CN114987014A - 扩散板及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种扩散板及其制备方法和应用，具体涉及光学板材技术领域。本发明提供的扩散板，具有ABA结构，其中A层为表面层，B层为芯层；表面层的材质包括聚苯乙烯、有机粒子和无机粒子；无机粒子在所述表面层中的占比为1wt.％‑15wt.％；芯层的材质包括增韧树脂。本发明提供的扩散板通过在表面层增加1wt.％‑15wt.％的无机粒子，提高了扩散板的光扩散率，提高总的平面发光强度。在芯层添加增韧树脂，提高了扩散板的韧性，使扩散板可吹塑，韧性高，表面具有哑光磨砂质感。

Description

扩散板及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及光学板材技术领域，尤其是涉及一种扩散板及其制备方法和应用。
背景技术
光学扩散板是通过物理的手段，利用光线在行进途中遇到两个折射率相异的介质时，发生折射、反射与散射的物理现象。通过在PMMA、PC、PS等基材基础中添加无机或有机光扩散剂，或者通过基材表面的微特征结构的阵列排列人为调整光线，使光线发生不同方向的折射、反射与散射，从而改变光的行进路线，实现入射光充分散色以此产生光学扩散的效果。
PS材质由于价格低、光学性能好而被吹塑加工后替代玻璃灯罩，常规的PS光学扩散板由于收缩率大、韧性差易破裂、表面质感差等诸多问题，不适宜用于吹塑工艺。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种扩散板，以缓解现有的技术中PS扩散板用于吹塑加工时收缩率大、韧性差、表面质感差的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明特采用如下技术方案：
本发明的第一方面提供了一种扩散板，具有ABA结构，其中A层为表面层，B层为芯层。
所述表面层的材质包括聚苯乙烯、有机粒子和无机粒子。
所述无机粒子在所述表面层中的占比为1wt.％-15wt.％。
所述芯层的材质包括增韧树脂。
可选地，所述增韧树脂包括基材树脂和增韧树脂。
优选地，所述基材树脂为聚苯乙烯。
优选地，所述增韧树脂包括苯乙烯-丙烯腈共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物和抗冲击聚苯乙烯中的至少一种。
优选地，所述增韧树脂占所述增韧树脂的5wt.％-30wt.％。
可选地，所述有机粒子包括有机硅微球。
优选地，所述有机硅微球在所述表面层中的占比为1wt.％-10wt.％。
可选地，所述无机粒子包括CaCO3、BaSO4、CaSO4、Al2O3、SiO2和MgCO3中的至少一种。
可选地，所述无机粒子的粒径为3μm-30μm。
本发明的第二方面提供了所述的扩散板的制备方法，先将所述表面层的材质制成母粒后利用三层共挤出得到所述扩散板。
可选地，在进行三层共挤出时，牵引辊的速度≤压延辊的速度。
可选地，在进行三层共挤出时，所述压延辊包括下辊、中辊和上辊。
可选地，所述下辊的加热温度为70℃-90℃。
优选地，所述中辊的加热温度为90℃-105℃。
优选地，所述上辊的加热温度为105℃-120℃。
本发明的第三方面提供了所述的扩散板在液晶显示、LED照明或成像显示系统的应用。
与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：
本发明提供的扩散板通过在表面层增加1wt.％-15wt.％的无机粒子，提高了扩散板的光扩散率，提高总的平面发光强度。在芯层添加增韧树脂，提高了扩散板的韧性，使扩散板可吹塑，韧性高，表面具有哑光磨砂质感。
本发明提供的扩散板的制备方法，工艺简单，机械化程度高，适合大规模工业化生产。
本发明提供的扩散板的应用，为液晶显示、LED照明或成像显示系统性能更好的原材料，提高了液晶显示、LED照明或成像显示系统的显示质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的扩散板的结构示意图。
