一种耐候阻燃可用于室外灯罩的光扩散PC及其制备方法技术领域
本发明涉及光扩散聚碳酸酯(PC)材料领域，具体是一种耐候阻燃可用于室外灯罩
的光扩散PC材料，以及该光扩散PC材料的制备方法。
背景技术
当今世界节能降耗、保护环境依然是不变的主题。随着LED灯节能的优势凸显，LED
灯的应用范围也愈发广泛，由传统的室内照明逐渐向室外照明靠拢。这就要求作为灯罩用
料的光扩散PC具有更全面的性能，尤其是在耐候性方面。
光扩散PC是以透明PC为基材，添加一定比列光扩散剂以及其它助剂经过特殊工艺
聚合而成的一种透光而不透明的光扩散材料，它具有PC天生的优异性能，但是它需要保持
光学性能，才能满足在LED灯上的使用。因此，各种助剂的添加都需要以保持透光率为前提，
这就使得光扩散PC在耐候、阻燃、调色等方面的改性存在一定的局限性。
首先，随着LED照明行业的发展，LED灯具的安全使用标准不断完善，对于作为灯罩
材料的要求也不断提高，比如对其阻燃性能的要求。另外，随着LED照明的普及，LED灯的价
格也越来越大众化，从而使得LED灯罩越做越薄，这就要求作为灯罩材料的光扩散PC不仅要
有薄壁的韧性，同时还必需具有薄壁的阻燃性。解决韧性和阻燃性的途径，就是添加更多的
增韧剂和阻燃剂，可是增韧剂和阻燃剂用量的增加，会明显降低产品的透光率，使产品无法
满足光学要求。这就要求使用更加高效的增韧剂和阻燃剂，或者使用兼具二者功能的新型
助剂。
其次，PC中存在双键和酯基，双键会使得PC在光老化方面表现较差，而酯基又会使
其不耐水解，遇水易发生降解老化，使得PC在耐候方面存在着天生的缺陷。因此，为了使光
扩散PC适应室外环境，并能长期使用，需要对其进行抗老化和耐水解的改性，使其更能适用
室外环境。但是耐水解剂及抗UV剂的加入，会使得产品颜色偏黄，无法满足消费者的使用要
求，需要添加颜料用以改善产品的颜色，使产品外观呈现乳白色，或者蓝白色。然而，颜料的
添加又会对产品的光学性能，尤其是透光率，产生影响。
基于上述原因，现有市场上的光扩散PC无法满足室外灯罩关于耐候性、阻燃性、透
光率的要求。
发明内容
本发明旨在提供一种耐候阻燃可用于室外灯罩的光扩散PC及其制备方法，以解决
现有技术存在的光扩散PC易老化，耐侯性能不好，阻燃性不足，不能同时满足灯具颜色和透
光率之间的平衡的问题。
为实现上述目的，本发明的具体方案如下：
一种耐候阻燃可用于室外灯罩的光扩散PC：包括以下重量百分比的组分：
PC 81.25～90.17％
增韧剂 5～15％
光扩散剂 0.8％
阻燃剂 1.5～2.5％
协效阻燃剂 0.4～0.6％
耐水解剂 0.1～0.5％
抗UV剂 0.1～0.5％
颜料 0.03～0.05％
抗氧剂 0.3％
分散剂 0.3％。
进一步的，所述的一种耐候阻燃可用于室外灯罩的光扩散PC，包括以下重量百分
比的组分：
PC 81.25～89.55％
增韧剂 5～15％
光扩散剂 0.8％
阻燃剂 1.5～2.5％
协效阻燃剂 0.4～0.6％
耐水解剂 0.2～0.5％
抗UV剂 0.2～0.5％
颜料 0.03～0.05％
抗氧剂 0.3％
分散剂 0.3％。
进一步的，所述PC是相对密度为1.20，在300℃、负载1.2Kg下，熔体流动指数为5～
10g/10min之间的一种或多种。
进一步的，所述增韧剂为含氟碳酸酯聚氨酯弹性体，它是一种多功能助剂，具有增
韧及阻燃作用。所述光扩散剂为有机硅类和/或丙烯酸酯类。
进一步的，所述含氟碳酸酯聚氨酯弹性体的合成过程是(见图1)：
化合物1的制备：
1)称量2g双酚A于40mL二氯甲烷中，再向其中加入酯交换催化剂固体0.016g，所述
