CN102134383A

CN102134383A - Led照明用光散射型聚碳酸酯组合物及其应用

Info

Publication number: CN102134383A
Application number: CN2011100318985A
Authority: CN
Inventors: 张秀菊; 林志丹; 沈俊才; 杨华军
Original assignee: Jinan University
Current assignee: Jinan University
Priority date: 2011-01-28
Filing date: 2011-01-28
Publication date: 2011-07-27

Abstract

本发明公开了一种LED照明用光散射型聚碳酸酯组合物及其应用。它包括聚碳酸酯和光散射剂，所述光散射剂为核壳型光散射剂粉体，核壳型光散射剂粉体是以玻璃微珠、二氧化硅、聚硅氧烷微球或聚苯乙烯为核，以丙烯酸酯类聚合物或甲基丙烯酸酯类聚合物为壳。本发明的LED照明用光散射型聚碳酸酯组合物比其他光散射型组合物具有更好的透明性和更优异的匀光效果。本发明的组合物可用于制备LED灯、日光灯、白炽灯等照明或显示领域的外壳材料。

Description

LED照明用光散射型聚碳酸酯组合物及其应用

技术领域

本发明涉及LED灯外壳材料，具体地是一种LED照明用光散射型聚碳酸酯组合物及其应用。

背景技术

随着我国社会经济的快速发展和不可再生能源资源的日益枯竭，人们对环保节能的要求越来越高，这必将导致人们对发光二极管(LED)照明普及使用予以更多的关注。由于具有节能，环保，寿命长等优点，LED照明的应用前景十分广阔，例如隧道中的长明灯、企业所用的装饰、照明设施、市政设施中的照明装置、高级汽车配件、高档家居照明等。2009年，中国推出了“十城万盏”半导体照明应用工程，该计划涵盖北京、上海、深圳、武汉等21个国内发达城市。国外也有类似的LED照明普及或研发计划，如美国的“固态照明计划”、欧洲的“彩虹计划”和日本的“21世纪照明计划”。台湾拓墣预测：今年全球LED路灯需求倍增至250万盏，年增率高达178％。

随着LED照明产业的迅猛发展，LED灯外壳材料，即光散射材料的使用量也增长迅速。光散射材料的使用要求主要有两点，一是透光率要在80％以上，二是具有90％以上的光散射率(也称雾度)，达到柔和的匀光效果。优良的光散射材料应该同时具有高透光率和高雾度指标，它能将点、线光源转化成线、面光源，具有散射角大、导光性好、透光均匀等优点。目前国内光散射材料主要是利用聚甲基丙烯酸甲酯作为基体树脂，关于光散射材料的研究基本还停留在经验科学。我国市场上LED照明用外壳材料主要依赖进口，价格相对较高，严重地阻碍LED照明产业的发展。国内关于光扩散性聚碳酸酯方面的专利基本上也是由三菱、住友、出光等国外公司申请，如出光兴产株式会社的专利“光扩散性树脂组合物”(专利号为200580011385.0)和“光扩散性聚碳酸酯类树脂组合物以及使用该树脂组合物的光扩散板”(专利号为200680024308.3)，三菱工程塑料株式会社和三菱瓦斯化学株式会社的专利“光扩散板用聚碳酸酯树脂组合物和光扩散板”(专利号为200680044508.5)，这些专利主要针对液晶显示器应用领域，所采用的聚碳酸酯组合物主要是一些聚碳酸酯共聚物，对聚碳酸酯的分子量和黏度要求严格，并且光扩散剂的制备也相对较复杂。

目前大多数新型光散射材料是通过透明的聚合物基体和散射剂粒子共混制备。作为光散射剂的微粒主要包括无机微粒，如玻璃微珠、二氧化硅等物质以及有机聚合物微粒，包括聚甲基丙烯酸缩水甘油酯、聚苯乙烯、硅树脂等。无机与有机光散射材料相比，后者的应用范围更广泛一些。无机类的光散射剂，只是扩大了它的散射效果，并且由于无机粒子的大直径，它还会反射一部分光源。此外由于透明高分子材料的折射率与无机纳米填料的折射率一般都不匹配，所制备的无机纳米粒子/高分子复合材料不可避免的都存在光散射作用，很难制备具有高透明性的无机纳米粒子/高分子复合材料。

