CN102363668A - 一种聚碳酸酯填充复合材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种聚碳酸酯填充复合材料，其特征在于，由如下重量百分比的组分组成：聚碳酸酯30～90%，二氧化钛5～50%，荧光增白剂0.0001～5%，高波长区域增光剂0.001～15%，其它填料和助剂0～50%；所述高波长区域增光剂是含杂原子的化合物。其有益效果为：所述的聚碳酸酯填充复合物可以通过调整各组分的比例，制备出在全波段都具有优异的光反射性能，能适应不同类型的光源作为反光材料，特别是LED背光模组中的反光板，LED灯头的反光灯罩；由于加工工艺以及成型方便，在光反射材料中应用中具有耗费省、制作方便的优点并收到欢迎和推荐。

Description

一种聚碳酸酯填充复合材料

技术领域

 本发明涉及一种具有高光反射性能聚碳酸酯填充复合材料。

背景技术

聚碳酸酯（简称PC）是分子链中含有碳酸酯基的高分子聚合物。由于聚碳酸酯结构特性，成为增长速度最快的通用工程塑料，其具有优异的韧性、透明性、以及自熄性。光反射材料作为LED行业中的一部分，其发展历程是金属板，金属箔复合塑料片，塑料片的金属蒸镀品，发泡拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄膜，但这些片材不能容易地形成模塑制品，而且加工繁琐。目前可采用聚碳酸酯作为光反射材料（光反射PC），因为聚碳酸酯树脂具有优异的机械性能、电性能、透明性、阻燃性、尺寸稳定性以及耐热性，其光学设计很容易反映在树脂形状中，树脂的重量轻以及加工成本方面的优势。

聚碳酸酯光反射材料应用于LED行业，如其作为背光反射板，不仅需要高反射性能，也需要高的遮光性能，这时候需要加入高浓度的二氧化钛，单从PC或者钛白粉考虑，PC本身具有优异的综合性能以及透光率，钛白粉具有最高的折射率，这样的组合是光反射性能的最优潜力，但是由于光排斥率的降低，PC加钛白粉会引起透光性的降低。

提高现有聚碳酸酯复合材料光学性能的办法，主要有以下几个方面：1）聚碳酸酯本身：如采用接枝或者封端或者利用聚碳酸酯分子量的再分配来稳定树脂本身的性能，例如中国专利CN101747613A采用硅氧烷接枝聚碳酸酯；日本专利JP2009138173，PCT/US2007/072836采用有机官能团接枝的方式，水分控制对性能的影响如日本专利JP268666/2004；2）钛白：通过表面处理来降低钛对聚碳酸酯的伤害，包括a.无机层处理：铝和硅的含水氧化物具有抑制TiO₂光活性催化剂的功能，硅化物可以防止树脂劣化，维持其机械性能，稳定性和耐热性，还有其它如CN200610102315中采用硅酮包覆钛白粉表面的方式；b.有机层处理：有机物对热和光稳定性不好，无论对TiO₂的白度和复合材料的颜色稳定性都有负面影响，但有机层是钛白粉分散性的保证，如PCT/US2007/068740所述；3）加入第三成分来提高光反射性和稳定性，如加入一定量的其它树脂来提高光反射性能，PCT/KR2007/006967，PCT/KR2005/002252，US20050070641A1都能提到。

但上述在先技术都有一定缺陷，即其技术改进均是在聚碳酸酯树脂以及钛白粉本身的稳定以及颜色保证上入手，或通过共混其他树脂组分的方式，并未涉及在高波长区域材料反射率的提高以及稳定的报道，使得复合材料在高波长区域反射效率不高，应用上存在一定的缺陷。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，并提供一种具有高反射性的综合性能优越的聚碳酸酯填充复合物，并使得复合材料在全波段反射率都在较高的水平，从而为可光反射材料广泛的应用于不同LED灯源。

