CN108359231A - 塑料透镜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种塑料透镜及其制备方法，属于汽车车灯透镜技术领域，旨在解决提高塑料透镜耐磨性的问题。该种塑料透镜，按重量份数计，其原料包括：双酚A 120‑128份、碳酸二苯酯93‑99份、二氧化钛25‑29份、扩散剂5‑9份、苯乙烯45‑49份、偶氮二异丁腈0.09‑0.13份、3‑[N,N‑二甲基‑[2‑(2‑甲基丙‑2‑烯酰氧基)乙基]铵]丙烷‑1‑磺酸内盐1.2‑1.6份、二甲基二乙酰氧基硅烷3.6‑4.8份、有机溶剂360‑400份。制备得到的塑料透镜的表面具有良好的耐磨性、耐腐蚀性以及透光性。

Description

塑料透镜及其制备方法
技术领域
本发明涉及汽车车灯透镜领域，更具体的说，它涉及塑料透镜及其制备方法。
背景技术
光学材料主要分为光学玻璃、光学塑料和光学晶体三大类，其中光学塑料是指具有一定的光学性能，可以用来制造光学零件的一类有机高分子材料。与传统玻璃相比，塑料具有轻量、不易开裂的优点，因此，作为透镜的原材料被广泛使用。
其中，聚碳酸酯(Polycarbonate，简称PC)，是分子链中含有碳酸酯基的高分子化合物的总称，是一种无定型的热塑性塑料，聚碳酸酯无色透明，在透镜领域广泛使用。
聚碳酸酯有以下性质：密度为1.20-1.22g/cm3，无色透明、无毒、无味、透光率可达到90％，折射率为1.5869，被誉为“透明金属”；在普通使用温度内具有良好的机械性能，在热塑性塑料中名列前茅，强度接近玻璃纤维增强的酚醛或不饱和树脂，呈延性断裂；尺寸稳定性好，耐蠕变性能优于尼龙及聚甲醛；线性膨胀系数低，线膨胀率为3.8×10cm/℃，而且加入玻璃纤维后能够降低1/3；100℃以上长时间热处理，刚性稍有增加，弹性模量、弯曲强度、拉伸强度也随之增加，但是抗冲击值有所降低；在100℃以上进行退火处理，可消除内应力；聚碳酸酯的玻璃化温度为149℃，长期使用温度为130℃，脆化温度为-100℃，具有良好的耐寒性，同时热变形温度在135-145℃之间，具有良好的热塑性。
但是，聚碳酸酯本身具有较大的缺点，聚碳酸酯表面的耐磨性欠佳，耐溶剂性差，当用于汽车尾灯处的透镜时，透镜表面较容易出现磨损以及腐蚀的情况。
发明内容
本发明的目的在于提供一种塑料透镜，制备得到的塑料透镜的表面具有良好的耐磨性、耐腐蚀性以及透光性。
本发明的目的在于提供一种塑料透镜的制备方法，制备塑料透镜的过程中加入二氧化钛以及聚苯乙烯，能有效提高塑料透镜表面的耐磨性、耐腐蚀性以及透光性。
本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：一种塑料透镜，按重量份数计，其原料包括：双酚A 120-128份、碳酸二苯酯93-99份、二氧化钛25-29份、扩散剂5-9份、苯乙烯45-49份、偶氮二异丁腈0.09-0.13份、3-[N,N-二甲基-[2-(2-甲基丙-2-烯酰氧基)乙基]铵]丙烷-1-磺酸内盐1.2-1.6份、二甲基二乙酰氧基硅烷3.6-4.8份、有机溶剂360-400份。
优选的，所述二氧化钛的平均粒径为20-30nm。
优选的，所述3-[N,N-二甲基-[2-(2-甲基丙-2-烯酰氧基)乙基]铵]丙烷-1-磺酸内盐与二甲基二乙酰氧基硅烷的质量比为1:3。
优选的，所述扩散剂为硬脂酸单甘油酯或三硬脂酸甘油酯。
优选的，所述有机溶剂为乙醇、甲醇或乙二醇。
本发明的另一目的在于提供上述所述塑料透镜的制备方法。
本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的，一种塑料透镜的制备方法，包括以下步骤：