图标：A-表面层；B-芯层；1-有机粒子；2-无机粒子。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
本发明的第一方面提供了一种扩散板，具有ABA结构，其中A层为表面层，B层为芯层。
所述表面层的材质包括聚苯乙烯、有机粒子和无机粒子。
所述无机粒子在所述表面层中的占比为1wt.％-15wt.％。
所述芯层的材质包括增韧树脂。
本发明提供的扩散板通过在表面层增加1wt.％-15wt.％的无机粒子，提高了扩散板的光扩散率，提高总的平面发光强度。在芯层添加增韧树脂，提高了扩散板的韧性，使扩散板可吹塑，韧性高，表面具有哑光磨砂质感。
本发明提供的扩散板的结构示意图如图1所示，包括层叠设置的表面层A、芯层B和表面层A，表面层A内部填充有有机粒子1和无机粒子2。
聚苯乙烯(Polystyrene，缩写PS)是指由苯乙烯单体经自由基加聚反应合成的聚合物，化学式是(C8H8)n。它是一种无色透明的热塑性塑料，具有高于100℃的玻璃转化温度。
聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate)，简称PMMA，是一种高分子聚合物，又称作亚克力或有机玻璃，具有高透明度，低价格，易于机械加工等优点，可用作玻璃替代材料。
聚碳酸酯(英文简称PC)，又称PC塑料；是分子链中含有碳酸酯基的高分子聚合物，根据酯基的结构可分为脂肪族、芳香族、脂肪族-芳香族等多种类型。其中由于脂肪族和脂肪族-芳香族聚碳酸酯的机械性能较低，从而限制了其在工程塑料方面的应用。
当无机粒子的添加量小于1wt.％，扩散板的光泽度较高，哑光程度不足；当无机粒子的添加量大于15wt.％，扩散板的透光率和亮度会损失较大。
在本发明的一些实施方式中，无机粒子的添加量典型但不限于1wt.％、2wt.％、3wt.％、4wt.％、5wt.％、6wt.％、7wt.％、8wt.％、9wt.％、10wt.％、11wt.％、12wt.％、13wt.％、14wt.％或15wt.％。
可选地，所述增韧树脂包括基材树脂和增韧树脂。
优选地，所述基材树脂为聚苯乙烯。
优选地，所述增韧树脂包括苯乙烯-丙烯腈共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物和抗冲击聚苯乙烯中的至少一种。
优选地，所述增韧树脂占所述增韧树脂的5wt.％-30wt.％。
当增韧树脂占所述增韧树脂的占比小于5wt.％时，对芯层的增韧效果不够，制成的扩散板收缩率大，韧性差不适合吹塑；当增韧树脂占所述增韧树脂的占比大于30wt.％时，芯层的柔韧性增加，但强度不够，制成的扩散板容易变形。
在本发明的一些实施方式中，所述增韧树脂占所述增韧树脂质量典型但不限于5wt.％、10wt.％、15wt.％、20wt.％、25wt.％或30wt.％。
可选地，所述有机粒子包括有机硅微球。
有机硅微球，是一种多功能特种有机硅树脂微球，为雪白色规整可自由流动球形细微粉，具有三维交联网状的分子结构。在扩散板中具有良好的耐热性能和分散性能。
优选地，所述有机硅微球在所述表面层中的占比为1wt.％-10wt.％。
当所述有机硅微球在所述表面层中的占比小于1wt.％，扩散板吹塑成型后遮蔽性不好会透灯影；当所述有机硅微球在所述表面层中的占比大于10wt.％，光效损失严重。
可选地，所述无机粒子包括CaCO3、BaSO4、CaSO4、Al2O3、SiO2和MgCO3中的至少一种。
可选地，所述无机粒子的粒径为3μm-30μm。
当所述无机粒子的粒径小于3μm时，吹塑成型后表面哑光磨砂感较差；当所述无机粒子的粒径大于30μm时，吹塑成型后表面较粗糙不够细腻。
在本发明的一些实施方式中，所述无机粒子的粒径典型但不限于3μm、6μm、9μm、12μm、15μm、18μm、21μm、24μm、27μm和30μm。
本发明的第二方面提供了所述的扩散板的制备方法，先将所述表面层的材质制成母粒后利用三层共挤出得到所述扩散板。