一种聚碳酸酯填充复合材料，由如下组分和质量百分数组成：

聚碳酸酯              30～90%，

二氧化钛               5～50%，

荧光增白剂          0.0001～5%，

高波长区域增光剂     0.001～15%，

其它填料和助剂          0～50%；

所述高波长区域增光剂是含杂原子的化合物。

优选的重量百分比为：

聚碳酸酯               40～80%，

二氧化钛                5～40%，

荧光增白剂          0.0001～3%， 

高波长区域增光剂     0.001～10%，

其它填料助剂            0～50%。

另一组优选的重量百分比为：

聚碳酸酯               50～80%，

二氧化钛                7～40%，

荧光增白剂          0.0005～2%， 

高波长区域增光剂     0.01～10%，

其它助剂               0～50%。

在上述聚碳酸酯填充复合物中，所述聚碳酸酯是指使用各种二羟基二芳基化合物通过光气法制得，或者使用二羟基二芳基化合物与碳酸酯类如碳酸二苯基酯通过酯交换反应制得，所述的二羟基二芳基化合物，可以举例如下：二（羟基芳基）烷的二（4-羟基苯基）甲烷，1,1-二（4-羟基苯基）乙烷，2,2-二（4-羟基苯基）丁烷，2,2-二（4-羟基苯基）辛烷，二（4-羟基苯基）苯基甲烷，2,2-二（4-羟基苯基-3-甲基苯基）丙烷，1,1-（4-羟基-3-叔-丁基苯基）丙烷，上述的二羟基苯基环烷烃如1,1-二（4-羟基苯基）环戊烷，1,1-二（4-羟基苯基）环己烷；二羟基芳基醚类有4,4-二羟基二苯基醚，二羟基芳基硫醚类以及二羟基二芳基亚砜类。

聚碳酸酯的粘均分子量一般是从10,000到 100,000，优选粘均分子量范围在15,000到30,000。

在上述聚碳酸酯填充复合物中，所述的二氧化钛可以使用通过氯化法或者硫酸法制备得到得产品，其晶态可以是金红石型的也可以是锐钛型的，但由于锐钛型的热稳定性和耐候型比金红石型的差，因此优选金红石型钛白粉作为添加成分。

所述的二氧化钛一般是用无机物以及有机物进行包覆，无机物如铝的化合物、硅的化合物、锆的化合物；有机物如胺类化合物、多醇类化合物、硅氧偶联剂、酸类多烯；通过无机包覆层以及有机包覆层，可以改善二氧化钛在聚碳酸酯填充复合物中的分散均一性以及分散稳定性，有利于得到稳定的分散良好的复合物。以上提到的无机物有二氧化三铝、水合氧化铝、二氧化硅、水合二氧化硅、硅酸钠等以及它们的组合物，以上提到的有机物有三乙醇胺、三（羟甲基）乙烷、二甲基硅氧烷、三甲基丙烷、季戊四醇、薄荷烷二磷酸中的一种或者它们的组合物。在以上的表面处理中，包覆层含量控制在0.01~1%wt是最合适的。

为了有效提高复合材料的光反射性能，本发明的复合物中作为填料的为二氧化钛使用的粒径范围为0.1um~0.5um。

在上述聚碳酸酯填充复合物中，所述的荧光增白剂是在化学结构上具有环状的共轭体系，如苯并恶唑系、苯乙烯基系、萘二甲酰胺系、若丹明系、香豆素系、恶嗪系类化合物，另外，作为有机发光体，可以列举如二苯乙烯联苯系蓝色荧光发光材料、芳基乙炔基苯系蓝色发光材料、五联吡啶系荧光发光材料、联六苯基系蓝色发光材料、二莱氧硼基蒽系荧光发光材料等，其作用是吸收不可及的紫外线辐射转变成蓝紫色的荧光辐射，与原有的黄光辐射互补成为白光，提高产品的白度，也能在一定波长范围提高材料的光反射性能。

在上述聚碳酸酯填充复合物中，所述高波长增光剂是分子结构中含有杂原子包括但不限于硫原子、磷原子、硅原子的无机化合物。

在上述聚碳酸酯填充复合物中，所述高波长增光剂是分子结构中含有一个或多个苯环的硅氧烷类化合物。

在上述聚碳酸酯填充复合物中，所述其它填料和助剂中填料可以为玻璃纤维、石棉纤维、碳纤维、晶须、钛酸钾纤维、石英纤维、石墨纤维、陶瓷纤维、PAN纤维、芳纶纤维、UHMWPE纤维、聚酯纤维、硼纤维、天然纤维、玻璃微珠、无定形水合二氧化硅、碳酸镁、硫酸钡、硅酸镁、硅酸铝、硅灰石、云母、石英、碳酸钙、水滑石、针状氢氧化镁、稀土中的一种或几种的混合物。

