CN113896936A - 发泡光扩散板及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种发泡光扩散板及其制备方法和应用，所述发泡光扩散板的制备方法包括如下步骤：将聚苯乙烯、含有羰基的聚合物以及成核剂混合熔融，得到共混物，其中，所述含有羰基的聚合物熔融温度≤200℃；向所述共混物中注入超临界二氧化碳，然后挤出发泡，得到发泡光扩散板。本发明所述发泡光扩散板的制备方法清洁无害，可以有效减轻光扩散板质量，并且制备得到的发泡光扩散板的泡孔尺寸均匀，使其密度均一，具有良好的光学性能和机械性能，可以通过IK03防护等级测试，应用前景广阔。

Description

发泡光扩散板及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及扩散板领域，特别是涉及一种发泡光扩散板及其制备方法和应用。
背景技术
光扩散板被广泛运用于5G智能手机产业、汽车配位产业、液晶显示和LED照明等领域。传统的光扩散板为半透明的有机玻璃板材，在有机玻璃板材的表面或两表面加工出凹凸点或凹点条纹，可以提高光扩散板对光的分散性能，使光源发射出的光线通过光扩散板发射出后能够均匀化，实现柔和、均匀的照明效果。但是这种有机玻璃板材的质量较高、密度较大，限制了其应用领域。
为了降低光扩散板的质量，利用聚合物发泡材料能够制备出具有泡孔的发泡光扩散板。但是，传统的发泡技术难以控制泡孔尺寸的均匀性，使发泡光扩散板的密度不均一，从而导致发泡光扩散板在光学及机械性能等方面性能表现不佳。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题提供一种发泡光扩散板及其制备方法和应用；所述制备方法得到的发泡光扩散板具有良好的光学性能和机械性能，使其可以被广泛应用于电子显示器件等领域。
一种发泡光扩散板的制备方法，包括如下步骤：
将聚苯乙烯、含有羰基的聚合物以及成核剂混合熔融，得到共混物，其中，所述含有羰基的聚合物的熔融温度≤200℃；
向所述共混物中注入超临界二氧化碳，然后挤出发泡，得到发泡光扩散板。
在其中一个实施例中，所述含有羰基的聚合物包括聚乳酸、聚丙烯酰胺、聚亚癸基甲酰胺、聚癸二酰己二胺中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述聚苯乙烯与所述含有羰基的聚合物的质量比为70:30-99:1。
在其中一个实施例中，所述成核剂包括滑石粉、碳酸钙、云母、蒙脱土、二氧化硅、二氧化钛、磷灰石、镁铝水滑石中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述成核剂的粒径为1μm-5μm，所述成核剂的质量为所述共混物总质量的3％-12％。
在其中一个实施例中，在20g/h的挤出速率条件下，所述超临界二氧化碳的注气量为20g/h-100g/h。
在其中一个实施例中，所述超临界二氧化碳的注入压力为5MPa-10MPa。
本发明所述发泡光扩散板的制备方法中，选用熔融温度≤200℃的含有羰基的聚合物与聚苯乙烯进行共混，一方面，有利于含有羰基的聚合物与聚苯乙烯共同混合熔融；另一方面，含有羰基的聚合物可以提高二氧化碳在共混物中的溶解度，改善共混物对二氧化碳的吸收，增加共混物发泡时泡孔成核点的数目，以获得更加致密的泡孔结构。并且，相较于单一聚合物，共混物可以增加共混体系的过饱和程度，以提高发泡体系的发泡能力，有利于泡孔成核。因而，本发明制备得到的发泡光扩散板中泡孔的密度更大、尺寸更均匀，使该发泡光扩散板的密度较低且均一。
一种如上所述制备方法得到的发泡光扩散板，所述发泡光扩散板的密度为0.55g/cm3-0.86g/cm3，泡孔直径为70μm-500μm，泡孔直径的误差≤20％。