本发明提供的扩散板的制备方法，工艺简单，机械化程度高，适合大规模工业化生产。
可选地，在进行三层共挤出时，牵引辊的速度≤压延辊的速度。
牵引辊的速度≤压延辊的速度时，扩散板在吹塑成型时收缩率较低，尺寸变化小。
可选地，在进行三层共挤出时，所述压延辊包括下辊、中辊和上辊。
在三层共挤出时，压延辊采用如下的温度梯度，在该温度范围内，辊筒表面花纹复制清晰，扩散板外观较好。
可选地，所述下辊的加热温度为70℃-90℃。
在本发明的一些实施方式中，所述下辊的加热温度典型但不限于70℃、75℃、80℃、85℃或90℃。
优选地，所述中辊的加热温度为90℃-105℃。
在本发明的一些实施方式中，所述中辊的加热温度典型但不限于90℃、95℃、100℃或105℃。
优选地，所述上辊的加热温度为105℃-120℃。
在本发明的一些实施方式中，所述上辊的加热温度典型但不限于105℃、110℃、115℃或120℃。
本发明的第三方面提供了所述的扩散板在液晶显示、LED照明或成像显示系统的应用。
本发明提供的扩散板的应用，为液晶显示、LED照明或成像显示系统性能更好的原材料，提高了液晶显示、LED照明或成像显示系统的显示质量。
下面结合实施例，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
本实施例提供一种扩散板，其中A层包含PS树脂98％，有机硅1％，BaSO4粒子1％；B层包含PS树脂90％，苯乙烯-丁二烯共聚物10％；压延辊下辊温度90℃，中辊温度100℃，上辊108℃，三辊和牵引线速度均为0.5m/min。
扩散板的制备方法包括以下步骤：
(1)表面层母粒制备：将表面层的各原料按照比例添加制成母粒。
(2)板材制备过程：PS树脂为宁波台化的GPPS切片，PS原料经两台单螺杆挤出机熔融经三层模头混合形成ABA三层结构挤出，通过三辊压延成2mm片材，其中B层厚度1.8mm，A层厚度各0.1mm；压延辊下辊温度90℃，中辊温度100℃，上辊108℃，三辊和牵引线速度2m/min，冷却裁切后得到所述扩散板。
实施例2
本实施例提供一种扩散板，其中A层包含PS树脂94％，有机硅1％，BaSO4粒子5％；B层包含PS树脂90％，苯乙烯—丁二烯共聚物10％；压延辊下辊温度90℃，中辊温度100℃，上辊108℃，三辊和牵引线速度均为0.5m/min。该扩散板的制备方法与实施例1相同，在此不再赘述。
实施例3
本实施例提供一种扩散板，其中A层包含PS树脂84％，有机硅1％，BaSO4粒子15％；B层包含PS树脂90％，苯乙烯—丁二烯共聚物10％；压延辊下辊温度90℃，中辊温度100℃，上辊108℃，三辊和牵引线速度均为0.5m/min。该扩散板的制备方法与实施例1相同，在此不再赘述。
实施例4
本实施例提供一种扩散板，其中A层包含PS树脂90％，有机硅5％，BaSO4粒子5％；B层包含PS树脂90％，苯乙烯—丁二烯共聚物10％；压延辊下辊温度90℃，中辊温度100℃，上辊108℃，三辊和牵引线速度均为0.5m/min。该扩散板的制备方法与实施例1相同，在此不再赘述。
实施例5
本实施例提供一种扩散板，其中A层包含PS树脂87％，有机硅8％，BaSO4粒子5％；B层包含PS树脂90％，苯乙烯—丁二烯共聚物10％；压延辊下辊温度90℃，中辊温度100℃，上辊108℃，三辊和牵引线速度均为0.5m/min。该扩散板的制备方法与实施例1相同，在此不再赘述。
实施例6
本实施例提供一种扩散板，其中A层包含PS树脂85％，有机硅10％，BaSO4粒子5％；B层包含PS树脂90％，苯乙烯—丁二烯共聚物10％；压延辊下辊温度90℃，中辊温度100℃，上辊108℃，三辊和牵引线速度均为0.5m/min。该扩散板的制备方法与实施例1相同，在此不再赘述。
实施例7
本实施例提供一种扩散板，其中A层包含PS树脂90％，有机硅5％，BaSO4粒子5％；B层包含PS树脂95％，苯乙烯—丁二烯共聚物5％；压延辊下辊温度90℃，中辊温度100℃，上辊108℃，三辊和牵引线速度均为0.5m/min。该扩散板的制备方法与实施例1相同，在此不再赘述。