所述其它助剂为阻燃剂，阻燃剂可以选磷系阻燃剂，具体例子有磷酸三甲酯、磷酸三苯酯、磷酸三甲苯酯、磷酸甲苯酯、磷酸甲苯酯二苯酯、磷酸辛酯二苯酯、磷酸三（2-乙基己酯）、磷酸二异丙酯苯酯、磷酸三（二甲苯酯）、磷酸三（异丙基苯酯）、磷酸三萘酯、双酚A二磷酸酯、氢醌二磷酸酯、间苯二酚磷酸酯、磷酸间苯二酚二苯酯、三苯酚三磷酸酯和磷酸甲苯酯二苯酯。此外，所述磷酸酯化合物包括向上述化合物引入各种取代基制得的化合物及其低聚物和聚合物或其两种或多种的组合物。

作为溴系阻燃剂的例子有溴化双酚A型环氧聚合物丙烯酸五溴苄基酯低聚物、三嗪基阻燃剂、四溴双酚A、二（三溴苯氧基）乙烷、四溴双酚A-二（烯丙基醚）、六溴环十二烷、聚二溴苯醚和溴化邻苯二甲酸酯等及其两种或以上的组合物。

作为磺酸盐阻燃剂有KSS，PPFBS，STB，因不含卤素，环保经济，能单独使用，也可以和其它阻燃剂配合使用。

其它助剂还有抗滴落剂，热氧稳定剂、抗紫外线稳定剂、增塑剂、流动促进剂、加工助剂、或颜色添加剂中的一种或几种的混合物。

上述聚碳酸酯填充复合材料的制备方法，包括如下步骤：将各个组分共混后，于250℃～300℃的温度下挤出造粒。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明的聚碳酸酯填充复合物可以通过调整各组分的比例，制备出在全波段都具有优异的光反射性能，能适应不同类型的光源作为反光材料，特别是LED背光模组中的反光板，LED灯头的反光灯罩；由于加工工艺以及成型方便，在光反射材料中应用中具有耗费省、制作方便的优点并收到欢迎和推荐。

 

具体实施方式

实施例一

配取组分聚碳酸酯、二氧化三铝包覆二氧化钛、荧光增白剂、含磷原子的高波长区域增白剂、其它填料和助剂为玻璃纤维和碳纤维，并将各组分加入双螺杆挤出机，在温度为250℃下混合挤出，并拉条造粒。

实施例二

配取组分聚碳酸酯、三乙醇胺包覆二氧化钛、荧光增白剂、含硅原子的高波长区域增白剂、其它填料和助剂，并将各组分加入双螺杆挤出机，在温度为260℃下混合挤出，并拉条造粒。

实施例三

配取组分聚碳酸酯、三甲基丙烷包覆二氧化钛、荧光增白剂、含硫原子的高波长区域增白剂、其它填料和助剂，并将各组分加入双螺杆挤出机，在温度为270℃下混合挤出，并拉条造粒。

实施例四

配取组分聚碳酸酯、二氧化硅包覆二氧化钛、荧光增白剂、含硫原子的高波长区域增白剂、其它填料和助剂，并将各组分加入双螺杆挤出机，在温度为280℃下混合挤出，并拉条造粒。

实施例五

配取组分聚碳酸酯、季戊四醇包覆二氧化钛、荧光增白剂、含硅原子的高波长区域增白剂、其它填料和助剂，并将各组分加入双螺杆挤出机，在温度为290℃下混合挤出，并拉条造粒。