发明内容

本发明的目的在于针对现有光散射材料透光率和雾度不高等缺陷，提供具有良好透明性和匀光性的LED照明用光散射型聚碳酸酯组合物。

本发明的目的还在于提供LED照明用光散射型聚碳酸酯组合物的应用。

本发明的LED照明用光散射型聚碳酸酯组合物，包含以下按质量份数计的组分：

聚碳酸酯树脂 91～99.89份

光散射剂粉体 0.01～8份

抗氧剂 0.1～1份

所述聚碳酸酯树脂是光学级聚碳酸酯，重均分子量15000～25000，透光率＞89％，熔融指数50～75g/10min。

所述光散射剂粉体为核壳型光散射剂粉体，是通过种子乳液聚合法制备得到，先在含有玻璃微珠、二氧化硅、聚硅氧烷微球或聚苯乙烯的种子乳液中加入丙烯酸酯类聚合物或甲基丙烯酸酯类聚合物或二者的混合物，再加入交联剂和引发剂，然后引发反应，使第二聚合物在种子乳胶粒子表面进行交联聚合，生成具有核壳结构的粒子。

上述光散射性粉体优选为以聚硅氧烷微球为核，以聚甲基丙烯酸缩水甘油酯为壳的光散射剂粉体。

所述丙烯酸酯类聚合物为聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸丁酯、聚丙烯酸缩水甘油酯、聚丙烯酸羟乙酯、聚丙烯酸羟丙酯或聚丙烯酸2-乙基己酯中的一种；甲基丙烯酸酯类聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸缩水甘油酯、聚甲基丙烯酸羟乙酯、聚甲基丙烯酸羟丙酯或聚甲基丙烯酸2-乙基己酯中的一种。

所述抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂或受阻酚类抗氧剂。其中亚磷酸酯类抗氧剂为三乙基亚磷酸酯、三异丙基亚磷酸酯、三异癸基亚磷酸酯、三月桂基亚磷酸酯、三苯基异癸基亚磷酸酯和三苯基亚磷酸酯中的一种以上；受阻酚类抗氧剂为2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚、抗氧剂1010或抗氧剂1076中的一种以上。

所述光散射剂粉体为壳厚度为0.3～1.5μm的聚合物层，厚度优选为0.7～1.2μm，因为当聚合物层的厚度大于0.3μm，可以确保在与聚碳酸酯共混前和共混后，光散射剂的间距都大于0.8μm，而可见光波长在390nm～780nm，也就是确保能更多的透过可见光，增加聚碳酸酯的透明度。

在本发明的LED照明用光散射型聚碳酸酯组合物中，核壳型光散射剂粉体的折光率优选在1.5～1.7，因为聚碳酸酯树脂的折光率也在这一范围，可以增加薄型聚碳酸酯制品的透明性。光散射型聚碳酸酯组合物的粒径限定在1～20μm，优选5～15μm。因为当粒径小于1μm，由于表面积增大容易引起团聚，当粒径大于20μm，光散射剂粉体在聚碳酸酯中的反射和折射作用增强，从而降低聚碳酸酯片的透明度。同样地，核壳型光散射剂粉体的质量份数在0.01～8份，优选0.05～6份。因为当质量份数小于0.01份，因光散射剂量少而使匀光效果降低，当质量份数大于8份，光散射剂在聚碳酸酯中的反射和折射作用很强，也会降低聚碳酸酯片的透明度。

本发明的LED照明用光散射型聚碳酸酯组合物的应用，其具体步骤为：将聚碳酸酯树脂91～99.89份，光散射剂粉体0.01～8份，抗氧剂0.1～1份混合后在120℃下干燥4h，通过双螺杆挤出机挤出造粒，双螺杆挤出机螺杆各区温度应保持在200～300℃，然后冷却、干燥、切粒和包装，制得LED灯外壳材料。

