CN114015181A - 高耐热防红曝透红外光学复合材料组合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高耐热防红曝透红外光学复合材料组合物及其制备方法，所述组合物由PMMA树脂、耐热剂、抗氧剂、扩散粉、紫外线吸收剂、光稳定剂及红外线穿透剂组成。本发明能够在波长800NM前屏蔽所有可见光，可见光为0.01％，波长850NM后开始范围内的红外线透过，红外透过率可达88‑93％以上，可而且不会产生吸收和反射，在940nm传感器的光源下，没有红爆现象，起到了防红曝，抗干扰能力强。

Description

高耐热防红曝透红外光学复合材料组合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料组合物的保护技术领域，具体涉及一种高耐热防红曝透红外光学复合材料组合物及其制备方法。
背景技术
传统红外光学材料一般为PC、PMMA、MABS和PS等透明材料制成，虽然普通PMMA具有高的透明度，但是易老化不耐热。而PC、MABS、PS虽然同样具有高透明度，易加工的优势，但是这些材料均易老化，且一般的红外功能材料在940nm传感器光源均有红曝现象，易受干扰，不适合户外使用。因此，业内亟需开发一种高耐热级、防红曝、光稳定、抗干扰、不易老化和可红外穿透的复合光学材料。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种高耐热防红曝透红外光学复合材料组合物及其制备方法。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明实施例一提供一种高耐热防红曝透红外光学复合材料组合物，所述组合物由PMMA树脂、耐热剂、抗氧剂、扩散粉、紫外线吸收剂、光稳定剂及红外线穿透剂组成，其中按照以下重量份数比设定组分；
PMMA树脂：71-85份；
耐热剂：0.6-3份；
抗氧剂：0.6-3份；
扩散粉：0.3-2份；
紫外线吸收剂：1-9.5份；
光稳定剂：1-3份；
红外线穿透剂:2-19份。
本发明优选的，按照以下重量份数比设定组分；
PMMA树脂：79份；
耐热剂：2.1份；
抗氧剂:2.1份；
扩散粉1.6份；
紫外线吸收剂6.7份；
光稳定剂：1份；
红外线穿透剂:13.4份。
本发明优选的，所述PMMA树脂熔融指数为2-3cm3/10min，缺口冲击强度大于8KJ/M2，透光率大于92。
本发明优选的，所述耐热剂和抗氧剂的重量比为1:1。
本发明优选的，所述紫外线吸收剂和红外线穿透剂的重量比为1:2。
本发明优选的，所述红外线穿透剂多种染料和乳剂，所述染料与乳剂的比重为7：3。
本发明优选的，多种所述染料包括B绿染料、3G橙染料、4V紫染料、H3G红染料、136黄染料中的一种或多种。
本发明实施例二提供一种高耐热防红曝透红外光学复合材料组合物的制备方法，包括以下步骤：
S1：将PMMA树脂、耐热剂、抗氧剂、扩散粉、紫外线吸收剂、光稳定剂及红外线穿透剂按比例称取，后放入高速混合机中充分搅拌20-30分钟形成混合料，所述高速混合机的转速为190-230转/min；
S2：将混合料加入双螺杆挤出机中，经过熔融、挤出、造粒和干燥后，即得成品；
S3：通过高速切粒机切成粒、包装。
本发明优选的，根据步骤S2，所述挤出机包括九个加工区，每个加工区的加工温度为180-200℃，挤出机的真空度≥0.09MPa，挤出机的长径比为30-38，挤出机的螺杆转速为320-580转/分钟。
