专利名称：一种温变的塑料光纤材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种塑料光纤材料，具体地说，涉及一种使用温变颜料 的塑料光纤材料。
背景技术：
塑料光纤(Plastic Optical Fiber筒称POF)，又称聚合物光纤 (Polymer Optical Fiber,亦简称POF )，是采用聚合物材料制备而成的 新型传光介质。POF的研究始于二十世纪60年代，是将光纤芯层和包 层都用树脂塑料制成的。
采用的树脂有聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚 碳酸酯(PC)、氟塑料或聚-4-曱基-戊烯-l (TPX)等。塑料光纤除了可 应用于通信领域作数据传输介质，还大量应用于光纤工艺品、玩具、服 装，光纤圣诞树及塑料光纤照明等领域。
塑料光纤照明是一种新颖的照明新技术，因其具有光电分离、节能、 符合环保要求以及使用寿命长、维护方便、后期维护成本低等优点，而 广泛用于各类型广告牌、室内外装饰、水景、庭院花园及道路照明等方 面，还可以用于工业、医疗及科研等领域。
通常塑料光纤光束颜色的变化是通过变换不同颜色的色盘来实现， 本发明由于采用了含有温变颜料的塑料光纤材料，所以在单一颜色光源 时也可改变塑料光纤的颜色。
发明内容
本发明提供了一种温变的塑料光纤材料，在不同的温度下，塑料光 纤能够变化出多种颜色，增加了塑料光纤的装饰功能。
为了实现本发明目的，本发明提供一种温变的塑料光纤材料，其由 99.9 ~ 90重量份树脂和0.1 ~ 10重量份温变颜津+组成，所述树脂为聚苯 乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸曱酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、氟塑料或聚-4-曱基-戊烯-l (TPX)。
所述温变颜料为有机类、无机类或液晶类热敏材料，都属于热致变 色的热敏材料。
在显色的状态下颜色可为黄色、绿色、蓝色、金红色、大红色、玫 红色、紫色、棕色、黑色、墨绿、孔雀蓝等颜色，以及上述颜色之间变 化。
无机类主要是过渡金属化合物， 一般是多种金属氧化物的多晶体。 其颜色变化是由于晶型变化、配位几何体变化或配位溶剂分子数的变化 引起的，有少数化合物是由于溶液中络合平衡或有机金属化合物的分子 结构平衡造成的，还有一些化合物是通过升华、熔融、分解、化合、氧 化还原反应而引起颜色变化。某些固态金属合金、汞化合物、铜络合物、 镍络合物具有热变色性质。金属合金的热敏变色是有晶格结构的无序化 或氧化物形成引起的；汞化合物的热敏变色是低温P构型向高温a构型 的转化而成；络合物的热变色原因在于构型发生变化或配位体数量与种 类发生变化。络合物中阴离子以及溶剂的选择对颜色的变化也有一定的 影响。某些三芳甲烷配位酮水溶液与一些金属形成的螫合物也有热敏变 色性质。
无机热敏剂中Pb2Cr05具有良好的热色性，但色调变化固定、单调， 其示温性、视认性不能满足使用要求，为改善其示温性需加入其它金属 元素。将Pb2CrOs与有热色性的Pb2M05 (M=Mo、 W、 S、 Se、 Te)形 成固溶体，以Pb2Cr!-xMx05表示，在铅位置上有微量的空格存在，向该 空格引入前述M元素化合物，即使引入很少量，其热色性也会增强。 随着温度升高，色调从橙色-赤橙-茶色变化，热跟踪性良好，没有热过 程。这类无机热变色材料耐温、耐久、耐光照，有足够的可逆重复寿命， 同时具有4艮好的混合加工性。
