一種高散射導光有機玻璃及其製備方法
2023-05-19 21:29:56
專利名稱：：一種高散射導光有機玻璃及其製備方法
技術領域：
：本發明涉及聚合物光學材料及其製備，特別是適用於製造將點、線光源變為平面光源，可應用於液晶顯示器背光源、壁掛式光源、各種大型廣告牌等的高散射導光有機玻璃及其製備方法。日本專利JP0459,854公開了一種丙烯酸樹脂光漫射紙張的製備方法，其散射體為具有一定粒徑分布的無機微粒，如氧化鋅(ZnO)、碳酸鈣(CaCO3)、沸石等；基質材料一般為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或其它丙烯酸類聚合物。例如其組分配比為粒徑為0.5μm的氧化鋅ZnO0.2份，粒徑為0.5μm的碳酸鈣CaCO31.5份和100份的PMMA進行直接共混製備出的光散射材料由於透明性較低用途不廣，如僅適用於照明、指示標牌等方面。日本專利JP01315,466和JP0358,084公開了二種高聚物光漫射材料的製備方法，它採用高聚物-高聚物共混法製備光漫射材料的步驟一般如下首先用懸浮聚合法或乳液聚合法製備出具有一定粒徑大小的聚合物顆粒，再將基質材料單體聚合成具有一定粘度的預聚體，然後將散射顆粒和基質預聚體充分混合併後進行後聚合。例如按重量百分比配料的甲基丙烯酸乙酯(3％)、甲基丙烯酸甲酯(39％)、苯乙烯(8％)、一甲基丙烯酸乙二醇酯(50％)等單體在一定的條件下進行懸浮聚合成折光指數為1.5781粒徑大小為10.48μm的透明顆粒，同時將甲基丙烯酸甲酯(11.9％)、甲基丙烯酸乙酯(128.1％)單體和F-1000B(60％一種丙烯酸樹脂)共聚成具有一定粘度的預聚物漿液，然後將1％的透明顆粒和99％的預聚物漿液均勻混合併進行後聚合即能得到具有一定的光漫射能力的材料。這種光漫射材料，用於照明、指示標牌、廣告招牌等。此種方法比較繁雜、步驟較多，尤其是利用懸浮聚合或乳液聚合的方法來製備光散射中心微粒時，作為光散射粒子的聚合物粒徑的不容易控制。且由於聚合物之間的相容性的問題，其散射中心微粒還是不能在基質材料中充分地分布均勻。本發明的目的在於克服現有技術的缺陷，利用兩種具有不同的折光指數的透明聚合物的化學共混，通過其中一種聚合物在另一種聚合物中的微相分離來產生光散射，進一步控制微相的尺寸小於可見光波長，從而實現在保證較高的導光性的前提下得到光散射。通過聚合過程中形成的A-B共聚物來改善聚合物A和聚合物B之間的相容性，從而控制光散射體的形態和尺寸。此外，還可以通過調整聚合物A的重量份數及單體A和單體B的組成來控制材料的光散射強度。提供一種既有光散射性能又有導光性能的高散射導光有機玻璃及其簡便而實用的製備方法。本發明的目的可通過如下措施來達到一種高散射導光有機玻璃，其組分含量如下組分重量百分比苯乙烯St(工業級)15-50％甲基丙烯酸甲酯MMA(工業級)48.3-84.6％數均分子量≥10,000的聚苯乙烯(工業級)0.05-1％過氧化二苯甲醯BPO(工業級)或偶氮二異丁腈AIBN(工業級)0.2-0.4％十二烷基硫醇(工業級)0.1-0.3％一種高散射導光有機玻璃的製備方法，包括以下步驟步驟一按所需材料的光散射強度，在組分含量範圍內調整各組分重量百分比含量，並按調整好的配方備料；步驟二將步驟一組分中甲基丙烯酸甲酯(MMA)單體和苯乙烯(St)單體配製成混合液；步驟三將步驟一組分中數均分子量大於10,000的聚苯乙烯溶於步驟二所配製的混合液中，充分攪拌，待其完全溶解；步驟四加入步驟一作引發劑用的組分過氧化二苯甲醯(BPO)或偶氮二異丁腈(AIBN)和作鏈轉移劑用的十二烷基硫醇，並將該混合液先在85-95℃下聚合，得粘度約為2000釐泊的預聚物，再將預聚物冷卻至室溫，灌漿入所得的產品外形決定的模具中，然後在40-50℃下聚合30-40小時，最後在90-110℃下處理1-3小時即可脫模得板材或棒材。