用于测定热塑性材料的退化的方法
【技术领域】
[0001] 本公开涉及用于测定例如当经受热和光时热塑性材料的退化（degradation)如 不透明的、半透明的和透明的聚碳酸酯的变色速率的方法。
【背景技术】
[0002] 热塑性材料包括大家族的聚合物，其中大部分具有高分子量。分子间作用力是分 子链缔合的原因，这使得热塑性材料被加热和重塑。在高于它们的玻璃化转变温度但低于 它们的熔点的温度下，热塑性材料变得柔韧和可模制，并且在热塑性材料的模制之后且在 冷却时，分子间作用力改良，导致模制品具有与在模制之前的材料基本上相同的物理性能。
[0003] 聚碳酸酯属于热塑性材料家族并且包含碳酸酯基团-0_(C= 0)-0-。由于它们 的优异的强度和耐冲击性，聚碳酸酯发现在整个产业中的广泛应用。另外，可以容易机器制 造、冷成型、挤出、热成型和热模制聚碳酸酯。
[0004] 已知热塑性材料暴露于光会诱导聚合物的变化。特别地，不透明的、半透明的和透 明的聚碳酸酯暴露于蓝色LED(发光二极管）光对于有效的照射装置如灯和其他类型的照 明设备的制造是有兴趣的。将透明的定义为当根据ASTM D1003-00(2000)(在此，通过引用 并入）以3. 2mm厚的测试样品的形式进行测试时至少80%的透光率。将半透明的定义为 当根据ASTM D1003-00(2000)以2. 5mm厚的测试样品的形式进行测试时大于或等于40% 的透光率。将不透明的定义为当根据ASTM D1003-00(2000)以3. 2mm厚的测试样品的形式 进行测试时10%或更大的透光率。根据ASTM D1003-00(2000)的测试使用程序A以及在 CE7000A上的CIE光源C和2度观测器，利用具有8° /漫射几何形状的积分球、包含镜面 分量、包含UV、大透镜、以及大区域视图，以取自CIE 1931三刺激值XYZ的Y(光透射率）记 录百分比透射率值。
[0005] 具有400纳米（nm)至500nm的峰强度以及3, 500瓦特/平方米（W/m2)至 120, 000W/m2的辐照度的蓝色LED光是特别感兴趣的。类似地，具有400nm至500nm的峰强 度以及小于120, 000W/m2的辐照度的白色LED光也是感兴趣的。
[0006] 例如，使用混合有聚碳酸酯制剂的二氧化钛，可以形成不透明和半透明聚碳酸酯。 此外，可以将也称为"发光转换材料"的远程磷混合到聚碳酸酯中。发光转换材料的实例包 括掺杂有稀土元素的钇铝石榴石（YAG)、掺杂有稀土元素的铽铝石榴石、掺杂有稀土元素的 硅酸盐（BOSE);掺杂有稀土元素的次氮基硅酸盐；掺杂有稀土元素的正硅酸盐氮化物、以 及掺杂有稀土元素的氧代次氮基错娃酸盐（oxonitridoaluminosilicate)。
[0007] 利用散射剂如光漫射体形成半透明聚碳酸酯。光漫射体通常采取光漫射颗粒的形 式并用于具有良好亮度的制品的制造。这样的制品提供了入射光（如通过窗户或天窗的自 然光、或人造光）的高水平透射，具有通过反射或散射的最小光损失，其中不期望在制品的 另一侧看到光源或其他物体。
[0008] 制品，例如具有高遮盖力程度（S卩，亮度）的板允许显著量的光通过，但是充分扩 散的，以致光源或图像是通过面板无法辨别的。光漫射体可以是（甲基）丙烯酸类的并且 包括聚（丙烯酸烷基酯）和聚（甲基丙烯酸烷基酯）。实例包括聚（甲基丙烯酸烷基酯）， 具体地，聚（甲基丙烯酸甲酯）（PMMA)。还可以使用聚（四氟乙烯）（PTFE)。光漫射体还包 括硅酮如聚（烷基倍半硅氧烷），例如聚（烷基倍半硅氧烷）如聚（甲基倍半硅氧烷），其 在商品名TOSPEARL?下可获得自 Momentive Performance Materials Inc.。在聚（丙 烯酸烷基酯）、聚（甲基丙烯酸烷基酯）和聚（烷基倍半硅氧烷）中的烷基可以包含1至 12个碳原子。光漫射体还可以是交联的。例如，PMMA可以与另一种共聚物如聚苯乙烯或乙 二醇二甲基丙烯酸酯交联。在一种【具体实施方式】中，聚碳酸酯组合物包含光散射交联的聚 (甲基丙烯酸甲酯）、聚（四氟乙烯）、聚（甲基倍半硅氧烷）、或包含前述中的至少一种的 组合。
