一种高光通量、防眩光聚碳酸酯及其制备方法 【技术领域】
本发明涉及一种高光通量、防眩光聚碳酸酯及其制备方法，特别应用于照明灯具外罩、显示屏等对光通量要求高的关键部件，属于化工新材料和照明工程技术领域。
背景技术
聚碳酸酯，通常被选作优质照明灯具的外罩材料，其优点是：机械强度是高分子材料中最大的，素有防弹胶之称，其耐高温性、阻燃性、透明性、无毒等综合性能，也是其它高分子材料无法比拟的，聚碳酸酯灯罩虽然具备了上述种种优点，但是随着人们生活水平的不断提高，透光率达90％左右的聚碳酸酯外罩照明灯具，裸露刺眼的眩光，越来越满足不了人们对照明环境的环保、健康、舒适光线的需求。鉴于此，我们对照明灯具外罩材料的聚碳酸酯进行防眩光改性研究。我们选择钛白粉、二氧化硅、球形无机物等作为消光剂，来消除透明聚碳酸酯灯罩的眩光，用此方法生产的防眩光灯罩用在金卤灯、汞灯、节能日光灯等光源上，确实能达到消除眩光的目的。
当LED绿色光源应用到照明领域后，对外罩材料提出了更高的要求，以上传统的聚碳酸酯进行防眩光改性的灯罩，光通量小，光损大，已经不能满足日益发展的半导体照明工程的需要，半导体发光二极管的光效问题，是困扰全世界半导体照明领域的核心技术问题之一。
【发明内容】
本发明的目的在于避免现有技术的不足之处，而提供一种消除眩光、降低光损、提高光通量、有着良好的耐热性、抗紫外线以及优异的力学性能、电性能和易于加工成型的一种高光通量、防眩光聚碳酸酯。
本发明的目的还在于提供一种消除眩光、降低光损、提高光通量、有着良好的耐热性、抗紫外线以及优异的力学性能、电性能和易于加工成型的高光通量、防眩光聚碳酸酯的制备方法。
本发明的目的是通过以下措施来达到的，一种高光通量、防眩光聚碳酸酯，首先制备聚碳酸酯树脂光扩散母粒，按下列配方中的重量百分比计：
聚碳酸酯树脂 94.7-99.8％，
散光剂 0.1-5％，
抗氧剂 0.1-0.3％，
以上各组份之和为百分之百。
在聚碳酸酯树脂光扩散母粒的基础上，按下列配方中的重量百分比计：
聚碳酸酯树脂 30.6-92.9％，
聚碳酸酯光扩散母粒 6.5-66％，
导光剂 0.1-0.5％，
紫外光吸收剂 0.3-0.6％，
抗氧剂 0.1-0.3％，
脱模剂 0.1-2％，
以上各组份之和为百分之百。
所述的聚碳酸酯树脂为双酚A型，分子量：18000-35000，优选分子量25000-27000；优选日本帝人公司的1225Y；或日本帝人公司的1250Y；或日本帝人公司的K1300；或GE公司的121或GE公司的141；或GE公司的131；或GE公司的151；或陶氏公司的201-5；或陶氏公司的303-5；或拜耳公司的2805；或拜耳公司的2807；或拜耳公司的3207；更优选日本帝人公司的1250Y。
所述的散光剂为球形甲基有机硅树脂粉末，粒径为0.5-300微米，优选粒径为50微米-60微米；或是交联甲基丙烯酸甲酯珠球，粒径为0.5-1000微米，优选粒径为50微米-60微米；或是高聚物包裹碳酸钙微球，粒径为0.5-400微米，优选粒径为40微米-50微米；更优选球形甲基有机硅树脂粉末，粒径为40微米-50微米。
所述的导光剂为铝酸锶或是氧化钇。
所述的紫外线吸收剂为【2-(2H-苯并三唑-2-基)-4，6-二(1-甲基-1-苯基乙基)酚】，或者是紫外线吸收剂【2-(2qing基-3，5-二叔戍苯基)-苯并三唑】；或是羟基苯三嗪；或者是Ciba公司的234；或是Ciba公司的1577；或是Cytec公司的5411；或是Ciba公司的234与Ciba公司的1577的复配物，复配物地重量比为3-1∶1。
所述的抗氧剂为【β-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸正十八碳醇酯】；或是Ciba公司的1076；或是Ciba公司的2921；或是Ciba公司的B900；或是金海雅宝公司的1076；或是抗氧剂为主抗氧剂和辅助抗氧剂按重量比1∶2复配使用，主抗氧剂为【β-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸正十八碳醇酯】，或是Ciba公司的1076，辅助抗氧剂为【三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯】，或是Ciba公司的168；Ciba公司的B900；