实施例8
本实施例提供一种扩散板，其中A层包含PS树脂90％，有机硅5％，BaSO4粒子5％；B层包含PS树脂90％，苯乙烯—丁二烯共聚物10％；压延辊下辊温度90℃，中辊温度100℃，上辊108℃，三辊和牵引线速度均为0.5m/min。该扩散板的制备方法与实施例1相同，在此不再赘述。
实施例9
本实施例提供一种扩散板，其中A层包含PS树脂90％，有机硅5％，BaSO4粒子5％；B层包含PS树脂80％，苯乙烯—丁二烯共聚物20％；压延辊下辊温度90℃，中辊温度100℃，上辊108℃，三辊和牵引线速度均为0.5m/min。该扩散板的制备方法与实施例1相同，在此不再赘述。
实施例10
本实施例提供一种扩散板，其中A层包含PS树脂90％，有机硅5％，BaSO4粒子5％；B层包含PS树脂70％，苯乙烯—丁二烯共聚物30％；压延辊下辊温度90℃，中辊温度100℃，上辊108℃，三辊和牵引线速度均为0.5m/min。该扩散板的制备方法与实施例1相同，在此不再赘述。
实施例11
本实施例提供一种扩散板，其中A层包含PS树脂90％，有机硅5％，BaSO4粒子5％；B层包含PS树脂80％，苯乙烯—丙烯腈共聚物20％；压延辊下辊温度90℃，中辊温度100℃，上辊108℃，三辊和牵引线速度均为0.5m/min。该扩散板的制备方法与实施例1相同，在此不再赘述。
实施例12
本实施例提供一种扩散板，其中A层包含PS树脂90％，有机硅5％，BaSO4粒子5％；B层包含PS树脂80％，耐冲击聚苯乙烯(HIPS)20％；压延辊下辊温度90℃，中辊温度100℃，上辊108℃，三辊和牵引线速度均为0.5m/min。该扩散板的制备方法与实施例1相同，在此不再赘述。
实施例13
本实施例提供一种扩散板，其中A层包含PS树脂90％，有机硅5％，BaSO4粒子5％；B层包含PS树脂80％，丙烯腈-丁二烯—苯乙烯共聚物20％；压延辊下辊温度90℃，中辊温度100℃，上辊108℃，三辊和牵引线速度均为0.5m/min。该扩散板的制备方法与实施例1相同，在此不再赘述。
实施例14
本实施例提供一种扩散板，其中A层包含PS树脂90％，有机硅5％，CaCO3粒子5％；B层包含PS树脂80％，苯乙烯—丁二烯共聚物20％；压延辊下辊温度90℃，中辊温度100℃，上辊108℃，三辊和牵引线速度均为0.5m/min。该扩散板的制备方法与实施例1相同，在此不再赘述。
实施例15
本实施例提供一种扩散板，其中A层包含PS树脂90％，有机硅5％，CaSO4粒子5％；B层包含PS树脂80％，苯乙烯—丁二烯共聚物20％；压延辊下辊温度90℃，中辊温度100℃，上辊108℃，三辊和牵引线速度均为0.5m/min。该扩散板的制备方法与实施例1相同，在此不再赘述。
实施例16
本实施例提供一种扩散板，其中A层包含PS树脂90％，有机硅5％，SiO2粒子5％；B层包含PS树脂80％，苯乙烯—丁二烯共聚物20％；压延辊下辊温度90℃，中辊温度100℃，上辊108℃，三辊和牵引线速度均为0.5m/min。该扩散板的制备方法与实施例1相同，在此不再赘述。
实施例17
本实施例提供一种扩散板，其中A层包含PS树脂90％，有机硅5％，Al2O3粒子5％；B层包含PS树脂80％，苯乙烯—丁二烯共聚物20％；压延辊下辊温度90℃，中辊温度100℃，上辊108℃，三辊和牵引线速度均为0.5m/min。该扩散板的制备方法与实施例1相同，在此不再赘述。
实施例18
本实施例提供一种扩散板，其中A层包含PS树脂90％，有机硅5％，MgCO3粒子5％；B层包含PS树脂80％，苯乙烯—丁二烯共聚物20％；压延辊下辊温度90℃，中辊温度100℃，上辊108℃，三辊和牵引线速度均为0.5m/min。该扩散板的制备方法与实施例1相同，在此不再赘述。
实施例19
本实施例提供一种扩散板，其中A层包含PS树脂90％，有机硅5％，MgCO3粒子2.5％，BaSO4粒子2.5％；B层包含PS树脂80％，苯乙烯—丁二烯共聚物20％；压延辊下辊温度90℃，中辊温度100℃，上辊108℃，三辊和牵引线速度均为0.5m/min。该扩散板的制备方法与实施例1相同，在此不再赘述。