在其中一个实施例中，所述发泡光扩散板包括芯层以及设置在所述芯层两个相对表面上的表层，其中，所述芯层中包括有泡孔。
由于所述发泡光扩散板的泡孔直径的误差范围较小，即泡孔尺寸大小均匀，使所述发泡光扩散板密度均一，有效改善了所述发泡光扩散板对光源的反射和透射，利于所述发泡光扩散板实现柔和、均匀的照明效果，并且避免了因泡孔尺寸不均匀导致发泡光扩散板密度不均一而造成的光损失问题。同时，均匀的泡孔尺寸构成了蜂窝状结构，可以有效分散外力冲击作用，有利于提升所述发泡光扩散板的韧性和抗冲击性能，改善所述发泡光扩散板的整体机械性能，使所述发泡光扩散板达到IK03防护等级。
另外，本发明发泡光扩散板的泡孔尺寸均匀，使所述发泡光扩散板的密度较小，有效降低了发泡光扩散板的整体质量，拓展了发泡光扩散板的可应用领域。
一种如上所述的发泡光扩散板在电子显示器件中的应用。
将本发明所述的发泡光扩散板应用于电子显示器件中时，可以有效提高对光源的分散、折射以及透射等方面的性能，并使光源发射出的光线通过发泡光扩散板后能够均匀化，同时所述发泡光扩散板质量较低、整体机械性能良好，因此，可以更好的适用于电子显示器件生产中的应用。
附图说明
图1为本发明实施例1制备得到发泡光扩散板的纵截面的二点五次元影像测量图。
具体实施方式
以下将对本发明提供的发泡光扩散板及其制备方法和应用作进一步说明。
本发明提供的发泡光扩散板的制备方法，包括如下步骤：
S1，将聚苯乙烯、含有羰基的聚合物以及成核剂混合熔融，得到共混物，其中，所述含有羰基的聚合物的熔融温度≤200℃；
S2，向所述共混物中注入超临界二氧化碳，然后挤出发泡，得到发泡光扩散板。
在步骤S1中，选用含有羰基的聚合物作为共混组分之一，可以提高二氧化碳在共混物中的溶解度，改善共混物对二氧化碳的吸收，增加共混物发泡时泡孔成核点的数目，以获得更加致密的泡孔结构。并且，相较于单一聚合物，选用含有羰基的聚合物组成的共混物可以增加共混体系的过饱和程度，以提高发泡体系的发泡能力，有利于泡孔成核。因而，制备得到的发泡光扩散板中的泡孔密度更大、尺寸更均匀，有效避免了因泡孔密度、尺寸不均匀导致发泡光扩散板的密度不均一的问题。
本发明选用熔融温度≤200℃的含有羰基的聚合物与聚苯乙烯进行共混，可以保证熔融温度在200℃左右的聚苯乙烯在刚好熔融时，含有羰基的聚合物可以与聚苯乙烯共同混合成熔融状态。
其中，所述含有羰基的聚合物包括聚乳酸、聚丙烯酰胺、聚亚癸基甲酰胺、聚癸二酰己二胺中的至少一种。由于聚乳酸与聚苯乙烯具有更好的相容性，并且聚乳酸具有来源广、可再生、可降解等优势，降解产物为水和二氧化碳，不会对环境造成任何污染，因此，所述含有羰基的聚合物进一步优选为聚乳酸。
在共混物中，随着所述含有羰基的聚合物比例的增加，共混物可吸附二氧化碳的饱和度提高，使发泡产生的气泡量增加，但是当气泡过量时会产生团聚现象，从而使制备得到的发泡光扩散板的透光率降低。因此，为了保持良好的透光率，所述聚苯乙烯与所述含有羰基的聚合物的质量比为70:30-99:1，进一步优选为85:15-99:1。
应予说明的是，当所述含有羰基的聚合物选自聚丙烯酰胺、聚亚癸基甲酰胺、聚癸二酰己二胺中的至少一种时，所述含有羰基的聚合物与聚苯乙烯的相容性不如聚乳酸与聚苯乙烯的相容性良好，此时所述含有羰基的聚合物添加的质量需低于聚苯乙烯质量的5％，以保证所述含有羰基的聚合物与聚苯乙烯可以混合完全形成熔融状态。
在一些实施方式中，所述成核剂包括滑石粉、碳酸钙、云母、蒙脱土、二氧化硅、二氧化钛、磷灰石、镁铝水滑石中的至少一种，进一步优选为滑石粉。
由于成核剂的粒径大小会影响发泡的速率和稳定性，所以，所述成核剂的粒径优选为1μm-5μm。