酯交换催化剂为NaOH、KOH、NaOCH3、有机碱中的一种或多种；
2)称量1.87g碳酸二苯酯于20mL二氯甲烷中在室温搅拌的条件下缓慢的加入到1)
中，40℃下反应72小时；反应结束后，将其过滤，将所得固体用适量的乙醚洗涤，所得滤液用
旋转蒸发仪减压蒸馏得到固体，将所得固体再用15mL乙醚萃取3次，合并所有的固体，即得
化合物1(见图1标示1)；
化合物2的制备：称取10g羟基硅油，逐滴加入0.88g异氰酸酯80℃下，反应8小时；
所述异氰酸酯为TDI、MDI、HDI中的一种或多种；反应结束后，产物严格无水保存，即得化合
物2(见图1标示2)；
化合物3的制备：
1)称取1.5g化合物1，加入50mL三氯甲烷，充分溶解，并采用氩气保护，充分除水；
2)在无水条件下称取0.46g化合物2，逐滴加入化合物1的溶液中，在氩气保护下，
在40℃下，反应24小时；反应结束后，利用甲醇沉淀目标产物，将所得固体用适量的乙醇洗
涤，所得滤液用旋转蒸发仪减压蒸馏得到固体，将所得固体再用15mL乙醚萃取3次，合并所
有的固体，即得化合物3(见图1标示3)；
化合物4的制备：
1)称取2g化合物3，加入三氯甲烷50mL，充分溶解，并采用氩气保护，充分除水；
2)在无水条件下称取0.6g全氟丁基磺酰氟，逐滴加入化合物1的溶液中，在氩气保
护下，在40℃下，反应24小时；反应结束后，利用甲醇沉淀目标产物，将所得固体用适量的乙
醇洗涤，所得滤液用旋转蒸发仪减压蒸馏得到固体，将所得固体再用15mL乙醚萃取3次，合
并所有的固体，即得化合物4(见图1标示4)；
所述化合物4即为含氟碳酸酯聚氨酯弹性体。
本发明的含氟碳酸酯聚氨酯弹性体是一种多功能助剂，其利用碳酸酯链段作为硬
段，利用有机硅链段作为软段，实现弹性体增韧的基本性能，而且能保持产品的透光率。同
时，由于氟端基和有机硅的协同效应，可以有效提高含氟碳酸酯聚氨酯弹性体的阻燃效率，
起到协效阻燃的作用，有助于提高本发明产品的阻燃效果。
进一步的，所述阻燃剂为有机硅类阻燃剂，对产品的透光率影响较小，可以增大阻
燃剂的使用量，使得薄壁阻燃更容易达标。
进一步的，所述协效阻燃剂为磺酸盐类协效阻燃剂。
进一步的，所述耐水解剂为聚碳化二亚胺类耐水解剂和/或单碳化二亚胺；
任选的，所述抗UV剂为氰特5411和/或克莱恩B-CAP中。
进一步的，所述颜料为白炭黑或钛白粉，在调整产品初始颜色的同时，还有一定的
耐候作用，可以提高本发明产品的耐候性能。
进一步的，所述抗氧剂为抗氧剂1076、抗氧剂168、抗氧剂1010中的一种或两种；
任选的，所述分散剂为PETS和/或EBS。
其中，对于以上各组分用量的限定：
本发明PC用量是基于生产成本和光学、阻燃、耐候等产品性能的综合考虑进行限
定的，当PC的值低于81.25％或者高于90.17％时，都无法与其他功能性助剂配合，达到本发
明在确保光学性能的前提下，提高产品耐候阻燃性能的技术效果。
本发明所采用的增韧剂是一种多功能助剂，具有增韧及阻燃作用，其使用目的在
于增大产品的韧性，以提高产品的弹性和阻燃效率。本发明对增韧剂用量的限定主要出于
以下两点考虑：(1)在满足产品性能要求的前提下，尽可能地减少使用量，以降低生产成本；
(2)增韧剂的用量会影响产品光学性能，当增韧剂的用量增加时，会对产品的光束角有协同
增大效果，降低产品的透光率。因此，本发明限定增韧剂的最低用量为5％，以确保产品具有
足够的韧性和阻燃效率；限定增韧剂的最大用量为15％，以控制生产成本，并尽可能地降低
光束角，提高产品的透光率。