实施例20
本对比例提供一种扩散板，其中A层包含PS树脂90％，有机硅5％，BaSO4粒子5％；B层包含PS树脂100％；压延辊下辊温度90℃，中辊温度100℃，上辊108℃，三辊和牵引线速度均为0.5m/min。该扩散板的制备方法与实施例1相同，在此不再赘述。
对比例1
本对比例提供一种扩散板，其中A层包含PS树脂95％，有机硅5％；B层包含PS树脂100％；压延辊下辊温度90℃，中辊温度100℃，上辊108℃，三辊和牵引线速度均为0.5m/min。该扩散板的制备方法与实施例1相同，在此不再赘述。
对比例2
本对比例提供一种扩散板，其中A层包含PS树脂95％，有机硅5％；B层包含PS树脂100％；压延辊下辊温度90℃，中辊温度100℃，上辊108℃，三辊线速度为0.5m/min，牵引线速度均为0.6m/min。该扩散板的制备方法与实施例1相同，在此不再赘述。
试验例1
将实施例1-20和对比例1-2得到的扩散板测试收缩性：将单张扩散板放入烤箱加热40-50S，取出后得到软化的扩散板，再立刻放入吹塑机，利用吹塑机吹塑成直径250mm蘑菇灯罩后利用弹簧冲击锤测试抗冲击性；利用光泽度计测试表面光泽度。
表1扩散板的性能数据表
Figure BDA0003717045170000111
Figure BDA0003717045170000121
由上述表1实施例1-20所示的数据可以得出，利用本发明提供的扩散板吹塑的灯罩具有高抗冲击、表面具有哑光磨砂质感。其中，实施例6提供的扩散板哑光性能最佳；实施例10提供的扩散板耐冲击能力最佳。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种扩散板，其特征在于，具有ABA结构，其中A层为表面层，B层为芯层；
所述表面层的材质包括聚苯乙烯、有机粒子和无机粒子；
所述无机粒子在所述表面层中的占比为1wt.％-15wt.％；
所述芯层的材质包括增韧树脂。
2.根据权利要求1所述的扩散板，其特征在于，所述增韧树脂包括基材树脂和增韧树脂；
优选地，所述基材树脂为聚苯乙烯；
优选地，所述增韧树脂包括苯乙烯-丙烯腈共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物和抗冲击聚苯乙烯中的至少一种；
优选地，所述增韧树脂占所述增韧树脂的5wt.％-30wt.％。
3.根据权利要求1所述的扩散板，其特征在于，所述有机粒子包括有机硅微球；
优选地，所述有机硅微球在所述表面层中的占比为1wt.％-10wt.％。
4.根据权利要求1所述的扩散板，其特征在于，所述无机粒子包括CaCO3、BaSO4、CaSO4、Al2O3、SiO2和MgCO3中的至少一种。
5.根据权利要求1-4任一项所述的扩散板，其特征在于，所述无机粒子的粒径为3μm-30μm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的扩散板的制备方法，其特征在于，先将所述表面层的材质制成母粒后利用三层共挤出得到所述扩散板。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在进行三层共挤出时，牵引辊的速度≤压延辊的速度。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在进行三层共挤出时，所述压延辊包括下辊、中辊和上辊。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述下辊的加热温度为70℃-90℃；
优选地，所述中辊的加热温度为90℃-105℃；
优选地，所述上辊的加热温度为105℃-120℃。
10.一种根据权利要求1-5所述的扩散板或权利要求6-9任一项所述制备方法制备得到的扩散板在液晶显示、LED照明或成像显示系统的应用。
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