CN112831172B - 一种pc磨砂材料及其制备方法和一种led灯具 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及高分子材料领域，具体公开了一种PC磨砂材料及其制备方法和一种LED灯具。一种PC磨砂材料包括聚碳酸酯、复合光扩散剂、阻燃剂、抗氧剂和润滑剂，所述复合光扩散剂由PMMA微球、有机硅微球和纳米硫酸钡复配而成；其制备方法为：先将复合光扩散剂、阻燃剂、抗氧剂和润滑剂混合均匀，再加入至聚碳酸酯中混合均匀，共融挤出，制得PC磨砂材料。本申请的PC磨砂材料可用于3D打印灯具，所制得的3D打印灯具具有高透光率和高雾度以及良好的缺口冲击强度和抗紫外线性能。

Description

一种PC磨砂材料及其制备方法和一种LED灯具
技术领域
本申请涉及高分子材料领域，更具体地说，它涉及一种PC磨砂材料及其制备方法和一种LED灯具。
背景技术
LED照明具有节能环保的优点，是目前市场上的主流照明方式，由于LED灯珠本身是点光源，其在使用时易产生眩光、照明面积有限的问题。
为了使得LED灯具有较高的透光率同时又具有相当的光扩散效果和光源遮蔽性，LED灯的灯罩采用PC(聚碳酸酯)为基材，加入光扩散剂，使得光线在光扩散剂表面发生反射，经过多次折射和反射，达到光扩散效果，使得LED灯的光线柔和均匀。
评价光扩散效果的主要指标是透光率和雾度，透光率的高低反应流明值的大小，雾度则是透过试样且偏离入射方向(2.5°)的散射光通量与透过试样的光通量之比，透光率越高，光通量越大，光源的能量利用率越高，雾度越高则光扩散效果越好，但透光率过高会降低雾度，雾度较大也会降低透光率，难以实现透光率和雾度的平衡。
发明内容
为了同时提高LED灯具的透光率和雾度，本申请提供一种PC磨砂材料及其制备方法和一种LED灯具。
第一方面，本申请提供一种PC磨砂材料，采用如下的技术方案：
一种PC磨砂材料，由包括如下重量份的原料制得：
Figure BDA0002898160650000011
所述复合光扩散剂由PMMA微球、硅烷偶联剂、纳米硫酸钡复配而成。
通过采用上述技术方案，由于聚碳酸酯的折射率为1.58，复合光扩散剂中PMMA微球的折射率为1.5，有机硅微球的折射率为1.43，纳米硫酸钡的折射率为1.63，复合光扩散剂的各个组分与聚碳酸酯的折射率差值由大至小依次为有机硅微球、PMMA微球和纳米硫酸钡，光线穿过三种不同折射率的材料的界面时发生偏转产生扩散性，复合光扩散剂中的组分与聚碳酸酯的折射率差值均不同，产生雾度的效率高，同时纳米硫酸钡对PMMA和有机硅产生吸附，使得复合光扩散剂的粒径增大，透光性提高，因此，有机硅微球、PMMA微球和纳米硫酸钡之间存在协同作用，其透光率由77.4％提高至81.2％，且雾度由93.4％提高至94.1％，复合光扩散剂能够同时提高PC磨砂材料的透光率和雾度。
优选的，所述复合光扩散剂和聚碳酸酯的质量比为1:10。
通过采用上述技术方案，聚碳酸酯为缺口敏感材料，复合光分散剂的掺量过大易造成PC磨砂材料的缺口冲击强度降低，因此，保证PC磨砂材料的透光率和雾度的前提下，此质量比下，复合磨砂剂对PC磨砂材料的缺口冲击强度影响较小。
优选的，所述PMMA微球、有机硅微球和纳米硫酸钡的质量比为(2-5):(1-3):(3-7)。
通过采用上述技术方案，在此质量比范围内，复合光扩散剂可有效地平衡透光率和雾度，使得PC磨砂材料的透光率和雾度的改善效果较好，PC磨砂材料的透光率由83.6％提高至84.5％，雾度由94.9％提高至96.0％。