在共混物中，随着成核剂添加量的增多，成核的位点逐渐增多，成核密度增加，但是加入成核剂添加量过多，会产生过量气泡而产生团聚现象，并且成核剂本身对光存在一定的折射、扩散作用。因此，为了避免成核剂过多造成光损失，所述成核剂的质量为所述共混物总质量的3％-12％，例如：3％、6％、9％、12％，进一步优选为6％。
应予说明的是，所述共混物还包括扩散剂、增韧剂、漂白剂中的至少一种。其中，所述扩散剂包括中二氧化硅、二氧化钛、硅树脂的至少一种；所述增韧剂包括中的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、乙烯-辛烯共聚物至少一种；所述漂白剂包括OB-1、ER-1、KCB、KSN中的至少一种。
在步骤S2中，随着超临界二氧化碳的注气量的增加，发泡产生的气泡逐渐增多，可以制备得到具有较低密度的发泡光扩散板。但是，当注气量过大，会导致发泡泡孔破裂、合并。为了避免因泡孔破裂、合并出现发泡光扩散板密度不均的问题，在20g/h的挤出速率条件下，所述超临界二氧化碳的注气量为20g/h-100g/h，例如：20g/h、30g/h、40g/h、50g/h、60g/h、70g/h、80g/h、90g/h、100g/h。
由此，为了使超临界二氧化碳与共混物混合完全形成均相熔体，并保持50％-80％的低发泡倍率，进而使形成的泡孔尺寸保持在一定的范围内，使制备得到的发泡光扩散板具有良好的透光率、雾度和机械性能，所述超临界二氧化碳的注气量进一步优选为60g/h，此时制备得到的发泡光扩散板可以保持35％以上的透光率和较高的雾度。所述超临界二氧化碳的注入压力为5MPa-10MPa。
具体地，采用双螺杆挤出机将注入超临界二氧化碳的所述共混物搅拌均匀后进行挤出发泡。所述双螺杆挤出机包括一区、二区、三区、四区、五区、六区、八区、区、九区、换网器、静态混合器以及模头装置，其中，所述一区的加热温度为190℃-230℃，所述二区的加热温度为190℃-230℃，所述三区的加热温度为200℃-240℃，所述四区的加热温度为200℃-240℃，所述五区的加热温度为200℃-240℃，所述六区的加热温度为205℃-245℃，所述七区的加热温度为205℃-245℃，所述八区的加热温度为200℃-240℃，所述九区的加热温度为200℃-240℃，所述换网器的加热温度为190℃-230℃，所述静态混合器的加热温度为180℃-230℃，所述模头装置的加热温度为180℃-220℃。
由于所述共混物具有50％-80％的低发泡倍率，并且含有羰基的聚合物本身熔体的强度较低，使所述共混物在发泡过程中容易发生泡孔破裂的现象。因此，为了抑制因泡孔破裂而导致发泡光扩散板表层不光滑的现象，所述模头装置优选为ABA三层模头装置。所述ABA三层模头装置包括上模头、中模头和下模头，其中，上模头、中模头和下模头的加热温度分别选自180℃-220℃。
本发明还提供一种如上所述的制备方法得到的发泡光扩散板，所述发泡光扩散板的密度为0.55g/cm3-0.86g/cm3，泡孔直径为70μm-500μm，泡孔直径的误差≤20％。
虽然传统制备工艺已初步实现了利用聚合物发泡材料制备出具有泡孔的发泡光扩散板，但是，单一的聚合物组分难以控制发泡成核，导致生成的泡孔尺寸差异较大，使制备得到的发泡光扩散板的泡孔直径具有较大误差，从而导致发泡光扩散板密度不均一、在光学及机械性能等方面表现不佳，限制了发泡光扩散板的应用。
本发明通过多组分共混制备得到发泡光扩散板的泡孔直径的误差范围较小，即泡孔尺寸大小均匀，使所述发泡光扩散板密度均一，有效改善了所述发泡光扩散板对光源的反射和透射，利于所述发泡光扩散板实现柔和、均匀的照明效果，并且避免了因泡孔尺寸不均匀导致发泡光扩散板密度不均一而造成的光损失问题。同时，均匀的泡孔尺寸构成了蜂窝状结构，可以有效分散外力冲击作用，有利于提升所述发泡光扩散板的韧性和抗冲击性能，改善所述发泡光扩散板的整体机械性能，使所述发泡光扩散板达到IK03防护等级。
