一种含有类“复眼”结构散射体的光散射材料制造技术

本发明专利技术提供一种散射体为类“复眼”结构的光散射材料，其特征在于该光散射材料的基体和第一散射体均是透明聚合物，并且通过在聚合物散射体中引入粒径更小的粒子作为第二散射体，形成一种类“复眼”结构的复合散射体，第一散射体为“大眼”，第二散射体为“小眼”。“小眼”散射体选择性分布在“大眼”散射体中或者“大眼”散射体与基体的界面处。该类光散射材料不仅保留了传统类海‑岛结构光散射材料高雾度、高透过率等优异的性能，还可以通过“复眼”散射体的多重散射作用提高散射角。

【技术实现步骤摘要】
一种含有类“复眼”结构散射体的光散射材料
本专利技术属于聚合物基复合材料制备工艺领域，具体涉及含有类“复眼”结构散射体的光散射材料的制备方法。该方法的特点是利用熔融共混的方法制备含有类“复眼”结构散射体的光散射材料。利用类“复眼”结构散射体的多重散射作用使该类光散射材料具有高雾度、高透过率和大散射角等优异的光学性能。
技术介绍
光散射材料常用于LED照明外壳材料，它既能让光线透过，又能将入射光均匀地散射到不同方向上，遮蔽光源，减少因光线折射造成的眩晕感，避免对人眼造成光损伤。制备光散射材料依据的是光的散射原理：当光通过不均匀介质时，光波的振动电场使微粒中的电子产生强迫振动，微粒变成二次波源，向各个方向发射电磁波，部分光线的传播方向偏离入射光方向，所以在入射光方向之外的其他方向也能观察到光强。根据这一原理，在材料表面赋予微结构或者在基体材料内加入光散射剂可以制得光散射材料。根据散射体在基体中位置的不同，可将聚合物基光散射材料分为面散射材料和体散射材料。面散射材料依靠表面的微结构起到散射作用，比如半球形结构、微棱形结构、锥形结构或者其他粗糙表面。体散射材料是利用散射体粒子分散于透明聚合物基体中而制成的，具有导光性好，透光均匀，散射角大等优点。制备面散射材料的方法主要有：全息记录法、电喷射法、复制模塑法、热模压法、光刻蚀法等。面散射材料可以较准确地对散射中心进行设计和制备，但制备成本高，不适用于大规模生产，且不易维护，容易在使用过程中因污染或刮擦等原因影响光散射性能。体散射材料由基体材料和散射体材料组成，传统体散射材料指的是具有类海-岛结构的光散射材料，如JP03078701以碳酸钙和二氧化硅作为散射粒子制得聚碳酸酯光散射板。JP05257002记载了由二氧化硅构成散射颜料的散光聚碳酸酯板。CN102702713A记载了以常规聚合物为散射体的聚碳酸酯复合物光散射材料。但这类光散射材料具有以下缺点：1、仅能产生单一光散射作用，散射范围小；2、散射粒子单一，不方便调控材料的光学性能；3、制成各向异性光散射材料时，在提高一个方向散射范围的同时，另一个方向的散射范围会有所损失。散射体的结构对光散射材料的散射效果有很大的影响，因此用简便的方法制备具有特殊结构的光散射粒子成为实现高性能光散射材料的重要手段。
技术实现思路
本专利技术是基于上述想法而进行的，本专利技术的目的是：1、提供一种生产成本较低、制备方法简单、安全可靠的光散射材料；2、该类光散射材料具有高透过率、高雾度以及大散射角等特点，可以制成各向同性光散射材料和各向异性光散射材料；3、可以通过调节第一散射体或第二散射体的含量、粒径大小和加工参数等条件来调控光散射材料的光学性能。为满足上述目的，本专利技术利用熔融共混的方法制备了类“复眼”结构散射体的光散射材料，其中以透明聚合物为基体，类“复眼”结构的散射粒子为散射体，类“复眼”结构的散射粒子的特征在于其以第一散射体为“大眼”，以第二散射体为“小眼”，且“小眼”选择性的分散在“大眼”之中或者“大眼”与基体的界面处。基体与第一散射体的相对折射率的差值在0.01~0.6之间（即0.01≤|nA-nB|≤0.6，nA为基体的相对折射率，nB为第一散射体的相对折射率），优选0.01~0.2（即0.01≤|nA-nB|≤0.2）；第一散射体与第二散射体的相对折射率的差值在0.01~0.6之间（即0.01≤|nB-nC|≤0.6，nB为第一散射体的相对折射率，nC为第二散射体的相对折射率），优选0.01~0.2（即0.01≤|nB-nC|≤0.6）；在相同条件下，第二散射体的浸润系数ω＜1，优选ω＜－1,(ω＝(γC-B－γC-A)／γA-B,其中A，B，C分别代表基体、第一散射体和第二散射体；γC-B，γC-A，γA-B分别代表第二散射体和第一散射体的界面张力、第二散射体和基体的界面张力以及基体和第一散射体的界面张力），即第二散射体与第一散射体间的相容性优于其与基体之间的相容性。基体材料指的是一种透明聚合物或者两种及两种以上透明聚合物复合得到的透明共混物，并且其对可见光（400nm-800nm）透过率在80%以上，如：PVC（聚氯乙烯）、PP（聚丙烯）、PE（聚乙烯）、PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）、PC（聚碳酸酯）、PS（聚苯乙烯）、PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）、PES（聚醚砜）、SAN（苯乙烯-丙烯腈共聚物）、BS（丁二烯-苯乙烯共聚物）、TPX（聚4-甲基戊烯-1）、MS（甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物）、透明聚烯烃材料等热塑性树脂材料，及CR-39（聚双烯丙基二甘醇二碳酸酯）、J.D（PES的衍生共聚物）等热固性树脂材料。第一散射体材料指的是对可见光（400nm-800nm）透过率在80%以上的透明聚合物材料，如：PVC（聚氯乙烯）、PP（聚丙烯）、PE（聚乙烯）、PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）、PC（聚碳酸酯）、PS（聚苯乙烯）、PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）、PES（聚醚砜）、SAN（苯乙烯-丙烯腈共聚物）、BS（丁二烯-苯乙烯共聚物）、TPX（聚4-甲基戊烯-1）、MS（甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物）、透明聚烯烃材料等热塑性树脂材料，及CR-39（聚双烯丙基二甘醇二碳酸酯）、J.D（PES的衍生共聚物）等热固性树脂材料。第二散射体指的是热变形温度T≥150℃,优选T≥250℃的无机粒子或有机粒子，如：二氧化硅（SiO2）、二氧化钛（TiO2）、碳酸钙（CaCO3）、硫酸钡（BaSO4）、氧化铝（Al2O3）、氧化钙（CaO）、玻璃微珠、白炭黑等无机粒子；或聚甲基硅氧烷微球、聚乙基硅氧烷微球、硅橡胶微球、有机硅粒子、丙烯酸酯类光散射粒子等有机粒子。第二散射体的粒径应小于10um，优选小于1um，更优选小于800nm。本专利技术提供的类“复眼”结构散射体的光散射材料的基体和第一散射体的质量比为99/1~50/50，优选90/10~60/40；第二散射体的重量为第一散射体总重量的0.001%~35%，优选0.001%~15%，更优选0.001%~10%。采用熔融共混的方法对基体、第一散射体和第二散射体熔融共混后加工成型（如模压成型、注塑成型、挤出成型等）得到各向同性光散射材料或各向异性光散射材料。本专利技术所涉及的基体、第一散射体和第二散射体在加工开始之前应经历干燥、表面改性等前处理过程。干燥过程应在60℃以上的真空环境中干燥8h以上，优选80℃以上的真空环境中干燥12h以上。表面处理过程是为了增加第一散射体与第二散射体的相容性，具体的处理方法如：化学改性、等离子体改性、光化学改性和辐射改性等。化学改性是通过化学反应改变粒子表面性质的方法，如利用二氧化硅（SiO2）、二氧化钛（TiO2）、碳酸钙（CaCO3）、硫酸钡（BaSO4）、氧化铝（Al2O3）、氧化钙（CaO）、玻璃微珠、白炭黑等无机粒子或聚甲基硅氧烷微球、聚乙基硅氧烷微球、硅橡胶微球、有机硅粒子、丙烯酸酯类光散射粒子等有机粒子表面的羟基，通过引入偶联剂，使其表面的羟基与偶联剂发生相互反应，从而达到将粒子表面由亲水性变为亲油性的目的。等离子体改性是利用等离子体改变粒子表面性质的方法，有机物蒸汽接受等离子体的能量，产生气相自由基，气相自由基吸附在二氧化硅（SiO2）、二氧化钛本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种散射体为类“复眼”结构的光散射材料，其特征在于其基本组成包括透明基体和类“复眼”结构的散射体。

