CN117070056A - 一种pet复合材料及其应用 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种PET复合材料及其应用，属于高分子材料技术领域。本申请PET复合材料包括以下重量份的组分：间苯二甲酸改性PET塑料79.5～95.5份，有机光扩散剂4.8～15.2份，成核剂0.9～5.1份；其中，间苯二甲酸改性PET塑料中间苯二甲酸质量百分含量为2.9％～31.5％，有机光扩散剂包括丙烯酸酯类聚合物、乙烯‑醋酸乙烯系共聚物、有机硅中的至少一种。本申请PET复合材料在特定含量的各组分共同作用下，具有较高的全光线透过率和弯曲模量，适合用作LED灯罩材料。

Description

一种PET复合材料及其应用

技术领域

本申请属于高分子材料技术领域，具体涉及一种PET复合材料及其应用。

背景技术

LED是一种绿色环保光源，但其发出的光刺眼，需要在提高灯效的同时，把眩目的光源变成柔和健康的发光体，在达到良好的透光率的同时，具有良好的光源点阵遮蔽性。目前，光散射材料主要通过将透明聚合物基体材料和无机光散射粒子共混制得，但制得的灯罩的透光性不佳，因为无机光散射粒子的直径大，会反射一部分光源，且透明聚合物基体的折射率与无机光散射粒子的折射率一般不匹配，导致制得的复合材料不可避免的存在光散射作用，很难获得较高透光率。

聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是一种性能优良的聚合物材料，PET以其强度高、保形性好、挺括、洁净卫生、阻隔性能好等优势，被广泛应用于纤维、瓶包装、薄膜和片材等领域。但用常规PET制作LED灯灯罩的胶片时，因弯曲模量低，灯罩中心易因重力作用向下下垂弯曲，在实际使用中不得不增加灯罩胶片的厚度或者减少灯罩的实用尺寸以获得灯罩的外观平整度。而灯罩胶片厚度的增加会导致材料成本增加，透光率降低；灯罩的实用尺寸减小，则使得灯罩材料的应用领域范围缩小。

因此，有必要开一种光透过率高、弯曲模量高的PET复合材料。

发明内容

基于现有技术存在的缺陷，本申请的目的在于提供一种PET复合材料及其应用，该PET复合材料具有较高的全光线透过率和弯曲模量，利用其制得的LED灯罩光扩散均匀性评价等级在中级以上，而且尺寸稳定性优良，重量轻，不易变形，可长久有效地保证LED灯具面板的平整度，提高LED灯罩的实用尺寸。

为了达到上述目的，本申请提供了一种PET复合材料，包括以下重量份的组分：

间苯二甲酸改性PET塑料 79.5～95.5份，

成核剂 0.9～5.1份；

有机光扩散剂 4.8～15.2份；

所述间苯二甲酸改性PET塑料中间苯二甲酸质量百分含量为2.9％～31.5％；

所述有机光扩散剂包括丙烯酸酯类聚合物、乙烯-醋酸乙烯系共聚物、有机硅中的至少一种。

所述间苯二甲酸改性PET塑料因间苯二甲酸的引入，增加了分子链结构中的不对称结构，破坏了材料结晶的完整性和有序性，使材料的结晶速率减慢、结晶度降低，透明性提高，刚性增强。所述间苯二甲酸改性PET塑料的5mm标准厚透光率≥85.0％，雾度≤3.0％。所述间苯二甲酸改性PET塑料的5mm标准厚透光率和雾度可通过积分球透光率雾度测试仪测试获得。

成核剂的加入，降低了复合材料的结晶温度，缩短了其结晶温度区间，对PET复合材料的结晶行为有促进作用，在一定程度上提高了PET复合材料的结晶度，使得该复合材料具有良好的刚性特性。若成核剂含量过低，会导致复合材料的刚性效果不明显；若成核剂含量过高，会导致复合材料得光扩散性能下降，在灯珠周围形成光影圆晕，因此，综合考虑本发明中成核剂含量为0.9～5.1重量份。

通过添加有机光扩散剂，使光线通过所述PET复合材料时经过多次的折射，发挥光扩散和扩大发光面的作用，达到光线柔和，透过光能损失较小的效果。

上述PET复合材料在在特定含量的各组分的共同作用下，使利用其制得的LED灯罩全光线透过率高，光扩散均匀性评价等级在中级以上；具有较高的弯曲模量，使利用其制得的LED灯罩尺寸稳定性更好，重量轻，不易变形，可长久有效地保证LED灯具面板的平整度，同时还能使灯罩胶片的可实用尺寸增大，而不易产生下垂弯曲的现象，因此可以通过降低灯罩胶片的实际厚度，以提高灯罩的透光性，提高灯具的亮度。

