CN115386213A - 一种高吸光材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的高吸光材料及其制备方法，涉及改性塑料领域；包括以下重量份数的组分：热塑性树脂85‑95份、增韧剂1‑5份、消光剂0.5‑10份、吸光剂0.5‑1份、抗氧剂0.1‑0.3份、润滑剂0.1‑0.5份；吸光剂选择具有树枝状阵列碳纳米管，该吸光剂在高吸光材料表面均匀分布，使得高吸光材料的表面在微观结构上具有均匀且致密的凸起，形成哑光面。本发明采用树枝状阵列碳纳米管作为吸光剂使得光线入射到碳纳米管上时，会在其中不断偏折和反弹，并最终被吸收，实现可见光和近红外波段高吸光性，大幅度降低材料可见光和红外光反射率。
Description
技术领域
本发明涉及改性塑料技术领域，具体涉及一种高吸光材料及其制备方法。
背景技术
对于影像器材壳体材料而言，入射的可见光和红外光一部分会进入壳体内部进行成像，另一部分会入射到壳体材料表面，如果壳体材料本身的反射率太高，大部分可见光和红外光会反射到摄像头内，导致成像模糊，影响使用效果；要提高摄像头的成像效果，就必须降低影像器材壳体材料的反射率。
通常来说，提高材料吸光率、降低反射率主要有以下途径：1)选择导热导电性能好的材料；2)选择能产生可见光波段次生光能力强的材料；3)选择反射可见光频率单一的材料；4)改变材料表面性状，提高相消作用能力或者使光线照射到表面时能不断发生反射最终被吸收。
现有技术公开了一种低反射率、高吸光性能的材料，例如专利申请CN110317439A公开的低反射率材料，其制备方法利用基材树脂和等离子刻蚀后的碳纳米管-炭黑混合物进行混合，制得低反射率材料；但是研究其详细的制备方法可知，其过程复杂且污染较大，在原料同基体树脂混合后直接注塑可能出现色粉分散不均匀的问题，进而会产生材料局部反射率具有差异的现象。
发明内容
本发明目的在于提供一种高吸光材料及其制备方法，该材料不仅对可见光和红外光有较强的吸收，也能有效降低可见光和红外光在材料表面的反射率。
为达成上述目的，本发明提出如下技术方案：一种高吸光材料，包括以下重量份数的组分：热塑性树脂85-95份；增韧剂1-5份；消光剂0.5-10份；吸光剂0.5-1份；抗氧剂0.1-0.3份；润滑剂0.1-0.5份。其中，所述吸光剂为具有树枝状阵列碳纳米管，所述树枝状阵列碳纳米管在高吸光材料表面均匀分布，并使得所述高吸光材料的表面在微观结构上具有均匀且致密的凸起，形成哑光面。
进一步的，所述热塑性树脂选自聚碳酸酯、聚碳酸酯与丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚碳酸酯与聚对苯二甲酸乙二醇酯共聚物或聚碳酸酯与聚对苯二甲酸丁二醇酯共聚物。
进一步的，所述增韧剂为接枝甲基丙烯酸缩水甘油醚，优选为增韧剂为乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油醚共聚物；所述消光剂为滑石粉，抗氧剂为受阻酚和/或亚磷酸酯抗氧剂；所述润滑剂为硬脂酸酯类润滑剂，优选为季戊四醇硬脂酸酯。
本发明另一技术方案在于公开上述高吸光材料的制备方法，该方法包括如下步骤：
(1)按照如下重量份数准备原料组分：热塑性树脂85-95份，增韧剂1-5份，消光剂0.5-10份，吸光剂0.5-1份，抗氧剂0.1-0.3份，润滑剂0.1-0.5份；
(2)先将部分重量份数的热塑性树脂和吸光剂混合均匀后投到双螺杆挤出机侧喂料斗，将其他重量份数的热塑性树脂、增韧剂和消光剂混合均匀后投入到双螺杆挤出机主喂料斗；
(3)双螺杆挤出机挤出的混合物料，经水冷、风冷和切粒后制得所述高吸光材料。
进一步的，所述热塑性树脂和吸光剂，以及所述热塑性树脂、增韧剂和消光剂在高混机中混合均匀，混合时间均为3-5min。
进一步的，所述双螺杆挤出机的工作参数为转速200-500r/min，挤出温度250-270℃。