【技术特征摘要】
1.一种散射体为类“复眼”结构的光散射材料，其特征在于其基本组成包括透明基体和类“复眼”结构的散射体。2.根据权利要求1所述的光散射材料，其特征在于其类“复眼”结构的散射体是以第一散射体为“大眼”，以第二散射体为“小眼”构成，“小眼”选择性的分布在“大眼”中或者“大眼”与基体的界面处。3.根据权利要求1所述的光散射材料，其特征在于其基体是一种透明聚合物或者两种及两种以上透明聚合物复合得到的透明共混物，并且其对可见光（400nm-800nm）的透过率在80%以上，如：PVC（聚氯乙烯）、PP（聚丙烯）、PE（聚乙烯）、PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）、PC（聚碳酸酯）、PS（聚苯乙烯）、PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）、PES（聚醚砜）、SAN（苯乙烯-丙烯腈共聚物）、BS（丁二烯-苯乙烯共聚物）、TPX（聚4-甲基戊烯-1）、MS（甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物）、透明聚烯烃材料等热塑性树脂材料，及CR-39（聚双烯丙基二甘醇二碳酸酯）、J.D（PES的衍生共聚物）等热固性树脂材料。4.根据权利要求1所述的光散射材料，其特征在于其基体材料与第一散射体材料的相对折射率的差值范围为0.01~0.6，优选0.01~0.2。5.根据权利要求1所述的光散射材料，其特征在于其第一散射体材料与第二散射体材料的相对折射率的差值范围为0.01~0.6，优选0.01~0.2。6.根据权利要求1所述的光散射材料，其特征在于其第二散射体的浸润系数...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊英，丁奕同，郭少云，赵梓汝，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51