与现有技术相比，本发明通过本发明制作的高耐热防红曝透红外光学复合材料组合物能够在波长800NM前屏蔽所有可见光，可见光为0.01％，波长850NM后开始范围内的红外线透过，红外透过率可达88-93％以上，可而且不会产生吸收和反射，在940nm传感器的光源下，没有红爆现象，起到了防红曝，抗干扰能力强；作为高耐热级防红曝透红外光学天眼材料技术中的关键材料，在智能天眼追踪系统、智能感应汽车车载摄像头,眼球追踪系统,激光镭达,ATM银行柜台机、军工领域、智能感应等拥有广泛的用途，可适用于室内户外使用的场合，弥补了市场上PMMA不耐热且不能防红曝屏蔽所有可见光的红外功能材料的不足，取得了行业内的技术性的突破，为防红曝透红外光学天眼材料做出了巨大的贡献。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种高耐热防红曝透红外光学复合材料组合物，所述组合物由PMMA树脂、耐热剂、抗氧剂、扩散粉、紫外线吸收剂、光稳定剂及红外线穿透剂组成，其中按照以下重量份数比设定组分；
PMMA树脂：71-85份；
耐热剂：0.6-3份；
抗氧剂：0.6-3份；
扩散粉：0.3-2份；
紫外线吸收剂：1-9.5份；
光稳定剂：1-3份；
红外线穿透剂:2-19份。
本发明优选的，按照以下重量份数比设定组分；
PMMA树脂：79份；
耐热剂：2.1份；
抗氧剂:2.1份；
扩散粉1.6份；
紫外线吸收剂6.7份；
光稳定剂：1份；
红外线穿透剂:13.4份。
本发明优选的，所述PMMA树脂熔融指数为2-3cm3/10min，缺口冲击强度大于8KJ/M2，透光率大于92。
PMMA树脂(聚甲基丙烯酸甲酯)，PMMA的牌号为8N。PMMA树脂是无毒环保的材料，具有良好的化学稳定性和耐候性；具有高透明度，易加工的优势，其熔融指数高达2-3cm3/10min，制得的材料具有硬度高，耐刮花效果好，另外，材料的硬度高、透明度高达92以上，确保制得的复合材料具有防红曝、高耐热、红外透过率高和优异的注塑加工性能，可广泛用于智能天眼追踪系统、智能感应汽车车载摄像头,眼球追踪系统,激光镭达,ATM银行柜台机、军工领域、智能感应等。
本发明优选的，所述耐热剂和抗氧剂的重量比为1:1。
所述耐热剂是一种新型高温增效剂，型号为SH-826，运用环保纳米技术加工而成，它能有效防止侧链的氧化交联和主链的环化解聚，提高PMMA树脂侧基的热氧化稳定性，能使PMMA树脂耐温性提高到120-150℃左右，短时可耐200℃的温度，克服了PMMA树脂耐温窄(-60℃-80℃)，在高温领域受到极大限制的缺陷，添加耐热剂后还能保持材料表面硬度，力学性能无明显变化，并且有优良的电绝缘性能、耐候性和透气性，无毒无味。
所述抗氧剂的型号为1010，不仅对氢过氧化物分解能力强、含有有效磷量高、符合抗氧剂高分子量化的趋势,而且在改善制品加工稳定性、提高耐候性、赋予优良色泽等方面都表现出优异的效果，本发明采用抗氧剂以特定质量比配置而成的抗氧剂可以提高材料的抗氧化性能，且不影响材料的耐热性能和防红曝性能，抗氧化效果好，制得的复合材料的加工性能更优异，抗氧剂能够延缓或抑制氧化过程的进行，从而阻止老化并延长其使用寿命。
由于耐热剂和抗氧剂起到协同作用，但是，也因为不同类型或同一类型、不同品种的抗氧剂跟耐热剂比重差别，都存在协同或对抗作用，通过将耐热剂和抗氧剂的比重设定为1：1时，不仅可以提高产品性能，增强抗氧效果，而且抗氧剂协同耐热剂的聚合物材料在高温加工或使用过程中，由于氧原子的袭击会使其发生氧化降解，在相同耐热等级下,耐热剂与抗氧剂比重对聚合物吸水速率存在差异,含水率的差异直接影响聚合物的力学性能；与α-甲基苯乙烯(α-MSt)耐热体系相比,N-苯基马来酰亚胺(NPMI)耐热体系的吸水速率更快,存放相同的时间,材料性能，尤其是耐热性能所受的影响也更大，因此，耐热剂和抗氧剂的比重为1：1时抗氧和耐热效果最佳。
本发明优选的，所述紫外线吸收剂和红外线穿透剂的重量比为1:2。
所述紫外线吸收剂是一类可防止太阳光或其他人造紫外光引起聚合物降解的物质，是一种光稳定剂，由于太阳光线中含有大量对有色物体有害的紫外光，其波长约290-460nm，这些有害的紫外光通过化学上的氧化还原作用，使颜色分子最后分解褪色，而使用紫外线吸收剂对受保护的物体可以实施有效的防止或削弱其对颜色的破坏，加入紫外线吸收剂后可选择性地吸收这种高能量的紫外线，使之变成无害的能量而释放或消耗，为能抑制和延缓紫外线对聚合物造成光老化的物质。
