光扩散剂复配工艺对PC光扩散板性能影响

沈辰

(常州星宇车灯股份有限公司,江苏 常州,213022)



光扩散剂复配工艺对PC光扩散板性能影响

沈辰

(常州星宇车灯股份有限公司,江苏 常州,213022)

摘要：将聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)交联微球、聚苯乙烯(PS)交联微球、有机硅微球3种常用的光扩散剂进行复配，以提升聚碳酸酯(PC)光扩散板光透过率、雾度等光学性能，并且考察其力学性能。研究发现，PMMA/PS体系、PMMA/有机硅体系、PS/有机硅体系的复配质量比分别为3∶1,1∶1,1∶1时，PC光扩散板光学性能较好；当光扩散剂质量分数为1.5%时，复配光扩散剂对PC光扩散板力学性能影响较小。

关键词：复配光扩散剂聚碳酸酯光扩散材料

随着民众节能意识的提升，发光二极管(LED)光源在生产生活中的使用率逐渐升高， 已广泛运用在汽车、家用照明等领域。但是，由于LED光源独特的发光特性，单一光源发光强度较高，容易对人眼产生失能眩光，在汽车会车时，更容易发生交通事故。所以，需要对LED光源进行匀光处理，光扩散材料可以将LED光源柔化，即在LED光源前追加光扩散材料[1]。

聚碳酸酯(PC)是较为理想的光扩散基料[2]，市面较为常见的光扩散剂有聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)交联微球、聚苯乙烯(PS)交联微球、有机硅微球。使用PS光扩散剂，PC光扩散板雾度较小，不能起到良好的光扩散效果；单独使用有机硅光扩散剂时，透光率较小，不能达到PC光扩散板的亮度要求。为了解决此问题，将常见的3种光扩散剂进行复配，利用协同效应，制备高透光率、高雾度的PC光扩散板。

1 试验部分

1.1 试验原料

PC, 1250Y，日本帝人株式会社；PMMA交联微球光扩散剂MX 300，粒径3.0 μm，综研化学(苏州)有限公司；PS 交联微球光扩散剂KSR 3EA，粒径3.0 μm，综研化学(苏州)有限公司；有机硅微球,HY-690，粒径2.8 μm，美国MSE公司。

1.2 试验仪器设备

电热恒温鼓风干燥箱,GZX-9070B，上海上迈电子仪器有限公司；高速混合机,GH200DY，辽宁阜新轻工机电厂；双螺杆挤出机,SHJ-35，南京广达橡塑机械厂；塑料注射成型机,HY600，宁波海鹰塑料机械有限公司；微机控制电子万能材料试验机,NQT-10，深圳凯强利试验仪器有限公司；电子分析天平,TG3213A，上海天平仪器厂；紫外可见光分光光度计,UV2450，日本岛津；积分球(ISR-2200)，日本岛津。

1.3 试样制备

准确称取PC及光扩散剂，其中光扩散剂质量分数为10%。先在电热恒温烘箱中100 ℃干燥12 h，之后在高速混合机中高速混合5 min，等待3 min后在双螺杆挤出机中熔融共混。挤出机温度设定为：1区215 ℃，2区225 ℃，3区235 ℃，4区245 ℃，5区250 ℃，6区255 ℃，机头250 ℃，螺杆转速为80 r/min。挤出制备光扩散剂母粒。

准确称量光扩散剂母粒与PC基料共400 g(其中,光扩散剂质量分数为1.5%)，先在高速混合机中高速混合3 min，然后利用注塑机注塑成PC光扩散板材料。注塑机温度设置为：5段220 ℃；4段240 ℃；3段270 ℃；2段280 ℃；1段285 ℃；射嘴，280 ℃。螺杆主机转速为30 r/min。制得的PC光扩散板材料放置在电热恒温烘箱中4 h后待测。

1.4 性能测试

根据GB/T 2410—2008，测试光透过率(Tt)，光扩散材料的有效光扩散系数(Td)，计算雾度(Td/Tt)。光扩散系数越大，光源被扩散的效果越好。

根据GB/T 1040.1—2006，测试拉伸强度、弯曲强度。根据GB/T 1043.1—2008测试，缺口冲击强度。

2 结果与讨论

2.1 复配体系对光学性能影响

研究了PMMA、PS、有机硅微球3种光扩散剂，单一使用及2种复配使用时对PC光扩散板光学性能的影响，如表1所示。

表1　光扩散剂对PC材料光学性能的影响　%

注：表中比例为质量比，下同。

由表1可知，当PMMA与PS质量比为1∶3时，光透过率达到较大值为83%，这是由于加入较多的PS后与PMMA产生协同，使得整体光扩散剂粒径变大，从而光扩散板的透光率得到提升；当PMMA与PS质量比例为1∶1时，雾度达到较大值为96.6%，这是由于加入PMMA与PS含量基本一致，体系中由于存在2种不同折射率的光扩散剂，使得光线在PC光扩散板中折射反射的概率增加，使雾度较高；当PMMA与PS质量比为3∶1时，有效光扩散系数达到最大值为69.7%，可以达到较好的光扩散效果，这可能是由于少量PS的加入，不足以影响PC光扩散板雾度，而PS的折射率与PC基材接近，少量加入，对光透过率影响较小。