根據光散射的電磁學理論，當光線通過固態或液態媒質時，如媒質中極化率不均勻，就會產生光散射現象。而物質的極化率與其折射率成比例，也就是說當媒質中存在折射率不均勻分布時就會發生光散射。造成折射率不均勻的原因可以是媒質本身的密度漲落，也可以是混有折射率不同的微粒散射點。當散射點的尺寸大於光的波長時，散射光互相干涉，表現出各向異性。為了製備導光材料，要求媒質是透明的，而且通常聚合物的等溫壓縮係數很小，單純依賴媒質密度上的不均勻性不足以產生這種高散射特性。需要利用折射率不同的聚合物共混或不同單體共聚造成折射率的不均勻分布。同時，為了保證散射光的均勻性，又要求折射率不均勻的尺度遠小於光波長(1/20以下)。於是就需要將一種聚合物均勻地分散到另一種透明聚合物中，而且分散相的尺寸為數十納米。我們首次提出利用相容性不同的聚合物進行化學共混，通過微相分離來實現材料的光學性能的非均勻性從而產生光散射。本發明利用兩種具有不同折光指數的透明聚合物的化學共混，通過其中一種聚合物(A，光散射體，≤1％)在另一種聚合物(B，基體，佔兩者重量比≥99％)中的微相分離來產生光散射。控制聚合物A的微相分布尺寸小於可見光波長，從而實現在保證較高的導光性的前提下得到強的光散射。其中，要使A聚合物在B聚合物中產生微相分離並得到較強的光散射能力，則A聚合物的分子量必須大於某一值且聚合物A的折光指數和聚合物B的折光指數之差大於0.03。但是，通常利用聚合物A和聚合物B的簡單共混難以控制聚合物A在聚合物B中的相分離尺寸，致使光散射體分布不均勻而且得到的材料透明性和物理機械性能太差。克服這一缺陷的方法是加入A的單體，但A單體和B單體共聚合得到的共聚物必須是透明的，通過聚合過程中形成的A-B共聚物來改善聚合物A和聚合物B之間的相容性來控制光散射體的形態和尺寸。此外，還可以通過調整聚合物A的重量比及單體A和單體B的組成來控制材料的光散射強度。本發明與現有技術相比具有如下突出的優點1、首次提出利用相容性不同的聚合物進行化學共混，通過微相分離來實現材料的光學性能的非均勻性從而產生光散射，工藝簡單，聚合反應容易控制，得到的光散射材料其導光性能和光散射性能可得到調節。2、如圖1所示，本法製造的高散射導光有機玻璃光散射體分布均勻，可用於將點、線光源轉化為線、面光源的場合，因此用途廣泛，不僅可用於普通照明的場合，更重要的是能用於液晶顯示器、投影儀等的背光源等場合。3、本法製造的高散射導光有機玻璃光散射性能好，參照國標GB2410-80透明塑料透光率和霧度試驗方法進行的測定方法，霧度和透光率的乘積作為光散射強度的指數，實施例1-4所得的產品測試結果如下表厚度(mm)散射均勻性透光率Tt(％)霧度H(％)Tt×H(％)實例15均勻76.373.456.1實例25均勻73.075.755.3實例35均勻85.660.451.7實例45均勻66.382.454.6圖1為一種高散射導光有機玻璃應用效果圖。下面給出如下實施例對本發明作進一步說明。實例1組分重量百分數(％)聚苯乙烯(PSt0.2甲基丙烯酸甲酯(MMA)50.0苯乙烯(St)49.5過氧化二苯甲醯(BPO)0.2十二烷基硫醇0.1按照上述配料比，先將聚苯乙烯在室溫下溶解於甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯二單體的混合溶劑中，再將該溶液在85℃下聚合成具有粘度約為2000釐泊的預聚液，然後將此預聚液灌入相應的模具中，在50℃下聚合40小時後再在95℃下後聚合2.5小時，脫模後即得高散射高聚物導光材料。