进一步的，其特征在于，所述步骤(3)制得的高吸光材料其可见光反射率和红外光反射率均不超过4％。
由以上技术方案可知，本发明的技术方案获得了如下有益效果：
本发明提供的高吸光材料及其制备方法，涉及改性塑料领域；包括以下重量份数的组分：热塑性树脂85-95份、增韧剂1-5份、消光剂0.5-10份、吸光剂0.5-1份、抗氧剂0.1-0.3份和润滑剂0.1-0.5份；吸光剂选择具有树枝状阵列碳纳米管，该吸光剂在高吸光材料表面均匀分布，使得高吸光材料的表面在微观结构上具有均匀且致密的凸起，形成哑光面。该材料的哑光面结构能有效提升材料的光吸收性能、降低可见光和红外光的反射率。具体的，本发明的优势包括：
1)传统的石墨烯或者碳纳米管为细粉末结构，微观上为团束状形态，一方面具有在加工过程中粉尘多产生污染的问题，另一方面团束结构的材料在双螺杆加工过程中不易解开，材料不容易均匀分散；相较于传统材料，本发明使用树枝状阵列碳纳米管作为吸光剂，该吸光剂宏观上为压缩小球，微观上为树枝状阵列结构，极大改善了分散效果同时降低飞尘污染；
2)树枝状阵列碳纳米管具有较大长径比，高长径比、阵列结构的碳纳米管与树脂基材成型时能形成类三维贯穿网络，即在材料表面形成均匀致密的凸起，当光线入射到其上后，会在凸起结构上中不断偏折和反弹，并最终被吸收，大幅度降低材料可见光和红外光反射率；
3)树枝状阵列碳纳米管能进一步配合消光剂和增韧剂提升消光效果。
4)采用原料组分分别从不同喂料口进入挤出机的方式，能充分保证组分分散均匀，保持材料性能稳定，同时能很大程度上保持碳纳米管的长度和阵列结构，保证较好的吸光效果。
应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。
结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。
附图说明
附图不表示按照真实参照物比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：
图1为本发明采用的树枝状阵列碳纳米管示意图；
图2中(a)为实施例1、(b)为对比例1、(c)为对比例2的样品表面形貌图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一个”“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件，并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
现有技术基于提高材料吸光率、降低反射率的四条途径提出了多种改进材料吸光性能的方法，但是部分方法对材料反射率和吸光性能的改善有限，另有部分方法虽然可有效提升材料的光学性能，但是方法流程复杂且对环境有害；另有一些改进方法，采用直接注塑的制备工艺导致制得的材料具有局部反射率差异的现象。本发明针对上述问题，提出一种高吸光材料及其制备方法，该材料具有特殊的微观表面结构，使得光线照射到材料表面会不断折射最终被吸收，从而实现可见光和近红外波段高吸光性，反射率＜4％，广泛应用于影像器材领域。
具体的，本发明的高吸光材料，包括以下重量份数的组分：热塑性树脂85-95份；增韧剂1-5份；消光剂0.5-10份；吸光剂0.5-1份；抗氧剂0.1-0.3份；润滑剂0.1-0.5份。其中，热塑性树脂选自聚碳酸酯、聚碳酸酯与丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚碳酸酯与聚对苯二甲酸乙二醇酯共聚物或聚碳酸酯与聚对苯二甲酸丁二醇酯共聚物，增韧剂为接枝甲基丙烯酸缩水甘油醚(AX 8900)，消光剂为滑石粉，吸光剂为具有树枝状阵列碳纳米管；抗氧剂为受阻酚和/或亚磷酸酯类抗氧剂；润滑剂为硬脂酸酯类润滑剂，选择季戊四醇硬脂酸酯；该树枝状阵列碳纳米管在高吸光材料表面均匀分布，使得所述高吸光材料的表面在微观结构上具有均匀且致密的凸起，形成哑光面。