优选的，所述PMMA微球的粒径为2.0-4.0μm，所述有机硅微球的粒径为1.0-3.0μm，所述纳米硫酸钡的粒径为0.8-1.0μm。
通过采用上述技术方案，当复合光扩散剂粒径增大时，反向散射减小，正向散射增大，PC磨砂材料的透光率和粒子散射能力逐渐增大，但复合光扩散剂粒径超过此范围时，PC磨砂材料的雾度下降。
优选的，所述阻燃剂为全氟碳磺酸钾。
通过采用上述技术方案，全氟碳磺酸钾作为阻燃剂的阻燃效果好，同时由于其折光率与PC相近，对PC磨砂材料的透光性不产生影响。
优选的，所述抗氧剂为四(2,4-二叔丁基酚)4,4’-联苯二亚磷酸酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、双(2,4-二叔丁基苯酚)季戊四醇二亚磷酸酯和三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯中的一种或几种。
通过采用上述技术方案，抗氧剂对PC具有光稳定作用；同时抗氧剂均选用柔性材料，能够弥补复合光散剂引起的缺口冲击强度降低的缺陷，PC磨砂材料的缺口冲击强度由65.7KJ/m2提高至71.2KJ/m2。
优选的，所述润滑剂为季戊四醇四硬脂酸酯。
通过采用上述技术方案，润滑剂一方面能够降低PC磨砂材料的分子间摩擦力，使得复合光扩散剂在PC磨砂材料中分布均匀，进一步改善透光性，同时季戊四醇四硬脂酸酯与抗氧剂具有协同作用，能够提高PC磨砂材料抗紫外线能力。
第二方面，本申请提供一种PC磨砂材料的制备方法，采用如下的技术方案：
一种PC磨砂材料的制备方法，由包括如下工艺步骤制备而成：
称取配方量的聚碳酸酯、复合光扩散剂、阻燃剂、抗氧剂和润滑剂进行干燥预处理；
将复合光扩散剂、阻燃剂、抗氧剂和润滑剂投入搅拌机中进行预混，制得混合助剂；
将聚碳酸酯投入至搅拌机中与混合助剂进行混合，再进入双螺杆挤出机中熔融共混，挤出温度为245-255℃，制得PC磨砂材料。
通过采用上述技术方案，通过熔融共混使得光扩散剂能够充分与聚碳酸酯混合改性，提高PC磨砂材料的透光率和雾度。
第三方面，本申请提供一种LED灯具，采用如下的技术方案：
一种LED灯具，使用3D打印耗材拉丝机通过熔融层积成型技术进行打印成型，所用线材为前述PC磨砂材料。
通过上述技术方案，复合光扩散剂在聚碳酸酯中的分散性较好，与PC磨砂材料的相容性较好，在3D打印耗材拉丝机中使用时不易发生堵头现象。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用PMMA微球、有机硅微球和纳米硫酸钡进行复配，复合光扩散剂中的组分与聚碳酸酯的折射率差值均不同，产生雾度的效率高，同时纳米硫酸钡对PMMA和有机硅产生吸附，使得复合光扩散剂的粒径增大，透光性提高，因此，三者复配形成的复合光扩散剂对改善聚碳酸酯的雾度和透光性具有协同作用，同时提高PC磨砂材料的雾度和透光性。
2、本申请中抗氧剂优选采用柔性大分子抗氧剂，由于复合光扩散剂降低PC磨砂材料的缺口冲击强度，而抗氧剂弥补此缺陷，在保证PC磨砂材料的雾度和透光性不变的前提下，增强PC磨砂材料的缺口冲击强度。
3、本申请中润滑剂优选季戊四醇四硬脂酸酯，与抗氧剂存在协同作用，显著增加了PC磨砂材料的黄变时间。
具体实施方式
若无特殊说明，制备例和实施例的原料均来源于下表1.
