CN112759873A - 一种高雾度高透光pmma光扩散母粒及其制备方法和应用 - Google Patents

一种高雾度高透光pmma光扩散母粒及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于光扩散材料技术领域，提供一种高雾度高透光PMMA光扩散母粒及其制备方法和应用，该高雾度高透光PMMA光扩散母粒，其由以下重量份的原料组成：60‑85份PMMA树脂、8‑20份硅微球、8‑20份聚苯乙烯微球、0.1‑0.3份增白剂、0.3‑0.6份分散剂和0.2‑0.5份抗氧剂，其中，所述硅微球为纳米粒径的二氧化硅微球；所述聚苯乙烯微球的粒径为微米级；该高雾度高透光PMMA光扩散母粒能解决现有PMMA材料无法在维持高透光率的情况下，获得高雾度、高光扩散性能的技术问题，并能避免材料的二次加工，降低材料二次加工的物理性能和光学性能的损失，降低生产成本。

Description

一种高雾度高透光PMMA光扩散母粒及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及光扩散材料技术领域，特别是涉及一种高雾度高透光PMMA光扩散母粒及其制备方法和应用。
背景技术
在LED照明产品中，需要将点或线的光源转化为柔和、均匀的面光源。因此，通常需在LED照明产品中添加兼具高透光率和高雾度的光扩散材料，以使LED照明产品进行二次配光，以将LED灯具发出的点或线光源转化为柔和、均匀的面光源，进而满足市场需求。
其中，PMMA(即聚甲基丙烯酸甲酯)树脂，具有高透明度，低价格，易于机械加工等优点，近年来被广泛用作光学材料。但是，PMMA树脂的雾度低，其扩散性能差，这限制了其在光扩散材料领域的应用。近年来，为改善PMMA材料的扩散性能，通常向PMMA树脂中添加光扩散剂(如有机硅光扩散剂)，所得PMMA材料的雾度能提高至30％左右，其扩散性能得到提升。然而，在一般情况下，高雾度的材料会有一定的遮盖性而影响材料的透光性。若需进一步提高PMMA材料的雾度，则PMMA材料的透光率会大大降低，一般其透光率会小于70％。因此，亟需研发一种高雾度高透光PMMA光扩散材料，以满足LED照明产品的性能需求。
发明内容
本发明的目的之一是针对现有技术的不足，提供一种高雾度高透光PMMA光扩散母粒，以解决现有PMMA材料无法在维持高透光率的情况下，获得高雾度、高光扩散性能的技术问题。
本发明的目的之二是针对现有技术的不足，提供一种制备工艺稳定、适合大规模生产的高雾度高透光PMMA光扩散母粒的制备方法。
本发明的目的之三是针对现有技术的不足，将所述的一种高雾度高透光PMMA光扩散母粒应用于光扩散板材中，以获得兼具高雾度和高透光性的光扩散板材。
基于此，本发明公开了一种高雾度高透光PMMA光扩散母粒，由以下重量份的原料组成：
Figure BDA0002877247550000021
其中，所述硅微球为纳米粒径的二氧化硅微球；所述聚苯乙烯微球的粒径为微米级。
其中，硅微球的雾度高但其透光率偏低，而聚苯乙烯微球的透光率高雾度适中，因此，本发明同时将硅微球和聚苯乙烯微球加入PMMA树脂中，以提高PMMA材料的雾度和透光率。而且，本发明还利用不同粒径、不同外形的材料的光折射率不一样的特性，在PMMA材料中，精选合适粒径及形状的微球，将纳米粒径的二氧化硅微球与微米级粒径的聚苯乙烯微球复配，以进一步提高该PMMA材料的雾度和透光率，进而获得高透高雾度PMMA光扩散母粒。
优选地，所述二氧化硅微球的粒径为50-150nm。
优选地，所述聚苯乙烯微球的粒径为3um，且其D98≤8um。
优选地，增白剂为常规的塑料增白剂，如Tinopal OB。
优选地，所述分散剂为硬脂酸胺分散剂。
优选地，所述抗氧剂为受阻酚抗氧剂和亚磷酸酯抗氧剂的复配物。
本发明还公开了一种高雾度高透光PMMA光扩散母粒的制备方法，包括如下制备步骤：
步骤S1，将所述聚苯乙烯微球、纳米硅微球和分散剂混合，高速搅拌均匀；
步骤S2，再加入所述PMMA树脂、增白剂和抗氧剂，低速搅拌均匀，得到混合料；
步骤S3，将所述混合料放入挤出机中挤出造粒，均化，包装，即得高雾度高透光PMMA光扩散母粒。
优选地，所述步骤S1中，所述高速搅拌的搅拌速率为1000转/分钟、搅拌时间为5分钟。
优选地，所述步骤S2中，所述低速搅拌的搅拌速率为500转/分钟、搅拌时间为10分钟。