所述的抗氧剂为上述的主抗氧剂和辅助抗氧剂按重量比1∶2复配，添加含量为上述复配后抗氧剂重量15％-20％的抑酸剂，抑酸剂为Ciba公司的SP136；Ciba公司的2921；
所述的脱模剂为聚硅氧烷，或耐高温石蜡，或季戊四醇硬脂酸酯。
本发明利用树脂之间物理和化学体征的不同，利用球形有机硅树脂的晶球结构，故意在聚碳酸酯内部和表面制造变形或突起，再利用导光剂电致发光的特点，把变型和突起部位变成了一个个光线反射点，从而对光源产生折射、反射、漫射、散射等等干扰，对光线进行二次或多次分配，从而达到消除刺眼的眩光，变有害光线为柔和舒适的光线的目的。本发明使用的散光剂，球形有机硅树脂粉末，具有优异的光扩散性、耐高热性、非常低的凝聚性、阴极充电时，带电量大，与聚碳酸酯的相容性好。碱金属硅酸盐电致导光粉，其材料微晶在7-25微米任意区间，基本形态为粉末状、块状，可在一定电场激发下能级跃迁，当电子从激发态返回基态时表现为发光现象，离子晶体为光子提供了通道，形成三维光的互相连接的网络，球形有机硅树脂的晶球散布在互相链接的三维光网络之间，在整个体系中，每个球形有机硅颗粒都是多面的光线反射镜，把不同角度照射过来的光线反射、折射、散射循环往复，形成了不间断的光传递，从而达到了光传递的连续化、最大化，低光损、无眩光、高光通量的目的，赋予了聚碳酸酯更加优异的光学性质，可满足各种环境、应用场合不同层次的需要。
本发明一种高光通量、防眩光聚碳酸酯的制备方法，具体技术方案如下：
第一步，首先制备聚碳酸酯树脂光扩散母粒，按下列配方中的重量百分比计：聚碳酸酯树脂 94.7-99.8％，
散光剂 0.1-5％，
抗氧剂 0.1-0.3％，
将聚碳酸酯树脂、散光剂、抗氧剂，放入混合器中混合后充分干燥。
第二步，将干燥后的原材料送入积木式双螺杆挤出机中，在料筒的控制温度区间内，经双螺杆的剪切、熔融、混炼、分散、复合，选用的双螺杆挤出机长径比大于28∶1，螺杆转速在100-550转/分钟，使用的双螺杆挤出机料筒温度为，送料段温度：230-240℃；塑化段温度：260-270℃；均化段温度：270-280℃；模头温度：250-260℃；停留时间：1.0-1.5分钟，抽真空压力0.4-0.8MPA，熔融挤出、拉条、过水槽冷却、切粒，制成聚碳酸酯树脂光扩散母粒。
第三步，将以上配料加工制成的聚碳酸酯树脂光扩散母粒，再按下列配方中的重量百分比计秤取：
聚碳酸酯树脂 30.6-92.9％，
聚碳酸酯光扩散母粒 6.5-66％，
导光剂 0.1-0.5％，
紫外光吸收剂 0.3-0.6％，
抗氧剂 0.1-0.3％，
脱模剂 0.1-2％，
再将制成的聚碳酸酯树脂光扩散母粒、导光剂、紫外光吸收剂、抗氧剂、脱模剂按照配方重量百分比，放入混合器中混合后再充分干燥备用。
第四步，将干燥后的原材料送入积木式双螺杆挤出机中，在料筒的控制温度区间内，经双螺杆的剪切、熔融、混炼、分散、复合，选用的双螺杆挤出机长径比大于28∶1，螺杆转速在100-550转/分钟，使用的双螺杆挤出机料筒温度为，送料段温度：230-240℃；塑化段温度：250-260℃；均化段温度：255-265℃；模头温度：245-255℃；停留时间：1.0-2分钟，抽真空压力0.4-0.6MPA。
第五步，熔融挤出、拉条、过水槽冷却、切粒、过分级筛、干燥、计量包装、制得成品。
本发明用于照明灯具外罩、显示屏，LED半导体发光二极管外罩。
本发明可以对光线进行二次或多次分配，消除刺眼的眩光，光传递连续化、最大化，低光损、高光通量，可满足各种环境、应用场合不同层次的需要，用于照明灯具外罩，制备方法工艺简单、方便、适用于工业化生产。
【具体实施方式】
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