S1：取二氧化钛、扩散剂、3-[N,N-二甲基-[2-(2-甲基丙-2-烯酰氧基)乙基]铵]丙烷-1-磺酸内盐、二甲基二乙酰氧基硅烷加入有机溶剂中，40-44℃条件下均匀搅拌5-5.2h；
S2：取双酚A、碳酸二苯酯加入有机溶剂中，55-65℃条件下均匀搅拌0.2-0.4h；
S3：向S2得到的混合物中缓慢加入S1得到的混合物后，均匀搅拌1.5-1.9h；
S4：取苯乙烯、偶氮二异丁腈加入有机溶剂中，70-80℃条件下反应2-3h；
S5：将S4得到的混合物加入S3得到的混合物中，60-68℃条件下固化8-9h，之后升高反应温度至90-98℃，固化2-3h后，注入模具中，缓慢冷却至室温，脱模，制备得到塑料透镜。
优选的，所述步骤S1、步骤S2、步骤S4中所用溶剂的质量比为2:1:1。
优选的，反应过程中，搅拌速率1000-1300r/min。
优选的，所述步骤S3中，S1得到的混合物的加入时间为0.5-0.6h。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、本发明制备得到的塑料透镜具有良好的耐磨性、耐腐蚀性以及透光性。
2、本发明在制备塑料透镜的过程中，加入纳米二氧化钛提高聚碳酸酯的硬度，利用钛元素的离子键增加高分子链的刚性，从而提高塑料透镜的表面硬度。同时，加入苯乙烯预聚体改善了反应体系的相溶性，增加了塑料透镜的透光率。
3、本发明在制备塑料透镜的过程中，3-[N,N-二甲基-[2-(2-甲基丙-2-烯酰氧基)乙基]铵]丙烷-1-磺酸内盐与二甲基二乙酰氧基硅烷降低了二氧化钛的不规则团聚，使二氧化钛粒子更加均匀的分散于高分子链中，增加塑料透镜的透光率。
具体实施方式
本发明实施例中所涉及的所有物质均为市售。
一、制作实施例
实施例1
S1：取二氧化钛27kg、硬脂酸单甘油酯7kg、3-[N,N-二甲基-[2-(2-甲基丙-2-烯酰氧基)乙基]铵]丙烷-1-磺酸内盐1.4kg、二甲基二乙酰氧基硅烷4.2kg加入乙醇190kg中，42℃条件下均匀搅拌5.1h，其中，二氧化钛的平均粒径为25nm；
S2：取双酚A 124kg、碳酸二苯酯96kg加入乙醇95kg中，60℃条件下均匀搅拌0.3h；
S3：向S2得到的混合物中缓慢加入S1得到的混合物后，均匀搅拌1.7h，其中，S1得到的混合物的加入时间为0.55h；
S4：取苯乙烯47kg、偶氮二异丁腈0.11kg加入乙醇95kg中，75℃条件下反应2.5h；
S5：将S4得到的混合物加入S3得到的混合物中，64℃条件下固化8.5h，之后升高反应温度至94℃，固化2.5h，以上反应过程中，搅拌速率为1150r/min；将得到的产物注入模具中，缓慢冷却至室温，脱模，制备得到塑料透镜。
实施例2
S1：取二氧化钛25kg、三硬脂酸甘油酯5kg、3-[N,N-二甲基-[2-(2-甲基丙-2-烯酰氧基)乙基]铵]丙烷-1-磺酸内盐1.2kg、二甲基二乙酰氧基硅烷4.8kg加入乙醇200kg中，40℃条件下均匀搅拌5.1h，其中，二氧化钛的平均粒径为30nm；
S2：取双酚A 120kg、碳酸二苯酯93kg加入乙醇90kg中，55℃条件下均匀搅拌0.4h；
S3：向S2得到的混合物中缓慢加入S1得到的混合物后，均匀搅拌1.9h，其中，S1得到的混合物的加入时间为0.5h；
S4：取苯乙烯47kg、偶氮二异丁腈0.13kg加入乙醇90kg中，70℃条件下反应2h；
S5：将S4得到的混合物加入S3得到的混合物中，60℃条件下固化9h，之后升高反应温度至98℃，固化2h，以上反应过程中，搅拌速率为1150r/min；将得到的产物注入模具中，缓慢冷却至室温，脱模，制备得到塑料透镜。
实施例3