优选地，所述步骤S3中，所述挤出造粒的工艺参数如下：挤出机各区的温度为：一区温度为100±10℃，二区温度为190±10℃，三区温度为210±10℃，四区温度为220±10℃，五至六区的温度为230±10℃，七区温度为225±10℃，八区温度为220±10℃，九区温度为215±10℃，十区温度为220±10℃，机头温度为230±10℃；螺杆转速为350±15转/分钟，喂料转速95～110转/分钟，切粒机转速为25～40转/分钟，真空度≤1Mpa，料条入水前长度15-20mm，料条在水长度3-6m，前水槽温度40±10℃。
本发明还公开了一种高雾度高透光PMMA光扩散母粒的应用，将所述高雾度高透光PMMA光扩散母粒应用于光扩散板材中。
优选地，所述高雾度高透光PMMA光扩散母粒在所述光扩散板材中添加的重量占比为10％。
与现有技术相比，本发明至少包括以下有益效果：
本发明的高雾度高透光PMMA光扩散母粒采用硅微球和聚苯乙烯微球这两种不同的光扩散材料，并利用不同粒径、不同外形的材料其光折射率不一样的特性，以60-85份PMMA树脂为载体，复配8-20份纳米粒径的二氧化硅微球和8-20份微米级粒径的聚苯乙烯微球，再添加0.1-0.3份增白剂、0.3-0.6份分散剂和0.2-0.5份抗氧剂，制得高透高雾度PMMA光扩散母粒；该高透高雾度PMMA光扩散母粒以10％重量比添加来生产挤出制板，对制板进行性能测试，测试结果显示其透光率达70.6％，雾度高达96.1％，清晰度低至0.5％，且其冲击强度为2.3KJ/m2，熔融指数为1.9g/10min，上述数据均优于市场上主要的PMMA光扩散材料。而且，制成的PMMA光扩散母粒可在板材等材料的生产过程中直接添加生产，可以避免材料的二次加工(如，光扩散的改性加工)，降低了材料因二次加工对其物理性能和光学性能的损失，同时降低了生产成本。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1-3
实施例1-3的一种高雾度高透光PMMA光扩散母粒的原料配方如下表1所示：
表1
原料 实施例1 实施例2 实施例3
PMMA树脂 60份 76份 85份
硅微球 8份 15份 20份
聚苯乙烯微球 8份 15份 20份
增白剂 0.1份 0.3份 0.3份
分散剂 0.3份 0.5份 0.6份
抗氧剂 0.2份 0.3份 0.5份
其中，硅微球采用粒径为50-150nm的二氧化硅微球。
其中，聚苯乙烯微球的粒径为3um，且其D98≤8um。
其中，增白剂为常规的塑料增白剂，如Tinopal OB。
其中，分散剂为硬脂酸胺分散剂。
其中，抗氧剂为受阻酚抗氧剂和亚磷酸酯抗氧剂的复配物。
实施例1-3的一种高雾度高透光PMMA光扩散母粒的制备方法，包括如下制备步骤：
步骤一，混料：将聚苯乙烯微球、纳米硅微球和分散剂混合，在1000转/分钟下高速搅拌5分钟，再加入PMMA树脂、增白剂和抗氧剂，在500转/分钟下低速搅拌10分钟，得到混合料。
步骤二，造粒、均化及包装：开启喂料机，将步骤一的混合料放入挤出机中，挤出造粒；得到粒料后，在取样或包装前开启均化搅拌桶均化10min；再包装，即得高雾度高透光PMMA光扩散母粒。
其中，挤出造粒的工艺参数如下：挤出机各区的温度为：一区温度为100±10℃，二区温度为190±10℃，三区温度为210±10℃，四区温度为220±10℃，五至六区的温度为230±10℃，七区温度为225±10℃，八区温度为220±10℃，九区温度为215±10℃，十区温度为220±10℃，机头温度为230±10℃；螺杆转速为350±15转/分钟，喂料转速95～110转/分钟，切粒机转速为25～40转/分钟，真空度≤1Mpa，料条入水前长度15-20mm，料条在水长度3-6m，前水槽温度40±10℃。
其中，粒料的造粒工艺要求如下：粒料切口平整、长度为2-3mm，无粘刀、菱形料粒，无杂粒，无变色料。
实施例1-3的一种高雾度高透光PMMA光扩散母粒的应用，将实施例1-3的高雾度高透光PMMA光扩散母粒分别添加至光扩散板材中，且实施例1-3的高雾度高透光PMMA光扩散母粒在光扩散板材中的重量占比均为10％，分别制得对应的光扩散板材。
对比例1-3
对比例1-3的PMMA光扩散母粒的原料配方及其制备方法与实施例2基本相同，其区别如下表2所示：
表2
Figure BDA0002877247550000051
性能测试
将实施例1-3及对比例1-3的PMMA光扩散母粒按10％添加挤出生产，制得0.75mm板材，进行光学测试；并将实施例1-3及对比例1-3的PMMA光扩散母粒按10％添加注塑样条，进行物性测试；其性能测试参照标准GB/T1843-2008、GB/T3682.1-2018、GB T2410-2008进行，测试结果如表3-4所示：