本发明光扩散剂的使用目的在于增加光的散射和透射，在遮住LED灯刺眼光源的
同时，使光线更加柔和、美观，达到透光不透明的舒适效果。为达到此效果，本发明光扩散剂
的最低用量为0.8％。另外，光扩散剂的用量还受到增韧剂和阻燃剂用量的影响，因为增韧
剂和阻燃剂都含有硅成分，会对产品的光束角产生增大作用，降低产品的透光率。本发明的
目的在于，满足较高透光率的同时尽可能地提高阻燃效果，需要尽可能地增大阻燃剂的用
量，而产品的透光率就随之下降了，需要减少光扩散剂的用量，以确保产品的透光率满足要
求。因此，本发明光扩散剂的用量为0.8％。
阻燃剂、协效阻燃剂可以使聚合物具有阻燃性，室外用灯需要更大的功率，使得灯
具的发热量增大，对灯罩产品的防火等级便有了更高的要求，要求达到V0。因此，阻燃剂、协
效阻燃剂对于本发明是必不可少的，而且，在阻燃剂最低使用量为1.5％、协效阻燃剂最低
使用量为0.4％时，才能达到V0的防火等级要求。但是，阻燃剂的使用会增大产品的光束角，
降低产品的透光率，为了保证产品的光学性能，本发明对阻燃剂的用量不能超过2.5％。协
效阻燃剂是配合阻燃剂的用量进行添加的，因此，与阻燃剂的限量相对应的，协效阻燃剂的
用量不能超过0.6％。
耐水解剂的作用在于抗水解，可以抵抗化学腐蚀，提高产品的使用寿命；而抗UV剂
可以使产品有效屏蔽紫外线辐射。室外LED灯要求灯罩的材料可以在日晒、雨淋等比较恶劣
的环境使用，因此，本发明必需添加耐水解剂、抗UV剂以提高产品的耐候性能，而且，经过大
量实验反复测定，在耐水解剂和抗UV剂的最少使用量分别达到0.1％时，本发明的产品才会
有较好的耐候性。
然而，上述耐水解剂和抗UV剂的加入会使产品的颜色发黄，无法满足消费者的使
用要求，需要在本发明的配方中加入至少0.03％的颜料，以调整本发明产品的颜色，使产品
的光线变得蓝白或乳白。但是，颜料的添加会大大降低产品的透光率，所以需要严格控制颜
料的用量，最高不得超过0.05％，以达到本发明产品颜色和透光率的平衡。
另外，为了尽可能地降低产品颜色发黄的程度，以减少颜料的用量，提高产品的透
光率，本发明需要在确保良好抗UV效果的前提下，尽量减少会使产品颜色发黄的耐水解剂
和抗UV剂的用量，因此，耐水解剂和抗UV剂的最大用量分别为0.5％。
本发明抗氧剂的使用目的在于延缓或抑制聚合物氧化过程的进行，从而阻止聚合
物的老化并延长其使用寿命；而分散剂的使用目的在于提高和改善固体或液体物料分散性
能，保持分散体系的相对稳定。但是，抗氧剂与分散剂属于加工保护助剂，它们都属于低熔
点物质，在预生产时需要经过高速搅拌机的混合，会因摩擦产生大量的热，使其产生熔化，
而导致物料结块，影响正常的连续生产。因此，本发明将抗氧剂与分散剂的用量限定为
0.3％，既能发挥这两种助剂的功能，又符合生产要求，不会导致物料结块。
本发明还提供一种制备上述耐候阻燃可用于室外灯罩的光扩散PC的方法，包括以
下步骤：
(1)按重量百分比称取各组分的重量；
(2)以PC为主料，添加增韧剂、光扩散剂、抗氧剂、分散剂、阻燃剂、协效阻燃剂、耐
水解剂、抗UV剂、颜料，在高速搅拌机里混和均匀；
(3)将步骤(2)中的混合浆液倒入双螺杆挤出机中，设定温度250～280℃，转速为
400转/分钟，挤出造粒。
本发明的有益效果在于：
1.采用含氟有机硅嵌段聚碳酸酯聚合物作为增韧剂，在提高产品韧性的同时，保
持了产品的透光率；并且本发明所使用的增韧剂可以起到协效阻燃的作用，有助于提高本
发明产品的阻燃效果；
2.采用白炭黑或钛白粉作为颜料，在调整产品初始颜色的同时，还有一定的耐候
作用；