在本发明的LED照明用光散射型聚碳酸酯组合物中，核壳型光散射剂粉体与聚碳酸酯复合前先经厚度为0.3～1.5μm聚合物层包覆处理，即先制备具有核壳结构的光散射剂，使之与聚碳酸酯基体可以实现均匀分散，并且通过调节光散射剂核层和壳层的种类、粒径和层厚可以有效地调节光散射剂与聚碳酸酯折光率的匹配程度，实现高透明性。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明的光散射型聚碳酸酯组合物与其他光散射剂组合物相比，具有更好的透明性和更优异的匀光效果。

(2)本发明的光散射型聚碳酸酯组合物可以用于制备LED灯、日光灯、白炽灯等照明或显示领域的外壳材料。

具体实施方式

实施例1

将质量份数为4份的以聚硅氧烷微球为核，聚甲基丙烯酸缩水甘油酯为壳的光散射剂(粒径为10μm，聚甲基丙烯酸缩水甘油酯壳层厚度0.7μm)、质量份数为95.99份的熔融指数为50g/10min的聚碳酸酯、质量份数为0.01份的三乙基亚磷酸酯抗氧剂混合后在120℃下干燥4h，通过双螺杆挤出机挤出造粒，双螺杆挤出机螺杆各区温度应保持在200～300℃，然后冷却、干燥、切粒和包装，制得LED灯外壳材料。经测量，2mm厚的LED灯外壳材料透光率为81.3％，雾度为90.5％。

实施例2

将质量份数为3份的以二氧化硅为核，聚甲基丙烯酸甲酯为壳的光散射剂(粒径为12μm，聚甲基丙烯酸甲酯壳层厚度0.8μm)、质量份数为96.95份的熔融指数为55g/10min的聚碳酸酯、质量份数为0.05份的三异丙基亚磷酸酯抗氧剂混合后在120℃下干燥4h，通过双螺杆挤出机挤出造粒，双螺杆挤出机螺杆各区温度应保持在200～300℃，然后冷却、干燥、切粒和包装，制得LED灯外壳材料。经测量，2mm厚的LED灯外壳材料透光率为80.4％，雾度为91.2％。

实施例3

将质量份数为2份的以玻璃微珠为核，聚丙烯酸丁酯为壳的光散射剂(粒径为12μm，聚丙烯酸丁酯壳层厚度0.9μm)、质量份数为97.90份的熔融指数为60g/10min的聚碳酸酯、质量份数为0.1份的三异癸基亚磷酸酯抗氧剂混合后在120℃下干燥4h，通过双螺杆挤出机挤出造粒，双螺杆挤出机螺杆各区温度应保持在200～300℃，然后冷却、干燥、切粒和包装，制得LED灯外壳材料。经测量，2mm厚的LED灯外壳材料透光率为80.1％，雾度为93.4％。

实施例4

将质量份数为6份的以聚硅氧烷微球为核，聚丙烯酸丁酯为壳的光散射剂(粒径为12μm，聚丙烯酸丁酯壳层厚度1.0μm)、质量份数为93.85份的熔融指数为65g/10min的聚碳酸酯、质量份数为0.15份的三月桂基亚磷酸酯抗氧剂混合后在120℃下干燥4h，通过双螺杆挤出机挤出造粒，双螺杆挤出机螺杆各区温度应保持在200～300℃，然后冷却、干燥、切粒和包装，制得LED灯外壳材料。经测量，2mm厚的LED灯外壳材料透光率为83.2％，雾度为92.6％。

实施例5

将质量份数为2份的以玻璃微珠为核，聚甲基丙烯酸缩水甘油酯为壳的光散射剂(粒径为11μm，聚甲基丙烯酸缩水甘油酯壳层厚度1.2μm)、质量份数为97.80份的熔融指数为70g/10min的聚碳酸酯、质量份数为0.20份的三苯基亚磷酸酯抗氧剂混合后在120℃下干燥4h，通过双螺杆挤出机挤出造粒，双螺杆挤出机螺杆各区温度应保持在200～300℃，然后冷却、干燥、切粒和包装，制得LED灯外壳材料。经测量，2mm厚的LED灯外壳材料透光率为81.2％，雾度为91.4％。