添加了PMMA/有机硅体系的PC光扩散板，随着有机硅比例的增加，光透过率下降，雾度增大。究其原因，有机硅光扩散剂是一种“核壳”结构的光扩散剂，加入后，可以增加光线经过PC光扩散板时反射、折射的几率，使得雾度增加，又因为光线每次反射、折射需要损耗能量，使得光透过率下降。当PMMA与有机硅质量比为3∶1时，光透过率较大，为80.9%；当PMMA与有机硅质量比为1∶3时，雾度较大，为95.5%；当PMMA与有机硅复配比例为1∶1时，有效光扩散系数较大，为63.8%，比单一使用有机硅光扩散剂时，性能优异。

PS及有机硅这2种光扩散剂在单独使用时，添加质量分数为1.5%,均不能满足光学性能的要求。研究发现，PS在复配体系中可以起到增加光透过率的作用，有机硅可以增加雾度。随着PS在复配体系中比例增加，PC光扩散板的光透过率逐渐增大，雾度下降较快。有效光扩散系数在PS与有机硅质量比为1∶1时较大，为62.4%，且比PS与有机硅作为单一光扩散剂使用时大，光扩散效果好。PS提高光透过率的原因是其折射率与PC基材接近，光线折射偏转角较小；有机硅提高雾度的原因是由于“核壳”结构的存在，提高了光线反射、折射的几率。

2.2 复配体系对力学性能影响

光扩散剂配方对PC光扩散板材料的拉伸强度、弯曲强度、缺口冲击强度，性能影响，如表2所示。

表2　光扩散剂复配对PC材料力学性能影响

从表2可以看出，添加复配光扩散剂对PC光扩散板材料的力学性能与添加单一光扩散剂的相比变化不大，不同配比的复配光扩散剂对PC光扩散板材料力学性能影响也不大。因为复配光扩散剂的含量及粒径基本一致，所以对PC光扩散板力学性能产生影响较小。

3结语

a) PMMA交联微球，PS交联微球与有机硅交联微球这3种光扩散剂经复配后，均可以通过协同效应达到PC光扩散板使用要求。

b) PMMA-PS复配体系中，当复配质量比为3∶1时，PC材料的有效光扩散系数达到较大值为69.7%，雾度高于仅添加PMMA的PC光扩散板。PMMA与有机硅复配体系中，当复配质量为1∶1时，有效光扩散系数较大，为63.8%，较使用单一光扩散剂时更加优异。PS与有机硅复配体系中，复配质量比1∶1时有效光扩散系数为62.4%，此时光透过率为74.9%，雾度为83.3%，满足实际应用要求，且比PS与有机硅作为单一光扩散剂使用时大，光扩散效果好。

c)添加复配光扩散剂的PC光扩散板的力学性能与添加单一光扩散剂的接近。

参考文献

[1]王世卿，郑文耀，李秀贞．LED照明用高透明光扩散材料[J]．信息记录材料，2013，14(2)：55-59．

[2]沈辰，蔡思怡，周康，等．光扩散剂粒径对PC光扩散板性能的影响[J]．现代塑料加工应用，2015，27(1)：49-52．

收稿日期：2015-10-13;修改稿收到日期:2016-04-12。

作者简介：沈辰(1989-)，硕士研究生，主要从事车灯材料研究及项目管理工作。E-mail:shenchen@xyl.cn。

DOI:10.3969/j.issn.1004-3055.2016.03.012

Effect of Mixed Light Diffusion Agent on Properties of PC Light Diffusion Material

Shen Chen

(Changzhou Xingyu Automotive Lighting systems Co.Ltd., Changzhou,Jiangsu, 213022)

Abstract：Three kinds of light diffusion agents including polymethylmethacrylate (PMMA) crosslinked microsphere,polystyrene (PS) crosslinked microsphere,organosilicon microsphere were mixed to improve transmittance/haze and other optical properties of PC diffusion slab,and mechanical properties were also studied. The results showed that when mass radios of PMMA/PS, PMMA/ organosilicon microsphere,and PS/organosilicon microsphere were 3∶1, 1∶1, 1∶1, respectively, optical property is better. When contents of light diffusion agent were 1.5%, mechanical properties of PC diffusion slab were hardly changed.

Key words：mixed light diffusion agent; polycarbonate; light diffusion material