本申请中，所述间苯二甲酸改性PET塑料中间苯二甲酸质量百分含量为2.9％～31.5％，如为3％、5％、7％、10％、13％、15％、17％、20％、23％、25％、27％、31％中的任意一者或两者形成的范围值。当所述间苯二甲酸改性PET塑料中间苯二甲酸质量百分含量低于2.9％时，对PET刚性的改善作用较弱；当超过31.5％时，不利于生产加工成型。

在一些实施例中，所述间苯二甲酸改性PET塑料中间苯二甲酸质量百分含量为9.5％～31.5％，以使所述PET复合材料的全光线透过率以及刚性更好。在其中一实施例中，所述间苯二甲酸改性PET塑料中间苯二甲酸质量百分含量为24.5％～31.5％，不仅全光线透过率以及刚性进一步改善，而且光扩散均匀性更好。需要说明的是，虽然该实施例的雾度也有所提高，但是相比雾度，光扩散均匀性、全光线透过率和刚性这些指标更重要，尤其是全光线透过率和刚性。

所述间苯二甲酸改性PET塑料中间苯二甲酸质量百分含量可通过将间苯二甲酸改性PET塑料经醇解处理后进行液相色谱(LC)测得，其中醇解液采用醋酸锌甲醇溶液，醋酸锌甲醇溶液中醋酸锌含量0.5g/L，醇解的温度200-220℃，醇解时间为2h；间苯二甲酸改性PET塑料中间苯二甲酸质量百分含量可根据液相色谱的峰面积比率进行计算。

在一些实施例中，所述间苯二甲酸改性PET塑料的特性黏度为0.64-0.81dL/g，以在生产加工过程中获得较宽的加工窗口，提高设备、工艺的适用性。在其中一实施例中，所述间苯二甲酸改性PET塑料的特性黏度为0.75-0.81dL/g。该实施例PET复合材料光扩散均匀性以及刚性更好。所述间苯二甲酸改性PET塑料的特性黏度可通过乌氏粘度测试法获得。

在一些实施例中，所述间苯二甲酸改性PET塑料的制备方法包括以下步骤：

将对苯二甲酸、间苯二甲酸、乙二醇、稳定剂和催化剂混合，打浆，得到浆料；

将所述浆料在235～250℃，0.2～0.3MPa的压力下，进行酯化反应2～4h，得到熔融态酯化物；

将所述熔融态酯化物在255～285℃，真空度小于100Pa条件下进行缩聚反应2～4h，得到熔融的无定型态聚酯；

将所述熔融的无定型态聚酯进行拉条、冷却、切粒，得到所述间苯二甲酸改性PET塑料，或者在所述切粒后进行固相增粘，得到所述间苯二甲酸改性PET塑料。

在一实施例中，所述浆料包括以下重量份的组分：对苯二甲酸55～83份，间苯二甲酸3～31份，乙二醇40～42份。

在一实施例中，所述稳定剂包括磷酸；所述磷酸中的磷重量占所述间苯二甲酸改性PET塑料重量的20-200ppm。

在一实施例中，所述催化剂包括乙二醇锑；所述乙二醇锑的锑重量占对苯二甲酸重量的100-500ppm。

在一实施例中，所述固相增粘在180～250℃且压力小于100Pa的条件下进行。在一实施例中，所述拉条温度在270～280℃进行。

在一实施例中，所述切粒速度为50-70m/min。

在一些实施例中，所述有机光扩散剂包括丙烯酸酯类聚合物、乙烯-醋酸乙烯系共聚物中的至少一种。这两种有机光扩散剂与间苯二甲酸改性PET具有较好的相容性，与间苯二甲酸改性PET共混后，这两种有机光扩散剂不仅为复合材料提供了良好的光扩散能力，还促进了复合材料的结晶，提高复合材料的刚性，从而能更好的克服PET材料用于LED灯罩胶片易下垂的缺陷，扩大其在LED灯罩胶片应用的领域。