实施例6

将质量份数为8份的以聚硅氧烷微球为核，聚丙烯酸丁酯为壳的光散射剂(粒径为12μm，聚丙烯酸丁酯壳层厚度1.1μm)、质量份数为91份的熔融指数为75g/10min的聚碳酸酯、质量份数为1份的2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚抗氧剂混合后在120℃下干燥4h，通过双螺杆挤出机挤出造粒，双螺杆挤出机螺杆各区温度应保持在200～300℃，然后冷却、干燥、切粒和包装，制得LED灯外壳材料。经测量，2mm厚的LED灯外壳材料透光率为82.3％，雾度为91.7％。

实施例7

将质量份数为0.01份的以聚苯乙烯为核，聚甲基丙烯酸甲酯为壳的光散射剂(粒径为12μm，聚甲基丙烯酸甲酯壳层厚度0.8μm)、质量份数为99.89份的熔融指数为75g/10min的聚碳酸酯、质量份数为0.1份的抗氧剂1010混合后在120℃下干燥4h，通过双螺杆挤出机挤出造粒，双螺杆挤出机螺杆各区温度应保持在200～300℃，然后冷却、干燥、切粒和包装，制得LED灯外壳材料。经测量，2mm厚的LED灯外壳材料透光率为80.6％，雾度为92.8％。

Claims

1.一种LED照明用光散射型聚碳酸酯组合物，其特征在于包括聚碳酸酯和光散射剂，所述光散射剂是核壳型光散射剂粉体，该核壳型光散射剂粉体以玻璃微珠、二氧化硅、聚硅氧烷微球或聚苯乙烯为核，以丙烯酸酯聚合物或甲基丙烯酸酯聚合物为壳；具体由以下按质量份数计的组分组成：

聚碳酸酯树脂 91～99.89份

光散射剂粉体 0.01～8份

抗氧剂 0.1～1份

2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于所述光散射剂粉体通过种子乳液聚合法制备得到，包括：先在含有玻璃微珠、二氧化硅、聚硅氧烷微球或聚苯乙烯的种子乳液中加入丙烯酸酯类聚合物或甲基丙烯酸酯类聚合物或二者的混合物，在加入交联剂和引发剂，然后引发反应，使第二聚合物在种子乳胶粒子表面进行交联聚合，生成具有核壳结构的粒子。

3.根据权利要求1或2所述的组合物，其特征在于所述光散射剂粉体的壳的厚度为0.3～1.5μm。

4.根据权利要求3所述的组合物，其特征在于所述光散射剂粉体的折光率为1.5～1.7，以直径2～4μm的聚硅氧烷微球为核，聚甲基丙烯酸缩水甘油酯为壳，壳的厚度为0.7～1.2μm；通过自由基乳液聚合技术在微球外包覆聚甲基丙烯酸缩水甘油酯层得到。

5.根据权利要求2所述的组合物，其特征在于所述丙烯酸酯类聚合物为聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸丁酯、聚丙烯酸缩水甘油酯、聚丙烯酸羟乙酯、聚丙烯酸羟丙酯或聚丙烯酸2-乙基己酯中的一种；甲基丙烯酸酯类聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸缩水甘油酯、聚甲基丙烯酸羟乙酯、聚甲基丙烯酸羟丙酯或聚甲基丙烯酸2-乙基己酯中的一种。

6.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于所述抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂或受阻酚类抗氧剂；其中亚磷酸酯类抗氧剂为三乙基亚磷酸酯、三异丙基亚磷酸酯、三异癸基亚磷酸酯、三月桂基亚磷酸酯、三苯基异癸基亚磷酸酯和三苯基亚磷酸酯中的一种以上；受阻酚类抗氧剂为2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚、抗氧剂1010或抗氧剂1076中的一种以上。

7.权利要求1～6之一所述组合物在制备LED灯外壳材料中的应用，其特征在于将聚碳酸酯树脂、光散射剂粉体、抗氧剂混合后干燥，通过双螺杆挤出机挤出造粒，双螺杆挤出机螺杆各区温度保持在200～300℃，然后冷却、干燥、切粒和包装，制得LED灯外壳材料。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于所述聚碳酸酯树脂、光散射剂粉体、抗氧剂混合后在120℃下干燥4h；所述LED灯外壳材料粒径为1～20μm。