表3
检测项目 标准值 实施例1 实施例2 实施例3
冲击强度 ≥2KJ/m<sup>2</sup> 符合 符合 符合
熔融指数 1-3g/10min 符合 符合 符合
透光率 ≥70％ 符合 符合 符合
清晰度 ≤1％ 符合 符合 符合
雾度 ≥95％ 符合 符合 符合
表4
检测项目 对比例1 对比例2 对比例3 实施例2
冲击强度 1.9KJ/m<sup>2</sup> 2.5KJ/m<sup>2</sup> 2.3KJ/m<sup>2</sup> 2.3KJ/m<sup>2</sup>
熔融指数 1.5g/10min 1.9g/10min 1.9g/10min 1.9g/10min
透光率 79％ 67.4％ 71.2％ 70.6％
清晰度 53.3％ 8.5％ 36％ 0.5％
雾度 43.2％ 83.7％ 58.6％ 96.1％
从表3-4可以看出，与对比例1-3相比，本发明的PMMA光扩散母粒不仅能维持较高的透光率，还兼具高雾度和低清晰度的特点，进而大大提升了其光扩散性能，且其冲击强度和熔融指数均符合要求。
尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。
以上对本发明所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种高雾度高透光PMMA光扩散母粒，其特征在于，由以下重量份的原料组成：
PMMA树脂60-85份
硅微球8-20份
聚苯乙烯微球8-20份
增白剂0.1-0.3份
分散剂0.3-0.6份
抗氧剂0.2-0.5份；
其中，所述硅微球为纳米粒径的二氧化硅微球；所述聚苯乙烯微球的粒径为微米级。
2.根据权利要求1所述的一种高雾度高透光PMMA光扩散母粒，其特征在于，所述二氧化硅微球的粒径为50-150nm。
3.根据权利要求1所述的一种高雾度高透光PMMA光扩散母粒，其特征在于，所述聚苯乙烯微球的粒径为3um，且其D98≤8um。
4.根据权利要求1所述的一种高雾度高透光PMMA光扩散母粒，其特征在于，所述分散剂为硬脂酸胺分散剂。
5.根据权利要求1所述的一种高雾度高透光PMMA光扩散母粒，其特征在于，所述抗氧剂为受阻酚抗氧剂和亚磷酸酯抗氧剂的复配物。
6.权利要求1-5任一项所述的一种高雾度高透光PMMA光扩散母粒的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：
步骤S1，将所述聚苯乙烯微球、硅微球和分散剂混合，高速搅拌均匀；
步骤S2，再加入所述PMMA树脂、增白剂和抗氧剂，低速搅拌均匀，得到混合料；
步骤S3，将所述混合料放入挤出机中挤出造粒，均化，包装，即得高雾度高透光PMMA光扩散母粒。
7.根据权利要求6所述的一种高雾度高透光PMMA光扩散母粒的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述高速搅拌的搅拌速率为1000转/分钟、搅拌时间为5分钟；
所述步骤S2中，所述低速搅拌的搅拌速率为500转/分钟、搅拌时间为10分钟。
8.根据权利要求6所述的一种高雾度高透光PMMA光扩散母粒的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述挤出造粒的工艺参数如下：挤出机各区的温度为：一区温度为100±10℃，二区温度为190±10℃，三区温度为210±10℃，四区温度为220±10℃，五至六区的温度为230±10℃，七区温度为225±10℃，八区温度为220±10℃，九区温度为215±10℃，十区温度为220±10℃，机头温度为230±10℃；螺杆转速为350±15转/分钟，喂料转速95-110转/分钟，切粒机转速为25-40转/分钟，真空度≤1Mpa，料条入水前长度15-20mm，料条在水长度3-6m，前水槽温度40±10℃。
9.权利要求1-5任一项所述的一种高雾度高透光PMMA光扩散母粒的应用，其特征在于，将所述高雾度高透光PMMA光扩散母粒应用于光扩散板材中。
10.根据权利要求9所述的一种高雾度高透光PMMA光扩散母粒的应用，其特征在于，所述高雾度高透光PMMA光扩散母粒在所述光扩散板材中添加的重量占比为10％。
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