另外，本发明发泡光扩散板的泡孔尺寸均匀，使所述发泡光扩散板的密度较小，有效降低了发泡光扩散板的整体质量，拓展了发泡光扩散板的可应用领域。
在一些实施方式中，所述发泡光扩散板包括芯层以及设置在所述芯层两个相对表面上的表层，其中，所述芯层中包括有泡孔。
通过ABA三层模头装置制备得到的发泡光扩散板包括具有泡孔的芯层以及设置在所述芯层两个相对表面上的表层，其中，所述表层可以为光滑平面和/或压印有花纹的平面，所述花纹例如可以是：凹凸点、凹点条纹，还可以根据发泡光扩散板的应用需求进行设计。
本发明还提供一种如上所述的发泡光扩散板在电子显示器件中的应用。
将本发明所述的发泡光扩散板应用于电子显示器件中时，可以有效提高对光源的分散、折射以及透射等方面的性能，并使光源发射出的光线通过发泡光扩散板后能够均匀化，同时所述发泡光扩散板质量较低、整体机械性能良好，因此，可以更好的适用于电子显示器件生产中的应用。
以下，将通过以下具体实施例对所述发泡光扩散板及其制备方法和应用做进一步的说明。
实施例1
取40kg的聚苯乙烯、7kg的聚乳酸、3kg的滑石粉(粒径为2μm)投入双螺杆挤出机中进行充分剪切和均匀混合形成熔融状态，其中，双螺杆挤出机中一区的加热温度为200℃，二区的加热温度为200℃，三区的加热温度为210℃，四区的加热温度为210℃，五区的加热温度为210℃，六区的加热温度为215℃，七区的加热温度为215℃，八区的加热温度为210℃，九区的加热温度为210℃，换网器的加热温度为200℃，静态混合器的加热温度为190℃。
在20kg/h的挤出速率条件下，以8MPa的注入压力和60g/h的注气量通入超临界二氧化碳并搅拌均匀。最后，通过ABA三层模头装置以上模头190℃、中模头190℃以及下模头190℃的加热温度进行挤出发泡，得到如图1所示的发泡光扩散板。
对制得的发泡光扩散板进行性能测试，具体结果见表1。
实施例2
实施例2与实施例1的区别仅在于，采用35kg的聚苯乙烯、10kg的聚丙烯酰胺、3kg的滑石粉(粒径为2μm)。
对制得的发泡光扩散板进行性能测试，具体结果见表1。
实施例3
实施例3与实施例1的区别仅在于，采用30kg的聚苯乙烯、5kg的聚亚癸基甲酰胺、3kg的滑石粉(粒径为2μm)。
对制得的发泡光扩散板进行性能测试，具体结果见表1。
实施例4
实施例4与实施例1的区别仅在于，采用33kg的聚苯乙烯、14kg的聚乳酸、3kg的滑石粉(粒径为2μm)。
对制得的发泡光扩散板进行性能测试，具体结果见表1。
实施例5
实施例5与实施例1的区别仅在于，采用37.5kg的聚苯乙烯、6.5kg的聚乳酸、6kg的滑石粉(粒径为2μm)。
对制得的发泡光扩散板进行性能测试，具体结果见表1。
实施例6
实施例6与实施例1的区别仅在于，采用40kg的聚苯乙烯、7kg的聚乳酸、3kg的滑石粉(粒径为4μm)。
对制得的发泡光扩散板进行性能测试，具体结果见表1。
实施例7
实施例7与实施例1的区别仅在于，采用40kg的聚苯乙烯、7kg的聚乳酸、3kg的滑石粉(粒径为2μm)。
对制得的发泡光扩散板进行性能测试，具体结果见表1。
对比例1
对比例1与实施例1的区别仅在于，采用7kg的聚苯乙烯代替7kg的聚乳酸。
对制得的发泡光扩散板进行性能测试，具体结果见表1。
对比例2
对比例2与实施例1的区别仅在于，采用7kg的聚甲基丙烯酸甲酯代替7kg的聚乳酸。
对制得的发泡光扩散板进行性能测试，具体结果见表1。
对比例3
对比例3与实施例1的区别仅在于，采用7kg的聚己内酰胺代替7kg的聚乳酸。
对制得的发泡光扩散板进行性能测试，具体结果见表1。
表1