该高吸光材料制备时，包括如下步骤：(1)按照如下重量份数准备原料组分：热塑性树脂85-95份，增韧剂1-5份，消光剂0.5-10份，吸光剂0.5-1份，抗氧剂0.1-0.3份，润滑剂0.1-0.5份；(2)先将部分重量份数的热塑性树脂和吸光剂在高混机中混合均匀后投到双螺杆挤出机侧喂料斗，将其他重量份数的热塑性树脂、增韧剂和消光剂在高混机中混合均匀后投入到双螺杆挤出机主喂料斗；(3)双螺杆挤出机挤出的混合物料，经水冷、风冷和切粒后制得所述高吸光材料；其中，高混机混合时间均为3-5min，双螺杆挤出机转速为200-500r/min，挤出温度为250-270℃。
下面结合表格及附图所示的具体实施例，对本发明公开的高吸光材料及其制备方法作进一步具体介绍。
实施例1
首先，称量如下重量份数的原料组分：PC 1250Y 58份、ABS 8391 30份、AX 8900 1份、滑石粉10份、抗氧剂0.3份、润滑剂0.2份和树枝状阵列碳纳米管1份；然后，先将10份由两种材料混合的热塑性树脂和1份吸光剂在高混机中混合3min后投到双螺杆挤出机侧喂料斗，再将剩下78份的热塑性树脂、1份AX 8900、0.3份抗氧剂、0.2份润滑剂和10份滑石粉在高混机中混合3min后投入到双螺杆挤出机主喂料斗；最后，双螺杆挤出机350r/min的转速、250-270℃的挤出温度下挤出混合物料，经水冷、风冷和切粒后制得高吸光材料。
实施例2至实施例6、对比例1和对比例2与实施例1的主要在于材料的配方，各实施例或对比例的配方如下表1所示。
表1各实施例及原料配比
分别对按照表1所示的各实例配方制得的高吸光材料注塑成型为60mm*60mm*2mm的方块，该方块在积分球式分光光度计上测试材料对可见光和红外光的反射率，取波长500nm和波长1050nm处对可见光和红外光反射率进行评价，测试结果如表2所示；实施例1、对比例1和对比例2制得的方块表面形貌使用二次元影像仪上放大400倍进行观察，如图2所示。
表2各实施例及对比例的光学测试结果
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | 对比例1 | 对比例2 | |
| 可见光反射率％ | 3.6 | 3.8 | 3.7 | 3.6 | 3.9 | 3.8 | 5.8 | 5.6 |
| 红外光反射率％ | 3.4 | 3.5 | 3.6 | 3.4 | 3.7 | 3.6 | 5.7 | 5.4 |
如表2所示，将根据本发明公开配方的具体实施例1-6制得高吸光材料进行可见光和红外光反射率测试，结果表明，材料的可见光和红外光反射率均不超过4％。具体原因在于，本发明采用的吸光剂为图1所示的树枝状阵列碳纳米管，该碳纳米管宏观上为压缩小球，微观上为图1示出的树枝状阵列结构，一方面有利于在配方中进行分散，另一方面有效降低飞尘污染；并且，树枝状阵列碳纳米管相较于普通碳纳米管具有较大长径比，与树脂基材成型时能形成类三维贯穿网络，该网络最终在注塑件表面形成均匀致密的凸起，如图2中(a)所示；当光线入射到碳纳米管树枝状阵列，即凸起上后，会在其中不断偏折和反弹，并最终被吸收，进而大幅度降低材料可见光和红外光反射率。
进一步结合表1和表2所示，对比实施例1和实施例4可以看出，在相同增韧剂和消光剂条件下，增加树枝状阵列碳纳米管的份数对反射率基本不影响，原因在于树枝状阵列碳纳米管在高吸光材料制得的方块表面形成的致密凸起密度相当，光线在凸起间的偏折和反弹过程相当，故对反射率的影响小；对比实施例2和实施例3可以看到，添加增韧剂和消光剂含量，可以进一步降低反射率，这是基于组分特性引起的。