一种led灯罩材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及LED灯罩材料，尤其涉及一种热膨胀系数佳且具备空气净化效果的 LED灯罩材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] LED光源属于点光源，点光源光照范围窄且会人眼产生眩光的影响，一般通过灯罩 的光散射作用，将点光源转变成面光源，以利于人们的日常使用。聚碳酸酯广泛用于灯罩材 料中，为赋予聚碳酸酯光散射功能，人们将一些具有不同折射率的聚合物或无机粒子作为 分散相键入到连续相得热塑性树脂中，这样不仅影响了其透光性能，而且会使灯罩材料的 热膨胀系数增大几倍甚至几十倍。LED芯片体积非常小，一般照明用的LED灯中采用IW的 芯片甚至更大功率的芯片，半导体有机硅芯片的热膨胀系数在2. 4-6 X KT6IT1之间，其产生 的热流密度可达到106w/m 2以上。如果热量没能及时地传导出去，大量热量的累积会使LED 芯片的结温升高，从而导致芯片的发光效率降低，光品质下降。不仅如此，如果灯罩材料的 热膨胀系数较大，大功率LED长时间工作会严重影响LED的寿命。因此，灯罩材料的热膨胀 系数十分重要，当灯罩材料的热膨胀系数与LED芯片相匹配时，可使LED芯在正常工作中不 会因为温度的变化而使晶片弯曲，从而使得LED灯在使用过程中整体结构稳固，延长使用 寿命。
[0003] 另一方面，随着生活水平的提高，人们越来越关注人体健康的环境因素，尤其是与 人们的生活息息相关的室内环境，因此有必要提供一种在照明的同时还能对室内空气进行 净化的照明等，从而达到资源地有效集成利用。然而，现有的具有空气净化功能的LED灯的 照明范围较小，并且正常工作时的负氧离子释放量非常有限，从而影响其空气净化效果，无 法满足空间较大的室内环境的需要。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的第一个技术问题是针对现有技术而提供一种与LED芯片的热 膨胀系数相匹配且空气净化效果较好的LED灯罩材料。
[0005] 本发明所要解决的第二个技术问题是针对现有技术而提供一种上述LED灯罩材 料的制备方法。
[0006] 本发明解决第一个技术问题所采用的技术方案为：一种LED灯罩材料，其特征在 于，按质量份数计，该LED灯罩材料由以下原料组成：PMM 100份，有机硅材料4~6份，甲 基丙烯酰氧基硅烷1~2份，聚乙二醇0. 5~1份，有机硅光扩散剂0. 4~0. 8份，羧甲基 纤维素1~1. 5份，纳米负离子粉1~2份，纳米氧化钇0. 5~1. 5份，聚四氟乙烯超细粉 2~5份，抗氧剂0. 5~1. 5份，光稳定剂0. 5~1. 5份。
[0007] 上述方案中的PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯）具有较高的光透过率，但没有光散射能 力，因此通过添加有机硅光扩散剂赋予其光扩散性能，利用光扩散剂本身材质的折射率与 PMM基材的折射率的差异，光线多次折射后，通过基材的光线变得光亮柔和，且对材质的透 光率影响较小，然后继续在其中添加有机硅材料，使其热膨胀系数与芯片相近。上述甲基丙 烯酰氧基硅烷是指同时含有两种不同化学性质基团的有机硅化合物，在加热的条件下甲基 丙烯酰氧基硅烷中不饱键（-C = C-和-C = 〇-)会与有机硅材料和聚甲基丙烯酸甲酯中的 不饱和键进行接枝反应，提高有机硅材料和和聚甲基丙烯酸甲酯之间的相容性，并且甲基 丙烯酰氧基硅烷中的硅烷会使整个体系具有更加优异的耐温稳定性。上述羧甲基纤维素为 一种流平剂，可以增加负离子材料释放负离子能力，同时也可使纳米负离子粉较好地分散 在灯罩材料中。
[0008] 上述纳米氧化钇为负离子材料的分散介质，稀土元素的原子序数高、原子半径大， 具有未充满的4f电子层结构，而且电子能级多种多样，很容易失去外层电子，具有特殊的 变价特性和化学活性。稀土钇的辐射能高，半衰期时间长，一方面能产生高的负离子浓度， 另一方面作用时间长，且稀土钇同位素衰变产生的射线是电子流，能量较高，具有很强的电 离作用。当在负离子粉体中加入含有稀土纳米氧化钇材料时，钕衰变产生的射线（电子 流）与电离空气产生的正离子相结和，稀土与负离子复合不仅促进负离子对空气分子的电 离，提高负离子浓度，而且具有放射性的稀土元素本身也在一定程度上提高了空气负离子 浓度，可以有效地提高负离子粉产生空气负离子能力。同时，上述方案中的羧甲基纤维素作 为流平剂，聚乙二醇作为分散剂，上述的聚乙二醇为分散剂。