表1.原料规格及来源
Figure BDA0002898160650000031
Figure BDA0002898160650000041
实施例
实施例1
一种PC磨砂材料，按照如下工艺步骤制得：
S1、称取80g聚碳酸酯、6g复合光扩散剂、0.5g阻燃剂B-301、0.4g抗氧剂纳米氧化铈和0.3g润滑剂蒙旦蜡放入烘箱中进行干燥预处理，在60℃下干燥4h，其中6g复合光扩散剂由2gPMMA微球(平均粒径为6.0μm)、1g有机硅微球(平均粒径为4.0μm)和3g纳米硫酸钡(平均粒径为2.0μm)组成；
S2、将步骤S1中预处理得到的复合光扩散剂、阻燃剂、抗氧剂和润滑剂投入高速搅拌机中进行预混，高速搅拌机的转速为7200r/min，搅拌时间为5min，制得混合助剂；
S3、将步骤S1中预处理得到的聚碳酸酯投入至高速搅拌机中与混合助剂进行混合，高速搅拌机的转速为7200r/min，搅拌时间为3min，制得共混物；
S4、将共混物投入至单螺杆挤出机中进行熔融共混，挤出机中螺杆各区的温度设置分别为：一区温度245℃，二区温度245℃，三区温度245℃，四区温度250℃，五区温度250℃，六区温度250℃，七区温度250℃，八区温度255℃，九区温度250℃，机头温度255℃，主机转速为1200rpm，制得PC磨砂材料。
实施例2-4
一种PC磨砂材料，均以实施例1为基础，与实施例1的区别点在于：所述PC磨砂材料的组成不同，具体组成如下表2所示。
表2.PC磨砂材料的组成
Figure BDA0002898160650000051
实施例5-12
一种PC磨砂材料，以实施例4为基础，与实施例4的区别点在于：所述复合光扩散剂的组成不同，具体组成如下表3所示。
表3.复合光扩散剂的组成
Figure BDA0002898160650000052
实施例13-15
一种PC磨砂材料，以实施例7为基础，与实施例7的区别点在于：所述复合光扩散剂各组分的粒径不同，具体组成如下表4所示。
表4.复合光扩散剂各组分的粒径
Figure BDA0002898160650000053
Figure BDA0002898160650000061
实施例16
一种PC磨砂材料，以实施例15为基础，与实施例15的区别点在于：所述阻燃剂B-301替换为等质量的全氟碳磺酸钾FR-2025。
实施例17
一种PC磨砂材料，以实施例16为基础，与实施例16的区别点在于：2g抗氧剂纳米氧化铈替换为0.5g四(2,4-二叔丁基酚)4,4’-联苯二亚磷酸酯、0.5g双(2,4-二叔丁基苯酚)季戊四醇二亚磷酸酯、0.5gβ-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯和0.5g三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯。
实施例18
一种PC磨砂材料，以实施例16为基础，与实施例16的区别点在于：润滑剂由蒙旦蜡替换为等质量的季戊四醇四硬脂酸酯。
对比例
对比例1
一种PC磨砂材料，以实施例1为基础，与实施例1的区别点在于：将复合光扩散剂替换为6gPMMA微球(平均粒径为6.0μm)。
对比例2
一种PC磨砂材料，以实施例1为基础，与实施例1的区别点在于：将复合光扩散剂替换为6g有机硅微球(平均粒径为4.0μm)。
对比例3
一种PC磨砂材料，以实施例1为基础，与实施例1的区别点在于：将复合光扩散剂替换为6g纳米硫酸钡(平均粒径为2.0μm)。
对比例4
一种PC磨砂材料，以实施例1为基础，与实施例1的区别点在于：将复合光扩散剂替换为3gPMMA微球(平均粒径为6.0μm)和3g有机硅微球(平均粒径为4.0μm)。
对比例5
一种PC磨砂材料，以实施例1为基础，与实施例1的区别点在于：将复合光扩散剂替换为6gPMMA微球(平均粒径为6.0μm)和3g纳米硫酸钡(平均粒径为2.0μm)。
对比例6
一种PC磨砂材料，以实施例1为基础，与实施例1的区别点在于：将复合光扩散剂替换为3g有机硅微球(平均粒径为4.0μm)和3g纳米硫酸钡(平均粒径为2.0μm)。
应用例
应用例1-18
一种LED灯具，使用3D打印耗材拉丝机通过熔融层积成型技术进行打印成型，所用线材为PC磨砂材料，来源如下表5所示。
表5.线材的来源
应用例 来源 应用例 来源
应用例1 实施例1 应用例10 实施例10
应用例2 实施例2 应用例11 实施例11
应用例3 实施例3 应用例12 实施例12
应用例4 实施例4 应用例13 实施例13
应用例5 实施例5 应用例14 实施例14
应用例6 实施例6 应用例15 实施例15
应用例7 实施例7 应用例16 实施例16
应用例8 实施例8 应用例17 实施例17
应用例9 实施例9 应用例18 实施例18
性能检测试验
检测方法
PC磨砂材料性能检测项目：
Figure BDA0002898160650000071
抗紫外性能检测：黄色指数测定：将PC磨砂材料制成1.5mm厚度的薄板，使用疝气灯照射160h后，在温度为23℃，相对湿度为50％的条件下，使用美国亨特利生产的黄指仪进行检测；黄变指数为正值且数值越大，PC磨砂材料的抗紫外线能力越弱。