[0009] 光漫射体还包括某些无机材料，如包含锑、钛、钡、和锌的材料，例如锑、钛、钡和锌 的氧化物或硫化物，或包含前述中的至少一种的组合。由于漫射效应取决于在聚合物基体 和光漫射体（尤其是光漫射颗粒）之间的界面面积，因此漫射体的颗粒尺寸可以小于或等 于10微米（ym)。例如，聚（烷基倍半硅氧烷）如聚（甲基倍半硅氧烷）的颗粒尺寸可以 是1. 6 ym至2. 0 ym，并且交联的PMMA的颗粒尺寸可以是3 ym至6 ym。基于组合物的总 重量，光漫射颗粒可以以按重量计〇至1.5%，具体地，0.001至1.5%，更具体地，0.2%至 0.8%的量存在于聚碳酸酯组合物中。例如，基于组合物的总重量，聚（烷基倍半硅氧烷） 的存在量可以为〇至1. 5wt %，并且，基于组合物的总重量，交联的PMMA的存在量可以为0 至 1. 5wt% 〇
[0010] 尽管物理特性强度和耐冲击性使得聚碳酸酯期望用作LED照射的盖和透镜，但聚 碳酸酯暴露于LED的蓝光（以及有机LED的光）引起以变色形式的聚碳酸酯的退化。例如， 已知，在暴露于蓝光的情况下，透明聚碳酸酯变成黄色，甚至变暗至棕色。透明聚碳酸酯的 这种退化是不可接受的，这是因为黄变的聚碳酸酯吸收光，从而降低灯的效率。此外，黄变 改变从灯发射的光的颜色，这也是不可接受的。另外，当它构成LED灯的一部分时，透明聚 碳酸酯还要经受高温。高温可能在透明聚碳酸酯的黄变中发挥作用。
[0011] 对于测定当暴露于光时热塑性材料制剂的退化，尤其是不透明、半透明和透明聚 碳酸酯制剂的变色速率的方法存在明显需要，从而能够针对它们适用于LED灯来评估和比 较不同的制剂。期望的是，所述方法提供热塑性材料的加速测试，其不太慢以致是不实用 的，并且不太快以致在可以在制剂之间进行有意义的比较之前破坏样品。
【发明内容】
[0012] 本发明涉及用于测定热塑性材料如透明聚碳酸酯的退化的方法。
[0013] 在一种实施方式中，用于测定热塑性材料的退化的方法可以包括：用具有集中在 400nm至500nm波长处的峰强度以及3, 500W/m2至120, 000W/m2的辐照度的光照射热塑性材 料持续第一时间段；在第一时间段期间将热塑性材料周围的环境空气维持在23°C至175°C 的温度；以及重复照射和维持步骤持续多个连续时间段。
[0014] 在另一种实施方式中，用于测定热塑性材料的退化的方法可以包括：用具有集中 在400nm至500nm波长处的峰强度以及3, 500W/m2至120, 000W/m2的辐照度的光照射热塑性 材料持续第一时间段；以及在第一时间段期间将热塑性材料周围的环境空气维持在23°C 至175°C的温度；其中热塑性材料包括聚碳酸酯，并且其中退化是变色速率。
[0015] 以下鉴于附图和【具体实施方式】来更具体地描述这些和其他特征和特性。
【附图说明】
[0016] 以下是附图的简要描述，其中相似的要素（元件）编号相似并且呈现其用于说明 本文公开的示例性实施方式的目的，而并非用于限制其的目的。
[0017] 图1是示出了用来执行用于测定热塑性材料如不透明、半透明或透明聚碳酸酯的 退化的方法的实施例装置的示意图。
[0018] 图2是示出了用于测定热塑性材料的退化的示例性方法的流程图。
[0019] 图3和图4是示出了用于测量透明热塑性材料样品的变色度的示例性方法的流程 图。
【具体实施方式】
[0020] 图1示出了实施例装置10,其可用于测定热塑性材料的退化，尤其是，用于表征和 比较不透明、半透明和透明聚碳酸酯的变色速率。装置10包括炉室12,其中放置加热元件 14。加热元件14将室12内的环境空气建立和维持在适用于特定测试协议的期望温度下。 在一个实际实施例中，加热元件14可以是电阻加热器。也将至少一个光源16设置在室12 内，选择光源16以在适合于测试要求的期望频率范围内发射光。在一个具体实施例中，光 源16可以包括其光由石英玻璃波导管20引导，以撞击设置在室12内的用于测试的热塑性 材料样品22的多个LED 18。