对比例一

配取组分聚碳酸酯、二氧化钛、其它填料和助剂，并将各组分加入双螺杆挤出机，在温度为300℃下混合挤出，并拉条造粒。

对比例二

配取组分聚碳酸酯、二氧化钛、其它填料和助剂，并将各组分加入双螺杆挤出机，在温度为250下混合挤出，并拉条造粒。

对比例三

配取组分聚碳酸酯、二氧化钛、其它填料和助剂，并将各组分加入双螺杆挤出机，在温度为280℃下混合挤出，并拉条造粒。

表1各实施例和对比例的组分含量

	聚碳酸酯	二氧化钛	荧光增白剂	高波长增光剂	填料及助剂
						实施例1	69.999	25	0.001	-	5
实施例2	59.95	25	0.05	10	5
						实施例3	66	25	1	3	5
实施例4	64.499	30	0.001	0.5	5.5
						实施例5	66.999	30	0.001	8	8
对比例1	85	15	-	-	5
						对比例2	65	20	-	-	5
对比例3	60	35	-	-	5

表2各实施例和对比例的光学性能

实施例	光反射率（ 450nm）	光反射率（ 700nm）
			实施例1	93.9%	94.27%
实施例2	99.3%	96.9%
			实施例3	101.5%	97.02%
实施例4	100.7%	98.3%
			实施例5	100.9%	98.6%
对比例1	93.2%	93.52%
			对比例2	92.8%	93.21%
对比例3	95.4%	95.32%

制备出的产品经混合挤出后拉条造粒，干燥粒料（通常在120℃、真空干燥箱中持续48小时），然后将所得干燥后粒料在270℃-300℃的温度下加工成30*40*2mm试验用标准试样。

上述表中给出的结果清楚表明由于按照本发明加入荧光增白剂和高波长增光剂后，无论在低波长区域还是高波长区域，材料的光反射性能均有明显的提高，证明其所添加的辅料在聚碳酸酯反光体系中应用良好并具有良好的效益。

Claims (15)

1.一种聚碳酸酯填充复合材料，其特征在于，由如下重量百分比的组分组成：

聚碳酸酯               30～90%，

二氧化钛                5～50%，

荧光增白剂           0.0001～5%， 

高波长区域增光剂     0.001～15%，

其它填料和助剂          0～50%；

所述高波长区域增光剂是含杂原子的化合物。

2.根据权利要求1所述的一种聚碳酸酯填充复合材料，由如下重量百分比的组分组成：

聚碳酸酯               40～80%，

二氧化钛                5～40%，

荧光增白剂           0.0001～3%， 

高波长区域增光剂     0.001～10%，

其它填料助剂            0～50%。

3.根据权利要求1所述的一种聚碳酸酯填充复合材料，由如下重量百分比的组分组成：

聚碳酸酯              50～80%，

二氧化钛               7～40%，

荧光增白剂          0.0005～2%， 

高波长区域增光剂     0.01～10%，

其它助剂               0～50%。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种聚碳酸酯填充复合材料，其特征在于，所述聚碳酸酯是指使用各种二羟基二芳基化合物通过光气法制得，或者使用二羟基二芳基化合物与碳酸酯类如碳酸二苯基酯通过酯交换反应制得，上述的二羟基二芳基化合物，可以为二（羟基芳基）烷的二（4-羟基苯基）甲烷，1,1-二（4-羟基苯基）乙烷，2,2-二（4-羟基苯基）丁烷，2,2-二（4-羟基苯基）辛烷，二（4-羟基苯基）苯基甲烷，2,2-二（4-羟基苯基-3-甲基苯基）丙烷，1,1-（4-羟基-3-叔-丁基苯基）丙烷，上述的二羟基苯基环烷烃如1,1-二（4-羟基苯基）环戊烷，1,1-二（4-羟基苯基）环己烷；二羟基芳基醚类有4,4-二羟基二苯基醚，二羟基芳基硫醚类以及二羟基二芳基亚砜类。