S1：取二氧化钛29kg、硬脂酸单甘油酯5kg、3-[N,N-二甲基-[2-(2-甲基丙-2-烯酰氧基)乙基]铵]丙烷-1-磺酸内盐1.2kg、二甲基二乙酰氧基硅烷4.8kg加入甲醇180kg中，44℃条件下均匀搅拌5.2h，其中，二氧化钛的平均粒径为30nm；
S2：取双酚A 120kg、碳酸二苯酯99kg加入甲醇90kg中，55℃条件下均匀搅拌0.4h；
S3：向S2得到的混合物中缓慢加入S1得到的混合物后，均匀搅拌1.5h，其中，S1得到的混合物的加入时间为0.6h；
S4：取苯乙烯49kg、偶氮二异丁腈0.13kg加入甲醇90kg中，80℃条件下反应2h；
S5：将S4得到的混合物加入S3得到的混合物中，60℃条件下固化9h，之后升高反应温度至90℃，固化3h，以上反应过程中，搅拌速率为1300r/min；将得到的产物注入模具中，缓慢冷却至室温，脱模，制备得到塑料透镜。
实施例4
S1：取二氧化钛25kg、三硬脂酸甘油酯5kg、3-[N,N-二甲基-[2-(2-甲基丙-2-烯酰氧基)乙基]铵]丙烷-1-磺酸内盐1.6kg、二甲基二乙酰氧基硅烷3.6kg加入甲醇200kg中，42℃条件下均匀搅拌5h，其中，二氧化钛的平均粒径为25nm；
S2：取双酚A 128kg、碳酸二苯酯93kg加入甲醇90kg中，65℃条件下均匀搅拌0.2h；
S3：向S2得到的混合物中缓慢加入S1得到的混合物后，均匀搅拌1.9h，其中，S1得到的混合物的加入时间为0.55h；
S4：取苯乙烯45kg、偶氮二异丁腈0.11kg加入甲醇100kg中，70℃条件下反应2h；
S5：将S4得到的混合物加入S3得到的混合物中，68℃条件下固化8h，之后升高反应温度至98℃，固化2.5h，以上反应过程中，搅拌速率为1000r/min；将得到的产物注入模具中，缓慢冷却至室温，脱模，制备得到塑料透镜。
实施例5
S1：取二氧化钛29kg、硬脂酸单甘油酯9kg、3-[N,N-二甲基-[2-(2-甲基丙-2-烯酰氧基)乙基]铵]丙烷-1-磺酸内盐1.6kg、二甲基二乙酰氧基硅烷3.6kg加入乙二醇180kg中，40℃条件下均匀搅拌5.1h，其中，二氧化钛的平均粒径为25nm；
S2：取双酚A 128kg、碳酸二苯酯99kg加入乙二醇100kg中，65℃条件下均匀搅拌0.2h；
S3：向S2得到的混合物中缓慢加入S1得到的混合物后，均匀搅拌1.5h，其中，S1得到的混合物的加入时间为0.5h；
S4：取苯乙烯47kg、偶氮二异丁腈0.11kg加入乙二醇100kg中，80℃条件下反应3h；
S5：将S4得到的混合物加入S3得到的混合物中，68℃条件下固化8h，之后升高反应温度至90℃，固化2h，以上反应过程中，搅拌速率为1150r/min；将得到的产物注入模具中，缓慢冷却至室温，脱模，制备得到塑料透镜。
实施例6
S1：取二氧化钛25kg、三硬脂酸甘油酯9kg、3-[N,N-二甲基-[2-(2-甲基丙-2-烯酰氧基)乙基]铵]丙烷-1-磺酸内盐1.2kg、二甲基二乙酰氧基硅烷3.6kg加入乙二醇200kg中，44℃条件下均匀搅拌5.2h，其中，二氧化钛的平均粒径为20nm；
S2：取双酚A 128kg、碳酸二苯酯93kg加入乙二醇100kg中，55℃条件下均匀搅拌0.2h；
S3：向S2得到的混合物中缓慢加入S1得到的混合物后，均匀搅拌1.9h，其中，S1得到的混合物的加入时间为0.6h；
S4：取苯乙烯49kg、偶氮二异丁腈0.09kg加入乙二醇100kg中，70℃条件下反应3h；
S5：将S4得到的混合物加入S3得到的混合物中，60℃条件下固化8h，之后升高反应温度至98℃，固化3h，以上反应过程中，搅拌速率为1300r/min；将得到的产物注入模具中，缓慢冷却至室温，脱模，制备得到塑料透镜。
二、制作对比例
对比例1
S1：取双酚A 124kg、碳酸二苯酯96kg加入乙醇95kg中，60℃条件下均匀搅拌0.3h；