首先按聚碳酸酯光扩散母粒重量秤取：双酚A型聚碳酸酯树脂94.8％、散光剂为球形甲基有机硅树脂粉末5％、抗氧剂为Ciba公司的2921为0.2％，加工制成聚碳酸酯树脂光扩散母粒。
再按照配方重量百分比，将双酚A型聚碳酸酯树脂92.9％、聚碳酸酯树脂光扩散母粒6％，紫外线吸收剂【2-(2H-苯并三唑-2-基)-4，6-二(1-甲基-1-苯基乙基)酚】0.3％；导光剂铕激活的氧化钇0.3％；抗氧剂为Ciba公司的2921为0.2％；脱模剂为聚硅氧烷0.3％。
实施例2：
首先按聚碳酸酯光扩散母粒重量秤取：双酚A型聚碳酸酯树脂94.8％，分子量25000-27000，散光剂为交联甲基丙烯酸甲酯珠球5％，粒径为50-60微米，抗氧剂0.2％，加工制成聚碳酸酯树脂光扩散母粒。抗氧剂为主抗氧剂和辅助抗氧剂按重量比1∶2复配使用，主抗氧剂为【β-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸正十八碳醇酯】，辅助抗氧剂为【三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯】，添加含量为上述复配后抗氧剂重量15％-20％的抑酸剂，抑酸剂为Ciba公司的SP136。
再按照配方重量百分比，将双酚A型聚碳酸酯树脂88.9％；聚碳酸酯树脂光扩散母粒10％；紫外线吸收剂为Ciba公司的234 0.3％；导光剂为铝酸锶0.3％；上述的抗氧剂0.2％；脱模剂为聚硅氧烷0.3％。
实施例3：
首先取双酚A型聚碳酸酯树脂94.8份，分子量25000-27000，散光剂为高聚物包裹碳酸钙微球5份，粒径为0.5-400微米，抗氧剂是Ciba公司的2921为0.2份，加工制成聚碳酸酯树脂光扩散母粒。
再按照配方重量百分比，将聚碳酸酯树脂78.9％；聚碳酸酯树脂光扩散母粒20％；紫外线吸收剂2-(2H-苯并三唑-2-基)-4，6-二(1-甲基-1-苯基乙基)酚Ciba 2340.3％；导光剂铕激活的氧化钇0.3％；抗氧剂是Ciba公司的2921为0.2％；脱模剂季戊四醇硬脂酸酯0.3％。
实施例4：
首先取聚碳酸酯树脂是GE公司的121为94.8份、GE公司的121球形有机硅树脂粉末5份、抗氧剂是Ciba公司的2921为0.2份，加工制成聚碳酸酯树脂光扩散母粒。
按照配方重量百分比，将聚碳酸酯树脂68.9％；聚碳酸酯树脂光扩散母粒30％；紫外线吸收剂是Ciba公司的1577为0.3％；导光剂碱金属硅酸盐0.3％；抗氧剂是Ciba公司的2921为0.2％；脱模剂季戊四醇硬脂酸酯0.3％。
实施例5：
首先取聚碳酸酯树脂为双酚A型94.8份，分子量25000-27000；散光剂为球形甲基有机硅树脂粉末5份，粒径为50微米-60微米，抗氧剂为抗氧剂为Ciba公司的2921为0.2份，加工制成聚碳酸酯树脂光扩散母粒。
再按照配方重量百分比，将聚碳酸酯树脂58.9％；聚碳酸酯树脂光扩散母粒40％；紫外线吸收剂为羟基苯三嗪0.3％；导光剂为氧化钇0.3％；抗氧剂为Ciba公司的2921 0.2％；脱模剂季戊四醇硬脂酸酯0.3％
实施例6：
首先取聚碳酸酯树脂为双酚A型94.8份，分子量25000-27000；散光剂为球形甲基有机硅树脂粉末5份，粒径为50微米-60微米，抗氧剂为Ciba公司的B900 0.2份，加工制成聚碳酸酯树脂光扩散母粒，
再按照配方重量百分比，将聚碳酸酯树脂38.9％；聚碳酸酯树脂光扩散母粒60％；紫外线吸收剂为【2-(2qing基-3，5-二叔戍苯基)-苯并三唑】0.3％；导光剂碱金属硅酸盐或铝酸锶0.3％；抗氧剂为Ciba公司的B900 0.2％；脱模剂耐高温石蜡0.3％
