
光扩散剂的前期微孔处理同实施例一，按照质量份数，将1.5份光扩散剂，0.1份蓝光吸收剂在75℃下干燥4-5h，不进行高速混合，各自独立添加使用。
关于实施例一到八的解释说明：实施例一、二固定光扩散助剂1份，蓝光吸收剂从0.05份增加至0.1份，基本可以得到较为理想的蓝光吸收率。实施例三固定蓝光吸收剂0.1份，在保持实施例二的蓝光吸收效果的前提下，增加光扩散助剂到1.5份，光扩散效果提升。实施例四固定光扩散助剂1.5份，保证实施例三的光扩散效果情况下，增加蓝光吸收剂到0.15份，进一步提升蓝光吸收效果。实施例五固定蓝光吸收剂0.15份，在保持实施例四的蓝光吸收效果的前提下，增加光扩散助剂到2份，在实施例四基础上提升光扩散效果。实施例六固定光扩散助剂2份，保证实施例五的光扩散效果情况下，增加蓝光吸收剂到0.2份，进一步提升蓝光吸收效果。实施例七和实施例八确认不同微孔孔径大小对材料性能的影响。
对比例一为不添加蓝光吸收剂以对比蓝光吸收率的差异。对比例二为非微孔负载搭配，单独各自添加，作为对比例，验证蓝光吸收剂若不微孔负载搭配而单独添加的话对阻挡光线和蓝光吸收率不均一两方面性能的影响。
实施例九
按照质量份数，将PC100份，润滑剂占0.3份，抗氧剂占0.3份，实施例一光扩散-蓝光吸收剂1.05份。投入双螺杆挤出机，共混挤出冷却切粒。螺杆转速310rpm，温度范围260-280℃。
将上述制备的复合材料颗粒在120℃条件下干燥3-4h，加入到卧式注塑机，使用对应结构模具注塑加工成型。注塑温度260-290℃，注射速度30-70mm/s，注射压力40-120MPa，模具温度100℃。
实施例十
按照质量份数，将PC100份，润滑剂占0.3份，抗氧剂占0.3份，实施例二光扩散-蓝光吸收剂1.1份。投入双螺杆挤出机，共混挤出冷却切粒。螺杆转速310rpm，温度范围260-280℃。
将上述制备的复合材料颗粒在120℃条件下干燥3-4h，加入到卧式注塑机，使用对应结构模具注塑加工成型。注塑温度260-290℃，注射速度30-70mm/s，注射压力40-120MPa，模具温度100℃。
实施例十一
按照质量份数，将PC100份，润滑剂占0.3份，抗氧剂占0.3份，实施例三光扩散-蓝光吸收剂1.6份。投入双螺杆挤出机，共混挤出冷却切粒。螺杆转速310rpm，温度范围260-280℃。
将上述制备的复合材料颗粒在120℃条件下干燥3-4h，加入到卧式注塑机，使用对应结构模具注塑加工成型。注塑温度260-290℃，注射速度30-70mm/s，注射压力40-120MPa，模具温度100℃。
实施例十二
按照质量份数，将PC100份，润滑剂占0.3份，抗氧剂占0.3份，实施例四光扩散-蓝光吸收剂1.65份。投入双螺杆挤出机，共混挤出冷却切粒。螺杆转速310rpm，温度范围260-280℃。
将上述制备的复合材料颗粒在120℃条件下干燥3-4h，加入到卧式注塑机，使用对应结构模具注塑加工成型。注塑温度260-290℃，注射速度30-70mm/s，注射压力40-120MPa，模具温度100℃。
实施例十三
按照质量份数，将PC100份，润滑剂占0.3份，抗氧剂占0.3份，实施例五光扩散-蓝光吸收剂2.15份。投入双螺杆挤出机，共混挤出冷却切粒。螺杆转速310rpm，温度范围260-280℃。
将上述制备的复合材料颗粒在120℃条件下干燥3-4h，加入到卧式注塑机，使用对应结构模具注塑加工成型。注塑温度260-290℃，注射速度30-70mm/s，注射压力40-120MPa，模具温度100℃。
实施例十四
按照质量份数，将PC100份，润滑剂占0.3份，抗氧剂占0.3份，实施例六光扩散-蓝光吸收剂1.7份。投入双螺杆挤出机，共混挤出冷却切粒。螺杆转速310rpm，温度范围260-280℃。
将上述制备的复合材料颗粒在120℃条件下干燥3-4h，加入到卧式注塑机，使用对应结构模具注塑加工成型。注塑温度260-290℃，注射速度30-70mm/s，注射压力40-120MPa，模具温度100℃。
实施例十五
按照质量份数，将PC100份，润滑剂占0.3份，抗氧剂占0.3份，实施例七光扩散-蓝光吸收剂1.65份。投入双螺杆挤出机，共混挤出冷却切粒。螺杆转速310rpm，温度范围260-280℃。
将上述制备的复合材料颗粒在120℃条件下干燥3-4h，加入到卧式注塑机，使用对应结构模具注塑加工成型。注塑温度260-290℃，注射速度30-70mm/s，注射压力40-120MPa，模具温度100℃。
实施例十六
按照质量份数，将PC100份，润滑剂占0.3份，抗氧剂占0.3份，实施例八光扩散-蓝光吸收剂1.65份。投入双螺杆挤出机，共混挤出冷却切粒。螺杆转速310rpm，温度范围260-280℃。
将上述制备的复合材料颗粒在120℃条件下干燥3-4h，加入到卧式注塑机，使用对应结构模具注塑加工成型。注塑温度260-290℃，注射速度30-70mm/s，注射压力40-120MPa，模具温度100℃。
对比例三
按照质量份数，将PC100份，润滑剂占0.3份，抗氧剂占0.3份，对比例一光扩散-蓝光吸收剂1.5份。投入双螺杆挤出机，共混挤出冷却切粒。螺杆转速310rpm，温度范围260-280℃。