5.根据权利要求1、2或3所述的一种聚碳酸酯填充复合物中，所述的二氧化钛通过氯化法或者硫酸法制备得到得产品。

6.根据权利要求5所述的一种聚碳酸酯填充复合材料，其特征在于，二氧化钛采用无机物以及有机物进行包覆，无机物如铝的化合物，硅的化合物，锆的化合物；有机物为胺类化合物，多醇类化合物，硅氧偶联剂或酸类多烯；所述的无机物为二氧化三铝、水合氧化铝、二氧化硅、水合二氧化硅、硅酸钠以及它们的组合物，所述的有机物为三乙醇胺、三（羟甲基）乙烷、二甲基硅氧烷、三甲基丙烷、季戊四醇、薄荷烷二磷酸以及它们的组合物，在以上的表面处理中，其包覆层含量控制在0.01~1%wt。

7.根据权利要求5所述的一种聚碳酸酯填充复合材料，其特征在于，所述二氧化钛的粒径范围是0.1um~0.5um。

8.根据权利要求1、2或3所述的一种聚碳酸酯填充复合材料，其特征在于，所述的荧光增白剂是在化学结构上具有环状的共轭体系，如苯并恶唑系、苯乙烯基系、萘二甲酰胺系、若丹明系、香豆素系或恶嗪系；另外，所述的有机发光体以为二苯乙烯联苯系蓝色荧光发光材料、芳基乙炔基苯系蓝色发光材料、五联吡啶系荧光发光材料、联六苯基系蓝色发光材料或二莱氧硼基蒽系荧光发光材料。

9.根据权利要求1、2或3所述的一种聚碳酸酯填充复合材料，所述高波长增光剂是分子结构中含有杂原子包括但不限于硫原子、磷原子、硅原子的无机化合物。

10.根据权利要求1、2或3所述的一种聚碳酸酯填充复合材料，所述高波长增光剂是分子结构中含有一个或多个苯环的硅氧烷类化合物。

11.根据权利要求1、2或3所述的一种聚碳酸酯填充复合材料，所述其它填料和助剂中，填料可以为玻璃纤维、石棉纤维、碳纤维、晶须、钛酸钾纤维、石英纤维、石墨纤维、陶瓷纤维、PAN纤维、芳纶纤维、UHMWPE纤维、聚酯纤维、硼纤维、天然纤维、玻璃微珠、无定形水合二氧化硅、碳酸镁、硫酸钡、硅酸镁、硅酸铝、硅灰石、云母、石英、碳酸钙、水滑石、针状氢氧化镁、稀土中的一种或几种的混合物。

12.根据权利要求1所述一种聚碳酸酯填充复合材料，其特征在于，所述其它助剂为阻燃剂、抗滴落剂，热氧稳定剂、抗紫外线稳定剂、增塑剂、流动促进剂、加工助剂或颜色添加剂中的一种或几种的混合物。

13.根据权利要求12所述一种聚碳酸酯填充复合材料，其特征在于，所述阻燃剂可以选磷系阻燃剂，具体例子有磷酸三甲酯、磷酸三苯酯、磷酸三甲苯酯、磷酸甲苯酯、磷酸甲苯酯二苯酯、磷酸辛酯二苯酯、磷酸三（2-乙基己酯）、磷酸二异丙酯苯酯、磷酸三（二甲苯酯）、磷酸三（异丙基苯酯）、磷酸三萘酯、双酚A二磷酸酯、氢醌二磷酸酯、间苯二酚磷酸酯、磷酸间苯二酚二苯酯、三苯酚三磷酸酯和磷酸甲苯酯二苯酯；此外，所述磷酸酯化合物包括向上述化合物引入各种取代基制得的化合物及其低聚物和聚合物或其两种或多种的组合物。

14.根据权利要求12所述一种聚碳酸酯填充复合材料，其特征在于，所述阻燃剂还可为溴系阻燃剂，其例子有溴化双酚A型环氧聚合物丙烯酸五溴苄基酯低聚物、三嗪基阻燃剂、四溴双酚A、二（三溴苯氧基）乙烷、四溴双酚A-二（烯丙基醚）、六溴环十二烷、聚二溴苯醚和溴化邻苯二甲酸酯及其两种或以上的组合物。

15.根据权利要求1所述一种聚碳酸酯填充复合材料，其特征在于，所述阻燃剂为磺酸盐阻燃剂，其具体例子有KSS、PPFBS、STB，能单独使用，也可以和其它阻燃剂配合使用。