检测数据
实施例1-4PC磨砂材料的性能检测数据：
表6.PC磨砂材料的性能检测
Figure BDA0002898160650000081
实施例5-12PC磨砂材料的性能检测数据：
表7.PC磨砂材料的性能检测
Figure BDA0002898160650000082
实施例13-15 PC磨砂材料的性能检测数据：
表8.PC磨砂材料的性能检测
Figure BDA0002898160650000083
Figure BDA0002898160650000091
实施例16-18PC磨砂材料的性能检测数据：
表9.PC磨砂材料的性能检测
Figure BDA0002898160650000092
对比例1-6 PC磨砂材料的性能检测数据：
表10.PC磨砂材料的性能检测
Figure BDA0002898160650000093
数据分析
结合实施例1和对比例1-6并结合表6和10可以看出，本申请的复合光扩散剂的PMMA微球、有机硅微球和纳硫酸钡进行复配使用时，其透光率和雾度高于PMMA微球、有机硅微球和纳硫酸钡中的任意一种光扩散剂或两种复配而成的光扩散剂，因此，三者复配而成的复合光扩散剂对PC磨砂材料的透光率和雾度的提高具有显著的协同作用。
结合实施例1-4并结合表6可以看出，本申请的复合光扩散剂掺量越大，其透光率和雾度增大，但复合光扩散剂掺量超过10％时，对PC磨砂材料的透光率和雾度改善作用不明显，但缺口冲击强度显著下降，因此，复合光扩散剂掺量在10％时，PC磨砂材料的力学性能和光学性能在应用时的综合使用性能较好。
结合实施例4-12并结合表6-7可以看出，本申请的复合光扩散剂中PMMA微球、有机硅微球和纳硫酸钡最佳配比为实施例10的配比。
结合实施例12-15并结合表7-8可以看出，本申请的复合光扩散剂的各组分在此粒径范围内，PC磨砂材料的透光率和雾度逐渐增大，透光率由84.5％提高至85.4％，雾度由96.0％提高至96.4％，但超过此粒径范围，透光率和雾度略有降低。
结合实施例15-16并结合表8-9可以看出，在保证对PC磨砂材料的透光性不产生影响的前提下，全氟碳磺酸钾作为阻燃剂的阻燃效果更好，阻燃等级可达V0。
结合实施例16-17并结合表9可以看出，掺加复配而成的抗氧剂使得PC光分散材料的黄变指数显著降低，PC磨砂材料的抗紫外线性能更佳，同时缺口冲击强度显著增加。
结合实施例17-18并结合表9可以看出，季戊四醇四硬脂酸酯使得PC磨砂材料的透光性略有提升，同时进一步降低PC磨砂材料的黄变指数，提高PC磨砂材料的抗紫外线性能，证明季戊四醇四硬脂酸酯与抗氧剂具有协同作用。
综上所述，PC磨砂材料的最佳制备方式为实施例18。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，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，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (6)

1.一种PC磨砂材料，其特征在于，由包括如下重量份的原料制得:
聚碳酸酯 80-90份
复合光扩散剂 6-16份
阻燃剂 0.5-0.6份
抗氧剂 0.4-2份
润滑剂 0.3-0.6份；
所述复合光扩散剂和聚碳酸酯的质量比为1:10；
所述复合光扩散剂由PMMA微球、有机硅微球和纳米硫酸钡复配而成；
所述PMMA微球、有机硅微球和纳米硫酸钡的质量比为(2-5): (1-3): (3-7)；
所述PMMA微球的粒径为2.0-4.0μm，所述有机硅微球的粒径为1.0-3.0μm，所述纳米硫酸钡的粒径为0.8-1.0μm。
2.根据权利要求1所述的一种PC磨砂材料，其特征在于，所述阻燃剂为全氟碳磺酸钾。
3.根据权利要求2所述的一种PC磨砂材料，其特征在于，所述抗氧剂为四（2,4-二叔丁基酚）4,4’-联苯二亚磷酸酯、β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸正十八碳醇酯、双（2,4-二叔丁基苯酚）季戊四醇二亚磷酸酯和三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯中的一种或几种。
4.根据权利要求3所述的一种PC磨砂材料，其特征在于，所述润滑剂为季戊四醇四硬脂酸酯。
5.权利要求1-4任意一项所述的一种PC磨砂材料的制备方法，其特征在于，由包括如下工艺步骤制备而成：
称取配方量的聚碳酸酯、复合光扩散剂、阻燃剂、抗氧剂和润滑剂进行干燥预处理；
将复合光扩散剂、阻燃剂、抗氧剂和润滑剂投入搅拌机中进行预混，制得混合助剂；
将聚碳酸酯投入至搅拌机中与混合助剂进行混合，再投入双螺杆挤出机中熔融共混，挤出温度为245-255℃，制得PC磨砂材料。
6.一种LED灯具，其特征在于，使用3D打印耗材拉丝机通过熔融层积成型技术进行打印，所用线材为权利要求1-4任意一项所述PC磨砂材料。
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