[0021] 通过设置在室中的温度测量装置24,例如产生表明室中空气温度的电信号的温度 计或热电偶来监测室12中的环境空气的温度。将另一种温度测量装置26 (再次，例如，热 电偶）安装在热塑性材料样品22上并用来监测样品温度，其可以高于空气温度，这是由于 来自光源16的光撞击。来自温度测量装置24和26的信号被提供给控制器28,其使用温度 信息来在样品22的测试期间控制加热元件14和光源16。控制器28可以是，例如，可编程 逻辑控制器或计算机（具有常驻软件），除接收和解读温度信号以及控制光源16和加热元 件14的操作之外，其还可以记录和登记来自测试的数据。在该实施例中，经由专用通信线 路30来进行在各种组件和控制器28之间的通信。
[0022] 图2是概述了根据本发明测定不透明、半透明和透明热塑性材料的退化的示例性 方法的流程图。在该实施例中，用光照射热塑性材料样品如第一制剂的透明聚碳酸酯持续 期望的时间段，如在方框32中指出的。当测定用于与例如LED灯一起使用的透明聚碳酸 酯的变色时，已经发现，有利的是使用使其峰强度集中在400nm至500nm波长处并且具有 3,500W/m 2至120,000W/m2的辐照度（借助于积分球来校准所有辐照度值）的照射光。
[0023] 如在方框34中指出的，在照射期间，将样品周围的环境空气维持在期望的温度例 如23°C至175°C，持续期望的时间段。（最高环境空气温度通常受限于待测试样品的玻璃化 转变温度。）获得自该测试的数据可以用来测定样品退化的瞬时速率，以及用于与具有不 同制剂的其他样品的比较目的。70, 000W/m2至110, 000W/m2的辐照度也被认为是有用的， 如100,000W/m2的辐照度。90°C至130°C的环境空气温度也被认为是有用的，如120°C以及 130°C的空气温度。另外，其中光的峰强度集中在410nm至480nm(以辐射度测量）的照射 光波长被认为是有用的，如使其峰强度集中在459nm(以辐射度测量）处的照射光。预期 这些参数允许多达100小时的照射时间段，导致透明聚碳酸酯的可测量变色而没有破坏样 品。进一步预期的是，使其峰强度集中在448nm(以辐射度测量）的照射光将是有用的，以 及从LED光源发射并集中在470nm主波长（以光度测量）处的照射光。
[0024] 还可以期望的是，防止在样品中可能破坏其的过多的热量积聚。可以在照射期间 通过冷却样品来避免过多的热量积聚。例如，通过提供在样品和光源之间足以允许样品周 围的环境空气循环的分隔距离并从而允许对流冷却，可以完成如在方框36中指出的样品 的冷却。其他冷却方法，如利用例如风扇的强制空气冷却，也是可行的。
[0025] 在方框38中指出了评估样品的退化的步骤。例如，通过样品或样品的照片的简单 的目测观察，可以完成该评估步骤。测量技术也是有用的，如以下参照图3和图4详细说明 的。
[0026] 如在方框40中所描述的，可以重复照射、维持和评估步骤持续多个连续时间段以 提供，例如，作为在其内聚碳酸酯样品被照射的时间的函数的聚碳酸酯样品的变色速率。这 可以表明，例如，在将其暴露于光的时间内，变色速率是否增加、减小、或者保持不变。连续 时间段可以是彼此相等的。
[0027] 如在方框42和44中指出的，对于多种具有不同制剂的不同热塑性材料样品，可以 重复包括照射、维持和评估步骤的方法持续多个连续时间段。这将允许在不同聚碳酸酯制 剂之间的比较评估以测定它们用于各种应用的相对适用性，如适用于如以下指出的与LED 灯一起使用。
[0028] 如在图3的方框46和48中所示，透明热塑性材料退化，在该实施例中为透明聚碳 酸酯变色的测量通过以下实现：在所期望的时间段已经过去之后，用白光照射样品，并且从 白光的透射通过样品的部分产生透射光谱。在图4的方框50和52中概述的替代方法中， 在所期望的时间段已经过去之后，用白光照射样品并且由白光的从样品反射的部分产生反 射光谱。预期任一光谱提