Figure BDA0003312033520000101
从表1可知，实施例1-7制备得到的发泡光扩散板的密度均低于0.86g/cm3，泡孔直径误差也小于20％，雾度达到了99％以上，透光率为35％以上，同时，还具备较好的机械性能，均能通过IK03防护等级测试。
对比例1采用聚苯乙烯代替聚聚乳酸，以聚苯乙烯为单一组分聚合物，吸附二氧化碳体系的过饱和程度减小，发泡体系的发泡能力降低，因而，与具有多元组分共混物的实施例1相比，对比例1制备得到的发泡光扩散板的泡孔尺寸减小了24μm，密度增大了0.28g/cm3，进而其雾度和透光率均有所增加，但未能通过IK03防护等级测试。
对比例2采用聚甲基丙烯酸甲酯代替聚乳酸，由于聚甲基丙烯酸甲酯的结构中不含羰基，共混物吸附二氧化碳的能力减小，发泡体系的发泡能力降低，因而与实施例1相比，对比例2制备得到的发泡光扩散板的密度增大了0.15g/cm3，泡孔直径误差也增加了18％，进而其雾度和透光率均有所下降，且未能通过IK03防护等级测试。
对比例3采用聚己内酰胺代替聚乳酸，由于聚己内酰胺的熔融温度为220℃，略高于聚苯乙烯的熔融温度，因此，在以聚苯乙烯熔融温度的加热条件下，聚己内酰胺不能熔融完全，未能与聚苯乙烯形成混合熔融状态，影响了共混物的发泡效果。所以，与实施例1相比，对比例3制备得到的发泡光扩散板的密度增大了0.11g/cm3，泡孔直径误差也增加了23％，进而其雾度和透光率均有所下降，且未能通过IK03防护等级测试。
因此，本发明的制备方法得到的发泡光扩散板的泡孔尺寸均匀，使其密度均一，具有良好的光学性能和机械性能，可以通过IK03防护等级测试，适用于制备电子显示器件，未来应用前景广阔。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种发泡光扩散板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将聚苯乙烯、含有羰基的聚合物以及成核剂混合熔融，得到共混物，其中，所述含有羰基的聚合物的熔融温度≤200℃；
向所述共混物中注入超临界二氧化碳，然后挤出发泡，得到发泡光扩散板。
2.根据权利要求1所述发泡光扩散板的制备方法，其特征在于，所述含有羰基的聚合物包括聚乳酸、聚丙烯酰胺、聚亚癸基甲酰胺、聚癸二酰己二胺中的至少一种。
3.根据权利要求1所述发泡光扩散板的制备方法，其特征在于，所述聚苯乙烯与所述含有羰基的聚合物的质量比为70:30-99:1。
4.根据权利要求1所述发泡光扩散板的制备方法，其特征在于，所述成核剂包括滑石粉、碳酸钙、云母、蒙脱土、二氧化硅、二氧化钛、磷灰石、镁铝水滑石中的至少一种。
5.根据权利要求1所述发泡光扩散板的制备方法，其特征在于，所述成核剂的粒径为1μm-5μm，所述成核剂的质量为所述共混物总质量的3％-12％。
6.根据权利要求1所述发泡光扩散板的制备方法，其特征在于，在20g/h的挤出速率条件下，所述超临界二氧化碳的注气量为20g/h-100g/h。
7.根据权利要求1所述发泡光扩散板的制备方法，其特征在于，所述超临界二氧化碳的注入压力为5MPa-10MPa。
8.一种如权利要求1-7任一项所述制备方法得到的发泡光扩散板，其特征在于，所述发泡光扩散板的密度为0.55g/cm3-0.86g/cm3，泡孔直径为70μm-500μm，泡孔直径的误差≤20％。
9.根据权利要求8所述的发泡光扩散板，其特征在于，所述发泡光扩散板包括芯层以及设置在所述芯层两个相对表面上的表层，其中，所述芯层中包括有泡孔。
10.一种如权利要求8-9任一项所述的发泡光扩散板在电子显示器件中的应用。
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