實例2組分重量百分數(％)聚苯乙烯(PSt0.2甲基丙烯酸甲酯(MMA)80.0苯乙烯(St)19.5過氧化二苯甲醯(BPO)0.2十二烷基硫醇0.1按照上述配料比，先將聚苯乙烯在室溫下溶解於甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯二單體的混合溶劑中，再將該溶液在90℃下聚合成具有粘度約為2000釐泊的預聚液，然後將此預聚液灌入相應的模具中，在40℃下聚合36小時後再在100℃下後聚合2小時，脫模後即得高散射高聚物導光材料。實例3組分重量百分數(％)聚苯乙烯(PStO.1甲基丙烯酸甲酯(MMA)56.7苯乙烯(St)42.8偶氮二異丁腈(AIBN)0.3十二烷基硫醇0.1按照上述配料比，先將聚苯乙烯在室溫下溶解於甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯二單體的混合溶劑中，再將該溶液在95℃下聚合成具有粘度約為2000釐泊的預聚液，然後將此預聚液灌入相應的模具中，在45℃下聚合32小時後再在100℃下後聚合1.5小時，脫模後即得高散射高聚物導光材料。實例3組分重量百分數(％)聚苯乙烯(PSt0.4甲基丙烯酸甲酯(MMA)59.4苯乙烯(St)39.8偶氮二異丁腈(AIBN)0.3十二烷基硫醇0.1按照上述配料比，先將聚苯乙烯在室溫下溶解於甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯二單體的混合溶劑中，再將該溶液在90℃下聚合成具有粘度約為2000釐泊的預聚液，然後將此預聚液灌入相應的模具中，在40℃下聚合40小時後再在110℃下後聚合1小時，脫模後即得高散射高聚物導光材料。權利要求1.一種高散射導光有機玻璃，其特徵在於組分含量如下組分重量百分比苯乙烯St(工業級)15-50％甲基丙烯酸甲酯MMA(工業級)48.3-84.6％數均分子量≥10,000的聚苯乙烯(工業級)0.05-1％過氧化二苯甲醯BPO(工業級)或偶氮二異丁腈AIBN(工業級)0.2-0.4％十二烷基硫醇(工業級)0.1-0.3％2.一種高散射導光有機玻璃的製備方法，其特徵在於包括以下步驟步驟一按所需材料的光散射強度，在組分含量範圍內調整各組分重量百分比含量，並按調整好的配方備料；步驟二將步驟一組分中甲基丙烯酸甲酯(MMA)單體和苯乙烯(St)單體配製成混合液；步驟三將步驟一組分中數均分子量大於10,000的聚苯乙烯溶於步驟二所配製的混合液中，充分攪拌，待其完全溶解；步驟四加入步驟一作引發劑用的組分過氧化二苯甲醯(BPO)或偶氮二異丁腈(AIBN)和作鏈轉移劑用的十二烷基硫醇，並將該混合液先在85-95℃下聚合，得粘度約為2000釐泊的預聚物，再將預聚物冷卻至室溫，灌漿入所得的產品外形決定的模具中，然後在40-50℃下聚合30-40小時，最後在90-110℃下處理1-3小時即可脫模得板材或棒材。全文摘要本發明提供一種高散射導光有機玻璃及其製備方法。該材料各組分重量百分含量是苯乙烯15-20％，甲基丙烯酸甲酯48.3-84.6％，聚苯乙烯0.05-1％，引發劑0.2-0.4％，鏈轉移劑0.1-0.3％。先將聚苯乙烯溶於甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯混合液中，完全溶解後加入引發劑、鏈轉移劑；再在85-95℃下預聚至一定的粘度，然後將預聚物冷卻、灌漿入膜後在40-50℃聚合30-40小時，最後在100℃下處理1.5-2.5小時即可。該方法工藝簡單，聚合反應容易控制，材料的性能可調節，且光散射分布均勻，可用於將點、線光源轉化為線、面光源的場合。文檔編號C08L25/06GK1166510SQ9710881公開日1997年12月3日申請日期1997年1月24日優先權日1997年1月24日發明者高峰,童真,曹賢武申請人:華南理工大學