将上述制备的复合材料颗粒在120℃条件下干燥3-4h，加入到卧式注塑机，使用对应结构模具注塑加工成型。注塑温度260-290℃，注射速度30-70mm/s，注射压力40-120MPa，模具温度100℃。
对比例四
按照质量份数，将PC100份，润滑剂占0.3份，抗氧剂占0.3份，对比例二光扩散-蓝光吸收剂1.6份。投入双螺杆挤出机，共混挤出冷却切粒。螺杆转速310rpm，温度范围260-280℃。
将上述制备的复合材料颗粒在120℃条件下干燥3-4h，加入到卧式注塑机，使用对应结构模具注塑加工成型。注塑温度260-290℃，注射速度30-70mm/s，注射压力40-120MPa，模具温度100℃。
将上述实施例和对比例制备的材料颗粒注塑出1.5mm厚度的标准样板进行测试，测试材料的典型性能汇总如下表。
如上表实施例九-实施例十六，因PC基料具有高耐热、自阻燃性的特点，能够满足LED产品对于材料650℃灼热丝要求，判定依据为：将样品在650℃条件下进行灼热丝试验，试料的任何火焰或燃烧物应在移开灼热丝30s内熄灭。落下的燃烧物或融化物不应使水平铺置的单层薄纸着火。满足LED产品对于材料125℃球压要求。判定依据为：将样品放在加热箱中1h，试验后球压痕的直径不得超过2mm。
雾度是指偏离偏离入射光2.5°角以上的透射光强占总透射光强的百分数，雾度越大对光的扩散效果越好。透光率是指透过透明或半透明体的光通量与其射入的光通量的百分率。显色指数显示的是产品光谱和全光谱(白光)的差异。蓝光透过率为蓝光透过的光通量与摄入光通量的百分率。
如上表数据，对比例三未添加蓝光吸收剂，虽然透过率高、雾度大、显色指数高，对于LED光的扩散能力强，但是其蓝光透过率为85％，对于人眼的潜在危害大。对比例四中，光扩散剂与蓝光吸收剂各自独立添加，因为蓝光吸收剂在光扩散剂颗粒之间的分散不均匀，其蓝光透过率虽然降低，但是其15％-37％的范围大，蓝光吸收不均一。另外由于占据光扩散剂之间空间，阻挡光线的传递，其透过率仅仅为53％，显色指数也只有46。实施例九-实施例十四，添加了实施例一-实施例六的复合光扩散-蓝光吸收剂，其中实施例九和实施例十中分别添加了实施例一和实施例二的复合光扩散-蓝光吸收剂，由于光扩散剂份数较少，材料的透光率较高。实施例十四添加了实施例六的复合光扩散-蓝光吸收剂，由于蓝光吸收剂份数较多，材料具有较低的蓝光透过率。实施例十一-实施例十三，分别添加了实施例三-实施例五的复合光扩散-蓝光吸收剂，材料具有相对的透过率高、雾度大、显色指数好、蓝光透过率低的优点。实施例十五、实施例十六分别添加实施例七、实施例八的复合光扩散-蓝光吸收剂，与实施例九-实施例十四相比，分别对应不同的微孔孔径，可以看出微孔孔径在0.005-0.12μm范围内，材料均可具有相对的透过率高、雾度大、显色指数好、蓝光透过率低的优点。
以上仅是本发明的特征实施范例，对本发明保护范围不构成任何限制。凡采用同等交换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。
Claims (7)
1. 一种低蓝光透过率PC材料，其特征在于：主要由以下重量份的原料制备而成：PC100份，光扩散剂 1-2份，蓝光吸收剂 0.05-0.2份；
所述蓝光吸收剂为欧稳德47，粒径为0.01-0.1μm；
所述光扩散剂为聚甲基硅倍半氧烷、聚苯基硅倍半氧烷中的一种或两种的混合物，粒径为2-10μm；
所述光扩散剂经过腐蚀酸溶液进行腐蚀，形成微孔，所述微孔的孔径为0.005-0.12μm。
2. 根据权利要求1所述的低蓝光透过率PC材料，其特征在于：还包括以下重量份的原料：润滑剂 0.2-0.5份，抗氧剂 0.2-0.3份。
3.根据权利要求2所述的低蓝光透过率PC材料，其特征在于：所述的润滑剂为EBS、马来酸二丁酯中的一种或两种混合物。
4.根据权利要求2所述的低蓝光透过率PC材料，其特征在于：所述的抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂626中的一种或两种的混合物。
5.根据权利要求1所述的低蓝光透过率PC材料，其特征在于：所述腐蚀酸溶液由体积比为10:1-3的HCL、HNO3溶液混合而成，其中HCL的质量百分比浓度为1-2%，HNO3的质量百分比浓度为0.5-1%。
6.根据权利要求5所述的低蓝光透过率PC材料，其特征在于：所述腐蚀酸溶液中还加入了缓蚀剂LAN-826，加入体积为HCL、HNO3混合液体积总和的1-2%，缓蚀剂LAN-826的质量百分比浓度为0.05%。
7.根据权利要求2所述的低蓝光透过率PC材料，其特征在于：所述的低蓝光透过率PC材料的制备方法为：首先将光扩散剂和蓝光吸收剂在70-75℃下干燥4-5h，然后加入到高速混合机中进行混合，转速为4000-5000r/min，制取得到光扩散-蓝光吸收复合助剂；最后将PC、润滑剂、抗氧剂、光扩散-蓝光吸收复合助剂投入双螺杆挤出机，共混挤出冷却切粒即可制得低蓝光透过率PC材料。
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