制备时，首先将按实施例1-6配方中的聚碳酸酯树脂、有机硅树脂粉末、抗氧剂按重量秤取后，放入高速混合器中混合3-5分钟后充分干燥，将干燥后的原材料用送料机输送到积木式双螺杆挤出机的储料斗中，在料筒的控制温度区间内，经双螺杆的剪切、熔融、混炼、分散、复合、熔融挤出、拉条、过水槽冷却、切粒，制成母粒，选用的双螺杆挤出机长径比36∶1，螺杆转速500转/分钟，料筒温度为：送料段温度：240-250℃；塑化段温度：255-270℃；均化段温度：260-270℃；模头温度：250-260℃；停留时间：1.0-1.5分钟，抽真空压力0.4-0.8MPA，加工制成聚碳酸酯树脂光扩散母粒。
聚碳酸酯树脂光扩散母粒制出后，再将聚碳酸酯树脂、聚碳酸酯树脂光扩散母粒、导光剂、紫外光吸收剂、抗氧剂、脱模剂按照实施例1-6配方重量百分比秤取各组分，放入高速混合器中混合3-5分钟后充分干燥备用，将干燥后的原材料用送料机送入积木式双螺杆挤出机储料斗中，经双螺杆的剪切、熔融、混炼、分散、复合，熔融挤出、拉条、过水槽冷却、切粒、过分级筛、干燥、计量包装、最后制得高光通量、防眩光聚碳酸酯灯罩原料成品。
选用的双螺杆挤出机长径比28∶1，螺杆转速在500转/分钟，使用的双螺杆挤出机料筒温度为，送料段温度：230-240℃；塑化段温度：250-260℃；均化段温度：255-265℃；模头温度：245-255℃；停留时间：1.0-2分钟，抽真空压力0.4-0.6MPA.
将以上实施例制得的高光通量、防眩光聚碳酸酯灯罩原料，按照相关标准进行注塑制得测试用标准样条进行各种性能测试：透光率、雾度、力学性能、热变形性能按照GB标准，眩光值按照UGR标准，
如表1所示；CIE(国际照明委员会)规定的最高眩光值，
表1改性材料测试方法
测试项目 测试方法 全光线透过率 GB/T2410-2008 雾度 GB/T2410-2008 眩光值 UGR-2001 热变形温度 GB/T1634.2-2004 拉伸强度、断裂点 GB/T1040-2006 缺口冲击强度 GB/T1843-1996 疝灯老化黄变指数 GB/T2409-1980
如表2所示；实施例典型性能数据概括于表3中：
表2CIE(国际照明委员会)规定的几类房间的UGR最高限值
用途 UGR限值 工厂、发电站：监控室 16 办公场所：设计制图室 16 机场：控制塔 16 日常办公 19 办公场所：VDT作业室 19 会议室 19 学校：教室 19 医院：病房 19 小卖部：销售区域 22 餐厅、宾馆：用餐区、宴会厅 22
表3实施例对应的性能
实施 例 全光 线透 过率 (％) 雾度 (％) 眩光 值UGR 极值 热变形温 度 (1.8MPA) ℃ 拉伸 强度 断裂 点 MPA 缺口 冲击 强 (23 ℃) J/M 外观 颜色 720h疝灯 老化黄变 指数 比较 样一 83 0.7 大于 25 132 69 900 透明 3.2(2 级) 比较 样二 46 24 小于 10 132 67 870 白色 1.9(1 级) 实施 例1 83 11 15 132 69 900 半透明 1.2(0 级) 实施 例2 84 13 13 132 69 900 半透明 乳白色 1.2(0 级) 实施 例3 79 15 11 132 69 900 半透明 白色 1.0(0 级) 实施 例4 71 18 小于 10 132 69 910 半透明 白色 1.0(0 级) 实施 例5 56 20 小于 10 132 69 900 半透 明暗淡 0.51(0 级) 发乌
实施 例 全光 线透 过率 (％) 雾度 (％) 眩光 值UGR 极值 热变形温 度 (1.8MPA) ℃ 拉伸 强度 断裂 点 MPA 缺口 冲击 强 (23 ℃) J/M 外观 颜色 720h疝灯 老化黄变 指数 实施 例6 43 25 小于 10 133 69 900 半透 暗淡发 乌 0.36(0 级)
从表3中实施例结果可以看出：
实施例的眩光值均低于CIE(国际照明委员会)规定的UGR限值；实施例二中添加的碱金属硅酸盐导光剂，其全光线透过率比添加其它导光剂的实施例要高，比比较样一和比较样二(传统的添加钛白粉来防眩光)的全光线透过率也高；
同时保持了PC材料的耐高温性、优异的力学性能和初始的颜色。
实施例5和实施例6，因添加了硫化锌导光剂，硫与铁反应生成发乌的硫化铁而使聚碳酸酯材料暗淡发乌。