本发明优选的，所述红外线穿透剂多种染料和乳剂，所述染料与乳剂的比重为7：3，多种所述染料包括B绿染料、3G橙染料、4V紫染料、H3G红染料、136黄染料中的一种或多种，可根据需求颜色调整染料种类与添加量。乳剂主要由卤化银和明胶组成，即卤化银颗粒在明胶中形成的悬浮体，明胶作为粘合剂不仅起着阻碍银颗粒沉积和凝集的作用，而且明胶中含有的微量杂质还起着增感作用，乳剂中除溴化银之外，还含有少量碘化银，在制备过程中加入增感剂，超增感剂，稳定剂，表面活性剂等补加剂。往乳剂中加入染料，可把乳剂的感色范围扩展到黄色，这种向乳剂中加入染料，使其感受到它原来所不能感受的色光的作用，叫做光谱增感作用，而这些染料则叫做光谱增感剂，红乳剂中加入特殊增感剂的结果。红外感光材料在感光度，反差系数，解像力和稳定性等性能方面，与普通感光材料有所不同。
在室温条件下，红外感光材料的感光度很快会降低，因此，应把它保存在低温下，在此种条件下，红外感光材料的保存期限为6个月，冲洗红外感光材料象冲洗黑白感光材料一样，但是，在深绿色照明下，它是不会曝光的，因为颜料是以物理分散方式混和于媒体中，染料是溶解于媒体中，颜料存在媒体里是粒子状，染料是分子状，这些染料在塑胶基体中的存在方式，直接影响材料的透明度和红外线穿透率及无红曝现象。
由于紫外线吸收剂和红外线穿透剂不同类型或用一类型、不同品种的紫外线吸收剂和红外线穿透剂都存在协同或对抗作用，通过将紫外线吸收剂和红外线穿透剂的比重设定为1：2，不仅使得聚合物材料在吸收红外线的同时,又具有优异的吸收紫外线的功能,且有良好的红外透过性。
所述扩散粉采用花王扩散粉EB-FF，属于一种白色细小的粉末状态，化学名称叫为：乙撑双硬脂酸酰胺，它属于硬脂酰胺类的一种分散剂，又可称为扩散粉，其具有比较高的一个熔点，并且能在熔融的状态时可以自如的保持一种比较低的粘度，它在比较高温的熔融状态的时候，可以跟树脂以及相容的溶剂有非常良好的一个相容度，此类扩散粉，不仅可以完美起到分散的重要的作用，它还有一个润滑的作用，除此之外，此类扩散粉还能起到脱模和防静电的功能，它在各种不同产品加工中，都有着各种不同的功能与作用。
所述光稳定剂，外观为白色结晶粉末，熔点81℃～86℃，溶于乙醇、乙酸乙酯、苯等有机溶剂，不溶于水，受阻胺类光稳定剂(HALS)，由于其本身具有独特的、卓越的光保护性能，其效率是一般传统光稳定剂的2-3倍，同时和紫外线吸收剂、抗氧剂等助剂有良好的协同效应。
本发明另实施例提供一种高耐热防红曝透红外光学复合材料组合物的制备方法，包括以下步骤：
S1：将PMMA树脂、耐热剂、抗氧剂、扩散粉、紫外线吸收剂、光稳定剂及红外线穿透剂按比例称取，后放入高速混合机中充分搅拌20-30分钟形成混合料，所述高速混合机的转速为190-230转/min；
S2：将混合料加入双螺杆挤出机中，经过熔融、挤出、造粒和干燥后，即得成品，所述挤出机包括九个加工区，每个加工区的加工温度为180-200℃，挤出机的真空度≥0.09MPa，挤出机的长径比为30-38，挤出机的螺杆转速为320-580转/分钟；
S3：通过高速切粒机切成粒、包装。
实施例一：
将PMMA树脂：79份、耐热剂：2.1份、抗氧剂:2.1份、扩散粉1.6份、紫外线吸收剂6.7份、光稳定剂：1份、红外线穿透剂:13.4份，在高速混合器中将上述组分在室温下混合均匀，之后在双螺杆挤出机生产；加工条件：物料混拌转速为：190转/分钟；一区温度：180℃，二区温度：185℃，三区温度：190℃，四区温度：195℃，五区温度：200℃，六区温度：200℃，七区温度：195℃，八区温度：195℃，九区温度：200℃，螺杆转速：400转/分钟，挤出机的真空度为0.09MPa，挤出机的长径比为30。
实施例二：