进一步结合图2所示的实施例1、对比例1和对比例2注塑样板外观微观图像，从图(a)中可以看出实施例1表面均匀分布由树枝状阵列碳纳米管与热塑性树脂形成的凸起，光线照射在表面可以反复折射最终被吸收；从图(b)中可以看出对比例1外观光滑，注塑样板表面直接形成类镜面，光线照射在上面后大部分都会被反射掉，吸光率偏低；从图(c)中可以看出对比例2外观存在一定小凸起，这是由于添加了一部分消光剂和增韧剂乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油醚共聚物，在注塑样板表面形成了一定哑光效果，进而可以一定程度上使光线照射表面后发生漫反射，相互抵消一部分光线，从而相比对比例1有更低的反射率，这也说明了乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油醚共聚物作为增韧剂使用的同时也能起到一定消光剂的作用。
本发明公开制备方法制备的高吸光材料由于具有特殊的微观表面结构，即材料表面的微观结构上具有均匀且致密的凸起、形成哑光面，该哑光面使得光线照射到材料表面时被不断折射并最终被吸收，从而实现可见光和近红外波段高吸光性；通过实施例可知，本公开方案制得的高吸光材料反射率＜4％，可以广泛应用于影像器材领域。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
Claims (9)
1.一种高吸光材料，其特征在于，包括以下重量份数的组分：
热塑性树脂85-95份；
增韧剂1-5份；
消光剂0.5-10份；
吸光剂0.5-1份；
抗氧剂0.1-0.3份；
润滑剂0.1-0.5份。
其中，所述吸光剂为具有树枝状阵列碳纳米管，所述树枝状阵列碳纳米管在高吸光材料表面均匀分布，并使得所述高吸光材料的表面在微观结构上具有均匀且致密的凸起，形成哑光面。
2.根据权利要求1所述的高吸光材料，其特征在于，所述热塑性树脂选自聚碳酸酯、聚碳酸酯与丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚碳酸酯与聚对苯二甲酸乙二醇酯共聚物或聚碳酸酯与聚对苯二甲酸丁二醇酯共聚物。
3.根据权利要求1所述的高吸光材料，其特征在于，所述增韧剂为接枝甲基丙烯酸缩水甘油醚，所述消光剂为滑石粉。
4.根据权利要求1所述的高吸光材料，其特征在于，所述增韧剂为乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油醚共聚物。
5.根据权利要求1所述的高吸光材料，其特征在于，所述抗氧剂为受阻酚和/或亚磷酸酯类抗氧剂，所述润滑剂为硬脂酸酯类润滑剂。
6.一种如权利要求1～5中任一项所述的高吸光材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)按照如下重量份数准备原料组分：热塑性树脂85-95份，增韧剂1-5份，消光剂0.5-10份，吸光剂0.5-1份，抗氧剂0.1-0.3份，润滑剂0.1-0.5份；
(2)先将部分重量份数的热塑性树脂和吸光剂混合均匀后投到双螺杆挤出机侧喂料斗，将其他重量份数的热塑性树脂、增韧剂和消光剂混合均匀后投入到双螺杆挤出机主喂料斗；
(3)双螺杆挤出机挤出的混合物料，经水冷、风冷和切粒后制得所述高吸光材料。
7.根据权利要求6所述的高吸光材料的制备方法，其特征在于，所述热塑性树脂和吸光剂，以及所述热塑性树脂、增韧剂和消光剂在高混机中混合均匀，混合时间均为3-5min。
8.根据权利要求6所述的高吸光材料的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机的工作参数为转速200-500r/min，挤出温度250-270℃。
9.根据权利要求6所述的高吸光材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)制得的高吸光材料其可见光反射率和红外光反射率均不超过4％。
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