在一些实施例中，所述有机光扩散剂包括马来酸酐接枝乙烯醋酸乙烯共聚物。乙烯醋酸乙烯共聚物经马来酸酐接枝改性后，能与PET聚酯产生较好的相容、粘接作用，有助于提高PET复合材料的可加工性和可成型性，并且具有较好的刚性。

在一些实施例中，所述成核剂包括有机盐类成核剂。

在一些实施例中，所述成核剂包括乙烯-甲基丙烯酸共聚物钠、十二烷基磺酸钠、褐煤酸钠、柠檬酸钠、苯甲酸钠中的至少一种。

在一些实施例中，所述成核剂包括乙烯-甲基丙烯酸共聚物钠和十二烷基磺酸钠，所述乙烯-甲基丙烯酸共聚物钠和所述十二烷基磺酸钠的重量比为(1：5.2)～(1:0.4)，如1:5.2、1:4、1:3、1:2、1:1、1:0.8、1:0.4或以上任意两个数值形成的范围，以利用乙烯-甲基丙烯酸共聚物钠和十二烷基磺酸钠的协同作用，更好的改善PET聚酯复合材料的结晶性能，使材料刚性更好，还能有效减弱PET在加工过程中的降解，使其特性粘度在加工过程中能保持较高的水平，从而减少其力学性能的损失，同时还能改善全光线透过率和光扩散均匀性。在其中一实施例中，所述乙烯-甲基丙烯酸共聚物钠和所述十二烷基磺酸钠的重量比为(1:3.1)～(1:0.9)，如1:3、1:2.5、1:2、1:1.5、1:1或以上任意两个数值形成的范围，以进一步改善刚性和全光线透过率。

在一实施例中，所述PET复合材料还包括抗黄变剂，所述抗黄变剂为0.005～0.1重量份。

在一实施例中，所述抗黄变剂包括抗氧剂、紫外线吸收剂和光稳定剂中的至少一种。

在一实施例中，所述PET复合材料的制备方法包括以下步骤：

按配比称量各组分原料；

将各组分原料加入螺杆挤出机中熔融挤出造粒，得到所述PET复合材料。

在一具体实施例中，螺杆挤出机为双螺杆挤出机；螺杆挤出机的长径比为48:1，螺杆直径为型；螺杆挤出设备的工作参数如下：

挤出温度：190℃-230℃，

挤出时间：1～3min；

螺杆转速：150～200r/min；

挤出压力：1.2～2.0MPa。

本申请还提供了所述PET复合材料在制备LED灯罩中的应用。

相比现有技术，本申请的有益效果在于：本申请通过在特定间苯二甲酸含量的PET塑料中添加特定用量的有机光扩散剂和成核剂，使所得PET复合材料具有较高的全光线透过率和弯曲模量，利用其制得的LED灯罩不仅全光线透过率高，光扩散均匀性评价等级在中级以上，而且尺寸稳定性优良，重量轻，不易变形，可长久有效地保证LED灯具面板的平整度，即便增大灯罩胶片的实用尺寸，也不会产生下垂弯曲的现象，可以通过降低灯罩胶片的实际厚度以提高灯罩的透光性，提高灯具的亮度。

具体实施方式

为了更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例及对比例对本发明作进一步说明，其目的在于详细地理解本发明的内容，而不是对本发明的限制。本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。本发明实施所涉及的实验试剂及仪器，除非特别说明，均为常用的普通试剂及仪器。

以下各实施例和对比例中采用的材料如下：

间苯二甲酸改性PET塑料1：其间苯二甲酸质量百分含量3％，特性粘度0.75dL/g，自制，具体制备方法包括以下步骤：

(1)浆料阶段：将苯二甲酸、间苯二甲酸、乙二醇、磷酸和乙二醇锑按照一定的比例添加到浆料釜中，通过反应釜的搅拌器打浆，调配成均匀的浆料；

该浆料按重量份计含有如下组分：对苯二甲酸83份，间苯二甲酸3份，乙二醇42份；且所含乙二醇锑中的锑重量占对苯二甲酸重量的300ppm；磷酸中的磷重量占最终成品间苯二甲酸改性PET塑料重量的50ppm；

(2)酯化反应阶段：将步骤(1)中得到的浆料加入酯化反应釜中，在235～250℃的温度，0.28MPa的压力下，进行酯化反应2h，得到熔融态酯化物；

(3)缩聚反应阶段：将步骤(2)中得到的熔融共聚酯转移至缩聚反应釜，在255～275℃的温度下，真空度小于100Pa的条件下，进行缩聚3h反应，制得黏度为0.60dL/g无定形态聚酯；