[0009] 作为优选，所述有机硅材料的原料中包括质量比为1:1~1. 5的有机硅树脂和107 硅橡胶，按重量份数计，所述有机硅树脂的原料如下：水玻璃30~60份，四甲基四乙烯基环 四硅氧烷3~8份，四甲基二苯基二硅氧烷4~10份，七甲基三硅氧烷5~10份。
[0010] 作为优选，上述有机硅材料通过以下方法制备：
[0011] 第一步，按上述质量份数，将水玻璃加入到盛有蒸馏水、乙醇以及盐酸的烧瓶中水 解，然后再加入四甲基四乙烯基环四硅氧烷、四甲基二苯基二硅氧烷以及七甲基三硅氧烷 和乙醇的混合溶液进行共水解，水解完毕后，按上述质量份数，加入5~15份的甲苯，以除 去体系中的酸，接着水洗至中性，再用无水氯化钙干燥至澄清透明，蒸馏除去溶剂，即得有 机娃树脂；
[0012] 第二步，上述制备的有机硅树脂和107硅橡胶以质量比1:1~1. 5混合后加入到 盛有甲苯的烧瓶中溶解，滴加过氧化苯甲酰，升温至到60度，硅羟基缩聚反应一段时间 后，制得有机硅材料，紫外光照射20~30min即可固化完全。
[0013] 本发明解决第二个技术问题所采用的技术方案为：上述LED灯罩材料的制备方法 包括以下步骤：
[0014] (1)按照上述质量份数，取30份ΡΜΜΑ、0. 4~0. 8份有机硅光扩散剂投入密炼机 中，密炼温度180~220°C，转速40~60rpm，时间5~8min，密炼结束后将混合物取出经高 速破碎机粉碎，得光扩散母料A ;
[0015] (2)按照上述质量份数，取30份PMMA、4~6份有机硅材料、1~2份甲基丙烯酰 氧基硅烷投入密炼机中，密炼温度180~220°C，转速40~60rpm，时间5~8min，密炼结束 后将混合物取出经高速破碎机粉碎，得有机硅母料B ;
[0016] (3)按照上述质量份数，取30份PMMA，1~2份纳米负离子粉，1~1. 5份羧甲基 纤维素，0. 5份~1. 5份纳米氧化钇，0. 5~1份聚乙二醇，投入密炼机中，密炼温度180~ 220°C，转速40~60rpm，时间5~8min，密炼结束后将混合物取出经高速破碎机粉碎，得负 离子母料C;
[0017] (4)按照上述质量份数，取10份PMMA、2~5份聚四氟乙烯超细粉、上述制备的光 扩散母料A、0. 5~1. 5份抗氧剂和0. 5~1. 5份光稳定剂投入双螺杆挤出机加料斗，上述 制备的有机硅母料B和负离子母料C经侧喂口进料，进行熔融共混、挤出、冷却、造粒，双螺 杆挤出机的共混挤出温度为：一区175~185°C，二区185~195°C，三区195~205°C，四 区205~215°C，五区215~225°C，机头210~230°C ;螺杆转速180~220r/min。
[0018] 与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的灯罩材料中PMM具有较高的光透 过率和耐候性，而有机硅光扩散剂能将点光源转化成面光源，光线柔和，照明范围广；有机 硅材料不仅能提高灯罩材料的韧性和耐热性，而且还可以降低其收缩率和热膨胀系数，利 用本发明中的灯罩材料制备的灯罩的热膨胀系数在6~IOXKr 6IT1之间，与有机硅芯片的 热膨胀系数相匹配，这样使LED灯在正常工作中不会因为温度的变化而使晶片弯曲，从而 使得LED灯在使用过程中整体结构稳固，延长使用寿命；另外，有机硅材料的加入使灯罩材 料的热阻高达200~360°C /W，散热不良会导致芯片结点温度迅速上升，从而加速器件光 衰，甚至会因为迅速热膨胀所产生的应力造成开路而失效。
[0019] 灯罩材料中的纳米负离子粉可使由该材料制备的LED灯具有空气净化的能力，纳 米氧化钇可以有效地提高负离子材料产生空气负离子能力，而羟甲基纤维素使负离子材料 很好分散在灯罩材料中，聚四氟乙烯超细粉在加工过程中可以起到润滑剂的作用，提高材 料的耐磨性和阻燃性。
[0020] 本发明中灯罩材料的制备方法中应用母料和侧喂料法，工艺简单，易于控制，适合 工业化大生产，并且该制备方法可以保证各种助剂和填料在PMM基体中分散均匀，保持良 好的相容性，以保证制备的灯罩材料的分散性能明显改善，透光率和雾度明显提升，力学 性能和表面硬度有明显改善。
【具体实施方式】
[0021] 以下结合实施例对本发明作进一步详细描述，下述各实施例所使用的原料如下：
[0022] 七甲基三硅氧烷购于义务亦水生有机硅有限公司；
[0023] 四甲基四乙烯基环四硅氧烷购于江西多林科技发展有限公司；
[0024] 四甲基二苯基二硅氧烷购于西域化学公司；
[0025] 过氧化苯甲酰购于上海海曲化工有限公司；
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