将PMMA树脂：77份、耐热剂：0.9份、抗氧剂:0.9份、扩散粉0.6份、紫外线吸收剂8.25份、光稳定剂：1.8份、红外线穿透剂:16.5份，在高速混合器中将上述组分在室温下混合均匀，之后在双螺杆挤出机生产；加工条件：物料混拌转速为：190转/分钟；一区温度：180℃，二区温度：185℃，三区温度：190℃，四区温度：195℃，五区温度：200℃，六区温度：200℃，七区温度：195℃，八区温度：195℃，九区温度：200℃，螺杆转速：400转/分钟，挤出机的真空度为0.11MPa，挤出机的长径比为34。
综上所述，本发明制得的复合材料的耐热温度达120度，且复合红外光学天眼材料具有较高的红外线穿透率，红外透过率为88-93％，400-700NM可见光<0.01％，800NM可见光<1％，在940nm传感器的光源下，没有红爆现象，起到了防红曝，抗干扰能力强。另外，稳定剂，抗氧剂、紫外线吸收剂的加入对具有红外穿透功能的透明复合材料的力学性能无影响，其主要提高抗老化发及光稳定性能。
因此，本发明可以克服现有的红外穿透材料透可见光，在940nm传感器光源均有红曝现象，易受干扰，不耐热，易老化等使用的缺点。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种高耐热防红曝透红外光学复合材料组合物，其特征在于，所述组合物由PMMA树脂、耐热剂、抗氧剂、扩散粉、紫外线吸收剂、光稳定剂及红外线穿透剂组成，其中按照以下重量份数比设定组分；
PMMA树脂：71-85份；
耐热剂：0.6-3份；
抗氧剂：0.6-3份；
扩散粉：0.3-2份；
紫外线吸收剂：1-9.5份；
光稳定剂：1-3份；
红外线穿透剂:2-19份。
2.根据权利要求1所述的一种高耐热防红曝透红外光学复合材料组合物，其特征在于，按照以下重量份数比设定组分；
PMMA树脂：79份；
耐热剂：2.1份；
抗氧剂:2.1份；
扩散粉1.6份；
紫外线吸收剂6.7份；
光稳定剂：1份；
红外线穿透剂:13.4份。
3.根据权利要求2所述的一种高耐热防红曝透红外光学复合材料组合物，其特征在于，所述PMMA树脂熔融指数为2-3cm3/10min，缺口冲击强度大于8KJ/M2，透光率大于92。
4.根据权利要求3所述的一种高耐热防红曝透红外光学复合材料组合物，其特征在于，所述耐热剂和抗氧剂的重量比为1:1。
5.根据权利要求4所述的一种高耐热防红曝透红外光学复合材料组合物，其特征在于，所述紫外线吸收剂和红外线穿透剂的重量比为1:2。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种高耐热防红曝透红外光学复合材料组合物，其特征在于，所述红外线穿透剂多种染料和乳剂，所述染料与乳剂的比重为7：3。
7.根据权利要求6所述的一种高耐热防红曝透红外光学复合材料组合物，其特征在于，多种所述染料包括B绿染料、3G橙染料、4V紫染料、H3G红染料、136黄染料中的一种或多种。
8.一种高耐热防红曝透红外光学复合材料组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将PMMA树脂、耐热剂、抗氧剂、扩散粉、紫外线吸收剂、光稳定剂及红外线穿透剂按比例称取，后放入高速混合机中充分搅拌20-30分钟形成混合料，所述高速混合机的转速为190-230转/min；
S2：将混合料加入双螺杆挤出机中，经过熔融、挤出、造粒和干燥后，即得成品；
S3：通过高速切粒机切成粒、包装。
9.根据权利要求8所述的一种高耐热防红曝透红外光学复合材料组合物及其制备方法，其特征在于，根据步骤S2，所述挤出机包括九个加工区，每个加工区的加工温度为180-200℃，挤出机的真空度≥0.09MPa，挤出机的长径比为30-38，挤出机的螺杆转速为320-580转/分钟。
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Citations (6)

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