(4)冷却切粒：对步骤(3)中得到的熔融无定形态聚酯在275±5℃的温度下拉出料条，经自来水冷却，以60±10m/min的速度进行切粒，得到共聚酯颗粒；

(5)固相增粘：将步骤(4)中所得共聚酯颗粒在180-230℃的条件下，压力小于100Pa的条件下，固相增粘15h至0.75dL/g的黏度，即得间苯二甲酸改性PET塑料；

间苯二甲酸改性PET塑料2：其间苯二甲酸质量百分含量10％，特性粘度0.75dL/g，自制，其制备方法与间苯二甲酸改性PET塑料1的不同之处在于：步骤(1)所得浆料中对苯二甲酸为76重量份，间苯二甲酸为10重量份；且固相增粘至0.75dL/g；

间苯二甲酸改性PET塑料3：其间苯二甲酸质量百分含量20％，特性粘度0.75dL/g，自制，其制备方法与间苯二甲酸改性PET塑料1的不同之处在于：步骤(1)所得浆料中对苯二甲酸为66重量份，间苯二甲酸为20重量份；步骤(3)中缩聚反应时间为3.5h，制得无定形态聚酯的粘度为0.75dL/g；且未进行固相增粘；

间苯二甲酸改性PET塑料4：其间苯二甲酸质量百分含量25％，特性粘度0.75dL/g，自制，其制备方法与间苯二甲酸改性PET塑料1的不同之处在于：步骤(1)所得浆料中对苯二甲酸为61重量份，间苯二甲酸为25重量份；步骤(3)中缩聚反应时间为3.5h，制得无定形态聚酯的粘度为0.75dL/g；且未进行固相增粘；

间苯二甲酸改性PET塑料5：其间苯二甲酸质量百分含量31％，特性粘度0.75dL/g，自制，其制备方法与间苯二甲酸改性PET塑料1的不同之处在于：步骤(1)缩聚反应时间为3.5h，所得浆料中对苯二甲酸为55重量份，间苯二甲酸为31重量份；步骤(3)中制得无定形态聚酯的粘度为0.75dL/g；且未进行固相增粘；

间苯二甲酸改性PET塑料6：其间苯二甲酸质量百分含量20％，特性粘度0.65dL/g，自制，其制备方法与间苯二甲酸改性PET塑料1的不同之处在于：步骤(1)所得浆料中对苯二甲酸为66重量份，间苯二甲酸为20重量份；步骤(3)中制得无定形态聚酯的粘度为0.64dL/g；且未进行固相增粘；

间苯二甲酸改性PET塑料7：其间苯二甲酸质量百分含量20％，特性粘度0.81dL/g，自制，其制备方法与间苯二甲酸改性PET塑料1的不同之处在于：步骤(1)所得浆料中对苯二甲酸为66重量份，间苯二甲酸为20重量份；步骤(3)中缩聚反应时间为4h，制得无定形态聚酯的粘度为0.81dL/g；且未进行固相增粘；