3.采用有机硅类阻燃剂，对产品的透光率影响较小，可以增大阻燃剂的使用量，使
得薄壁阻燃更容易达标。
本发明所制备的光扩散PC，具有良好的阻燃效果和耐候性，可以满足室外使用的
要求。此外，本发明具备高透光率、良好的韧性、理想的外观颜色，可以满足消费者对灯具的
要求。
附图说明
图1是本发明含氟碳酸酯聚氨酯弹性体的合成过程。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例旨在用于解释本发明，
而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域
内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商
者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1：一种耐候阻燃可用于室外灯罩的光扩散PC的制备
表1实施例1-5一种耐候阻燃可用于室外灯罩的光扩散PC配方表(w/w％)
参照图1，合成含氟碳酸酯聚氨酯弹性体：
化合物1的制备：
1)称量2g双酚A于40mL二氯甲烷中，再向其中加入酯交换催化剂NaOH0.016g；
2)称量1.87g碳酸二苯酯于20mL二氯甲烷中在室温搅拌的条件下缓慢的加入到1)
中，40℃下反应72小时；反应结束后，将其过滤，将所得固体用适量的乙醚洗涤，所得滤液用
旋转蒸发仪减压蒸馏得到固体，将所得固体再用15mL乙醚萃取3次，合并所有的固体，即得
化合物1(见图1标示1)；
化合物2的制备：称取10g羟基硅油，逐滴加入0.88gTDI 80℃下，反应8小时；反应
结束后，产物严格无水保存，即得化合物2(见图1标示2)；
化合物3的制备：
1)称取1.5g化合物1，加入50mL三氯甲烷，充分溶解，并采用氩气保护，充分除水；
2)在无水条件下称取0.46g化合物2，逐滴加入化合物1的溶液中，在氩气保护下，
在40℃下，反应24小时；反应结束后，利用甲醇沉淀目标产物，将所得固体用适量的乙醇洗
涤，所得滤液用旋转蒸发仪减压蒸馏得到固体，将所得固体再用15mL乙醚萃取3次，合并所
有的固体，即得化合物3(见图1标示3)；
化合物4的制备：
1)称取2g化合物3，加入三氯甲烷50mL，充分溶解，并采用氩气保护，充分除水；
2)在无水条件下称取0.6g全氟丁基磺酰氟，逐滴加入化合物1的溶液中，在氩气保
护下，在40℃下，反应24小时；反应结束后，利用甲醇沉淀目标产物，将所得固体用适量的乙
醇洗涤，所得滤液用旋转蒸发仪减压蒸馏得到固体，将所得固体再用15mL乙醚萃取3次，合
并所有的固体，即得化合物4(见图1标示4)；
所述化合物4即为含氟碳酸酯聚氨酯弹性体。
本实施例1的制备步骤如下：
原料配方：见表1。
以PC为主料，添加增韧剂、光扩散剂、抗氧剂、分散剂、阻燃剂、协效阻燃剂、耐水解
剂、抗UV剂、颜料，在高速搅拌机里混和均匀，制得混合浆液；
将上述混合浆液倒入双螺杆挤出机中，设定温度250℃，转速为400转/分钟，挤出
造粒。本发明所使用的双螺杆挤出机的螺杆长径比为40:1。
实施例2：一种耐候阻燃可用于室外灯罩的光扩散PC的制备
含氟碳酸酯聚氨酯弹性体合成过程同实施例1。
原料配方：见表1。本实施例2的制备方法同实施例1，不同之处在于，将上述混合浆
液倒入双螺杆挤出机时，设定温度280℃。
实施例3：一种耐候阻燃可用于室外灯罩的光扩散PC的制备
含氟碳酸酯聚氨酯弹性体合成过程同实施例1。
原料配方：见表1。本实施例3的制备方法同实施例1，不同之处在于，将上述混合浆
液倒入双螺杆挤出机时，设定温度270℃。