S2：取苯乙烯47kg、偶氮二异丁腈0.11kg加入乙醇95kg中，75℃条件下反应2.5h；
S3：将S2得到的混合物加入S1得到的混合物中，64℃条件下固化8.5h，之后升高反应温度至94℃，固化2.5h，以上反应过程中，搅拌速率为1150r/min；将得到的产物注入模具中，缓慢冷却至室温，脱模，制备得到塑料透镜。
对比例2
S1：取二氧化钛27kg、硬脂酸单甘油酯7kg加入乙醇190kg中，42℃条件下均匀搅拌5.1h，其中，二氧化钛的平均粒径为25nm；
S2：取双酚A 124kg、碳酸二苯酯96kg加入乙醇95kg中，60℃条件下均匀搅拌0.3h；
S3：向S2得到的混合物中缓慢加入S1得到的混合物后，均匀搅拌1.7h，其中，S1得到的混合物的加入时间为0.55h；
S4：取苯乙烯47kg、偶氮二异丁腈0.11kg加入乙醇95kg中，75℃条件下反应2.5h；
S5：将S4得到的混合物加入S3得到的混合物中，64℃条件下固化8.5h，之后升高反应温度至94℃，固化2.5h，以上反应过程中，搅拌速率为1150r/min；将得到的产物注入模具中，缓慢冷却至室温，脱模，制备得到塑料透镜。
对比例3
S1：取二氧化钛27kg、硬脂酸单甘油酯7kg、3-[N,N-二甲基-[2-(2-甲基丙-2-烯酰氧基)乙基]铵]丙烷-1-磺酸内盐5.6kg加入乙醇190kg中，42℃条件下均匀搅拌5.1h，其中，二氧化钛的平均粒径为25nm；
S2：取双酚A 124kg、碳酸二苯酯96kg加入乙醇95kg中，60℃条件下均匀搅拌0.3h；
S3：向S2得到的混合物中缓慢加入S1得到的混合物后，均匀搅拌1.7h，其中，S1得到的混合物的加入时间为0.55h；
S4：取苯乙烯47kg、偶氮二异丁腈0.11kg加入乙醇95kg中，75℃条件下反应2.5h；
S5：将S4得到的混合物加入S3得到的混合物中，64℃条件下固化8.5h，之后升高反应温度至94℃，固化2.5h，以上反应过程中，搅拌速率为1150r/min；将得到的产物注入模具中，缓慢冷却至室温，脱模，制备得到塑料透镜。
对比例4
S1：取二氧化钛27kg、硬脂酸单甘油酯7kg、二甲基二乙酰氧基硅烷5.6kg加入乙醇190kg中，42℃条件下均匀搅拌5.1h，其中，二氧化钛的平均粒径为25nm；
S2：取双酚A 124kg、碳酸二苯酯96kg加入乙醇95kg中，60℃条件下均匀搅拌0.3h；
S3：向S2得到的混合物中缓慢加入S1得到的混合物后，均匀搅拌1.7h，其中，S1得到的混合物的加入时间为0.55h；
S4：取苯乙烯47kg、偶氮二异丁腈0.11kg加入乙醇95kg中，75℃条件下反应2.5h；
S5：将S4得到的混合物加入S3得到的混合物中，64℃条件下固化8.5h，之后升高反应温度至94℃，固化2.5h，以上反应过程中，搅拌速率为1150r/min；将得到的产物注入模具中，缓慢冷却至室温，脱模，制备得到塑料透镜。
对比例5
S1：取二氧化钛27kg、硬脂酸单甘油酯7kg、3-[N,N-二甲基-[2-(2-甲基丙-2-烯酰氧基)乙基]铵]丙烷-1-磺酸内盐1.4kg、二甲基二乙酰氧基硅烷4.2kg加入乙醇190kg中，42℃条件下均匀搅拌5.1h，其中，二氧化钛的平均粒径为25nm；
S2：取双酚A 124kg、碳酸二苯酯96kg加入乙醇95kg中，60℃条件下均匀搅拌0.3h；
S3：向S2得到的混合物中缓慢加入S1得到的混合物后，均匀搅拌1.7h，其中，S1得到的混合物的加入时间为0.55h；
S4：继续在64℃条件下固化8.5h，之后升高反应温度至94℃，固化2.5h，以上反应过程中，搅拌速率为1150r/min；将得到的产物注入模具中，缓慢冷却至室温，脱模，制备得到塑料透镜。
三、对以上实施例以及对比例中制备得到的塑料透镜的性能进行测试。