普通PET：上海远纺CB-651，特性粘度0.75dL/g；

有机光扩散剂1：马来酸酐接枝乙烯醋酸乙烯共聚物，阿科玛，18211；

有机光扩散剂2：乙烯醋酸乙烯共聚物，中国台湾塑胶，760H；

有机光扩散剂3：丙烯酸酯类聚合物，阿科玛，4210；

有机光扩散剂4：信越化学，有机硅KMP-590；

成核剂1：乙烯-甲基丙烯酸共聚物钠，杜邦surlyn成核剂；

成核剂2：十二烷基磺酸钠；

成核剂3：褐煤酸钠，克莱恩NAV101；

成核剂4：柠檬酸钠；

成核剂5：苯甲酸钠；

抗黄变剂：抗氧剂1010、紫外线吸收剂UV-P和光稳定剂UV-770的混合物，三者质量比为4:3:3。

本申请各实施例及对比例所用组分原料除非特别说明，否则均为市售原料，且各平行实验中所使用的组分原料均为同种。

各实施例与对比例

均提供了一种PET复合材料，其组成见表1～3。这些PET复合材料的制备方法包括以下步骤：

按配比称量各组分原料；

将各组分原料加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，得到所述PET复合材料；

其中，双螺杆挤出机长径为比48:1，螺杆直径为型，挤出温度190℃-220℃，挤出时间2min，螺杆转速180r/min，挤出压力1.6MPa。

需要说明的是这些PET复合材料的制备方法除配方不同外，其他工艺参数均相同。

表1

表2

表3

对各实施例和对比例复合材料进行如下性能测试：

光扩散均匀性测试：将复合材料制成1.5mm厚度的平面胶片，内置LED灯珠光源，观察光源是否有光影圆晕及其严重程度，评判等级分为4等，分别为：优、良、中、差；

雾度和透光度测试：将复合材料制成2mm厚度的胶片，采用GB/T 2410-2008标准进行测试；

弯曲模量测试：GB/T9341-2008。

测试结果见表4。

表4

由表4可知，本申请各实施例PET复合材料的光扩散等级为优、良或中，透光率在60％以上，雾度在92％以下，弯曲模量在1200MPa以上，适用作LED灯灯罩材料。

对比例1因采用普通PET作为基体树脂，导致材料的光扩散均匀性、弯曲模量、透光性较差。

对比例2因有机光扩散剂用量较多，而使材料的塑性增加，材料的弯曲模量大大显著降低，透光性降低；对比例3因有机光扩散剂用量较少，导致光扩散均匀性较差，同时因成核剂1的加入使得材料的透光性降低。丙烯酸酯类聚合物和/或乙烯-醋酸乙烯系共聚物在本申请限定的范围内可对改性PET起到促进结晶成核的作用，从而可增强复合材料的弯曲模量，但当用量较多时，会对改性PET起到增塑的作用，会使得材料的模量会大大降低。

对比例4和5因成核剂用量较多或较少，都不利于光扩散导致材料的光扩散均匀性较差。

实施例2与10-12对比可知，相较有机硅，以丙烯酸酯类聚合物、乙烯-醋酸乙烯系共聚物作为光扩散剂，有利于改善材料的刚性。

实施例2与13～18对比可知，乙烯-甲基丙烯酸共聚物钠和十二烷基磺酸钠能协同改善材料刚性、光扩散均匀和透光率，尤其当二者质量比在(1:3.1)～(1:0.9)范围内时，协同作用更强，材料刚性、光扩散均匀和透光率更好。

最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种PET复合材料，其特征在于，包括以下重量份的组分：

间苯二甲酸改性PET塑料 79.5～95.5份，

有机光扩散剂 4.8～15.2份，

成核剂 0.9～5.1份；

所述间苯二甲酸改性PET塑料中间苯二甲酸质量百分含量为2.9％～31.5％；

所述有机光扩散剂包括丙烯酸酯类聚合物、乙烯-醋酸乙烯系共聚物、有机硅中的至少一种。

2.如权利要求1所述的PET复合材料，其特征在于，所述间苯二甲酸改性PET塑料中间苯二甲酸质量百分含量为9.5％～31.5％。

3.如权利要求1所述的PET复合材料，其特征在于，所述间苯二甲酸改性PET塑料的特性黏度为0.63-0.82dL/g。

4.如权利要求1所述的PET复合材料，其特征在于，所述有机光扩散剂包括丙烯酸酯类聚合物、乙烯-醋酸乙烯系共聚物中的至少一种。

5.如权利要求4所述的PET复合材料，其特征在于，所述有机光扩散剂包括马来酸酐接枝乙烯醋酸乙烯共聚物。

6.如权利要求1所述的PET复合材料，其特征在于，所述成核剂包括有机盐类成核剂。

7.如权利要求6所述的PET复合材料，其特征在于，所述成核剂包括乙烯-甲基丙烯酸共聚物钠、十二烷基磺酸钠、褐煤酸钠、柠檬酸钠、苯甲酸钠中的至少一种。

8.如权利要求7所述的PET复合材料，其特征在于，所述成核剂包括乙烯-甲基丙烯酸共聚物钠和十二烷基磺酸钠，所述乙烯-甲基丙烯酸共聚物钠和所述十二烷基磺酸钠的重量比为(1:3.1)～(1:0.9)。

9.如权利要求1所述的PET复合材料，其特征在于，所述PET复合材料还包括抗黄变剂，所述抗黄变剂为0.005～0.1重量份。

10.如权利要求1～9任一项所述的PET复合材料在制备LED灯罩中的应用。