实施例4：一种耐候阻燃可用于室外灯罩的光扩散PC的制备
含氟碳酸酯聚氨酯弹性体合成过程同实施例1。
原料配方：见表1。本实施例4的制备方法同实施例1，不同之处在于，将上述混合浆
液倒入双螺杆挤出机时，设定温度265℃。
实施例5：一种耐候阻燃可用于室外灯罩的光扩散PC的制备
含氟碳酸酯聚氨酯弹性体合成过程同实施例1。
原料配方：见表1。本实施例5的制备方法同实施例1，不同之处在于，将上述混合浆
液倒入双螺杆挤出机时，设定温度280℃。
对比例1-5：光扩散PC的制备
表2对比例1-5光扩散PC配方表(w/w％)
原料配方：见表2。制备方法同实施例1。
产品性能测试结果：
表2是各实施例和对比例的性能测试结果对比表，其中：
熔融指数的测定采用国家标准GB/T 3682-2000《热塑性塑料熔体质量流动速率和
熔体体积流动速率的测定》；
力学性能中拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度、弯曲模量、冲击强度的耐候性测定
采用美国UL机构f1认证，即采用UL 746C(f1)测试标准进行紫外线暴露试验和水暴露试验
和浸渍试验；
光学性能中光束角的测定采用国家标准GB/T 19658-2013《反射灯中心光强和光
束角的测量方法》、透光率的测定采用国家标准GB/T 2410-2008《透明塑料透光率和雾度的
测定》，测试设备为杭州伏达GON-180灯具光电综合测试仪；
阻燃性能中阻燃等级1.0mm测定采用美国UL-94测试标准；
黄变指数(YI)的测试采用国家标准GB 2409-1980《塑料黄色指数试验方法》。
表2各实施例和对比例光扩散PC的性能测试结果对比表
熔融指数是一种表示塑胶材料加工时的流动性的数值，数值越大，表示该PC的加
工流动性越佳，反之则越差。由表2可知，本发明制备的光扩散PC的熔融指数为15g/10min，
全部达到国家标准。
力学性能的拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度、弯曲模量、冲击强度各参数中，拉伸
强度、弯曲强度、弯曲模量的数值越大，断裂伸长率、冲击强度的数值越小，表示该PC的力学
性能越好。由表2可知，本发明制备的光扩散PC的力学性能均达到甚至超过美国UL 746C
(f1)认证标准，说明本发明具有良好的韧性和耐候性。
光学性能的光束角、透光率各参数中，数值越大，表示该PC的光学性能越好。由表2
可知，本发明制备的光扩散PC的光学性能均达到或超过国家标准，说明本发明具有良好的
光学性能。
阻燃等级，是指物质具有的或材料经处理后具有的明显推迟火焰蔓延的性质，并
以此划分的等级制度，PC阻燃等级由HB，V-2，V-1向V-0逐级递增。由表2可知，本发明制备的
光扩散PC的阻燃等级在UL-94测试中全部达到V-0级别，说明本发明具有良好的阻燃效果。
综上可知，本发明制备的光扩散PC具有良好的阻燃效果，阻燃等级1.0mm可以达到
UL-941.0mm V-0级别，同时兼具良好的耐候性，光学性能良好，力学性能可以达到UL 746C
F1级，可以满足室外使用的要求。另外，本发明具备良好的光束角和透光率，满足消费者对
灯具的要求。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明
白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对
本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。