测试结果如表1所示。
表1各实施例以及对比例制备的塑料透镜的性能测试结果
从上述表中可以看出，本发明在制备塑料透镜的过程中加入二氧化钛粒子，制备得到的塑料透镜具有良好的耐磨性、耐腐蚀性以及透光性。
其中，对比例1中不加入二氧化钛粒子，制备得到的塑料透镜的表面硬度较差，耐磨性变差，同时，经过氢氧化钠溶液、稀硝酸溶液、氯化钠溶液浸泡处理后，塑料透镜表面的硬度下降较多，远远低于实施例1中制备得到的塑料透镜。
对比例2中不加入3-[N,N-二甲基-[2-(2-甲基丙-2-烯酰氧基)乙基]铵]丙烷-1-磺酸内盐与二甲基二乙酰氧基硅烷，二氧化钛粒子在反应体系易发生不规则团聚，导致制备得到的塑料透镜的透光率下降。
对比例3与对比例4中分别不加入二甲基二乙酰氧基硅烷与3-[N,N-二甲基-[2-(2-甲基丙-2-烯酰氧基)乙基]铵]丙烷-1-磺酸内盐，其对二氧化钛的分散作用低于二者的配合作用，从而导致制备得到的塑料透镜的透光率下降，低于实施例1中塑料透镜的透光率。
对比例5中不加入苯乙烯的预聚体，在制备塑料透镜的过程中，即使加入3-[N,N-二甲基-[2-(2-甲基丙-2-烯酰氧基)乙基]铵]丙烷-1-磺酸内盐与二甲基二乙酰氧基硅烷改善二氧化钛的分散性，但是无机相与有机相的相溶性较差，从而导致制备得到的塑料透镜的透光率下降，低于实施例1中塑料透镜的透光率。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种塑料透镜，其特征是，按重量份数计，其原料包括：双酚A 120-128份、碳酸二苯酯93-99份、二氧化钛25-29份、扩散剂5-9份、苯乙烯45-49份、偶氮二异丁腈0.09-0.13份、3-[N,N-二甲基-[2-(2-甲基丙-2-烯酰氧基)乙基]铵]丙烷-1-磺酸内盐1.2-1.6份、二甲基二乙酰氧基硅烷3.6-4.8份、有机溶剂360-400份。
2.根据权利要求1所述的塑料透镜，其特征是，所述二氧化钛的平均粒径为20-30nm。
3.根据权利要求1所述的塑料透镜，其特征是，所述3-[N,N-二甲基-[2-(2-甲基丙-2-烯酰氧基)乙基]铵]丙烷-1-磺酸内盐与二甲基二乙酰氧基硅烷的质量比为1:3。
4.根据权利要求1所述的塑料透镜，其特征是，所述扩散剂为硬脂酸单甘油酯或三硬脂酸甘油酯。
5.根据权利要求1所述的塑料透镜，其特征是，所述有机溶剂为乙醇、甲醇或乙二醇。
6.制备如权利要求1所述的塑料透镜的方法，其特征是，包括以下步骤：
S1：取二氧化钛、扩散剂、3-[N,N-二甲基-[2-(2-甲基丙-2-烯酰氧基)乙基]铵]丙烷-1-磺酸内盐、二甲基二乙酰氧基硅烷加入有机溶剂中，40-44℃条件下均匀搅拌5-5.2h；
S2：取双酚A、碳酸二苯酯加入有机溶剂中，55-65℃条件下均匀搅拌0.2-0.4h；
S3：向S2得到的混合物中缓慢加入S1得到的混合物后，均匀搅拌1.5-1.9h；
S4：取苯乙烯、偶氮二异丁腈加入有机溶剂中，70-80℃条件下反应2-3h；
S5：将S4得到的混合物加入S3得到的混合物中，60-68℃条件下固化8-9h，之后升高反应温度至90-98℃，固化2-3h后，注入模具中，缓慢冷却至室温，脱模，制备得到塑料透镜。
7.根据权利要求6所述的塑料透镜的制备方法，其特征是，所述步骤S1、步骤S2、步骤S4中所用溶剂的质量比为2:1:1。
8.根据权利要求6所述的塑料透镜的制备方法，其特征是，反应过程中，搅拌速率1000-1300r/min。
9.根据权利要求6所述的塑料透镜的制备方法，其特征是，所述步骤S3中，S1得到的混合物的加入时间为0.5-0.6h。
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