具有热敏变色性的有机化合物数量较多，如电子给予体类。这类变 色染料主要包括三芳曱烷类、荧烷类、螺吡喃类、呋喃酮类、吡啶类、 吩漆溱类等，其热敏变色机理是不同的。螺吡喃衍生物的热变色是经有 离子共振结构，即C螺-O键断裂。受热前螺碳原子在闭环时为sp3杂 化，受热后开环成离子化结构，螺碳原子为sp2杂化，整个分子处于共 轭平衡，使吸收光谱偏移，颜色变深。其它化合物的热变色过程是经由 各种分子间的平衡酸-碱平衡，烯醇-酮平衡，立体异构体间平衡或结构平衡引起的。目前研究的最多，最有应用前景的有机热变色材料是一
种多组分的复配物。其热敏变色温度范围为-200。C 200。C。
电子给予体也称隐色染料，当温度变化时与电子接受体发生可逆热 变色反应，通过其电子的转移而吸收或辐射一定波长的光，表观上便有 了颜色的变化。溶剂的作用除了溶解给电子体和电子接受体外，还可以 起到控制变色温度的作用，溶剂的种类与用量对热变色温度影响很大。 为了改善某些性质或达到不同的热变色效果，还要加入适宜种类、适宜 用量的添加剂。这几种组分的不同选择与配合可实现变色温度的选择 性、颜色组合的自由度、变色明显度及价格因素等的特点，极有发展前 景。日本PILOT油墨林式会社于1973年开发此类热敏材料，于1980 年前后将其产品Metamocolor打入国内外市场，其色彩变化及变色感度 都很好，但耐光性欠佳，不适合长时间阳光下曝晒。
液晶类热敏材料胆甾型液晶具有层状分子结构，层内分子长轴相 互平行，各层分子轴方向与邻层分子轴方向都略有偏移，使液晶分子呈 螺旋状结构，因而表现出独特的光学性质。设n为液晶的折射率，p为 螺距，那么液晶的光学波长为nxp。当入射光波长与液晶的光学波长一
致时，液晶就显示出特定颜色的光，这也叫液晶的选择光散射。同时大 多数胆甾型液晶的螺距对温度有很强的依赖性，温度变化选择光散射的 波长就发生很大的变化， 一般p随温度升高而变小，散射光的波长向短 波移动，颜色相应从红、橙、黄、绿到紫发生变化，温度降低又从紫到 红发生变化。
所述重量份可为本领域常用的重量单位，比如克、千克、吨、两等。 其中，优选的为，其由99~98量份树脂和1~2温变颜冲+组成。 对于热塑性塑料的MFR (熔体流动速率)是指在一定的温度和负 荷下，塑料熔体每10min通过标准口模的质量。较高的MFR可以增加 塑料的流动性，有利于光纤的加工；但是MFR也不能过高，过高的MFR， 会导致塑料的重均分子量低，力学性能差，本发明的树脂的MFR多在 0.5 60g/10min之间。
对于PS来说，优选的分子量为9~25万，分子量分布为1~5， MFR为1 ~ 10 g/10min。
对于PMMA来说，其分子量为9-25万，分子量分布为1~5， MFR为1 ~ 10g/10min。
5本发明所述温变的塑料光纤材料可采用混合搅拌的方式制备，比如
可以采用搅拌机，混合时间为10~300秒。
本发明所述温变的塑料光纤材料可以作为塑料光纤的皮层，在使用 时，可以以含有温变颜料的折射率低的高透明树脂为皮材组分，以折射 率高的树脂为芯层材料，芯材和皮材分别由不同的挤出机挤出，在机头 中通过共挤模头复合，后经过冷却、牵引、巻曲等步骤完成。
采用本发明塑料光纤材料制备塑料光纤使用的生产工艺为共挤复 合法，这也是目前塑料光纤成型的主要方法。以含有温变颜料的折射率 低的高透明的树脂为皮材组分，以折射率高的树脂为芯层材料，芯材和 皮材分别由不同的挤出机挤出，在机头中通过共挤模头复合，后经过冷 却、牵引、巻曲等步骤，得到能够随着温度变色的塑料光纤。
皮材一般为熔点150~300°C,含0.1% ~10%变色剂的热塑性高透 明树脂。变色粒子的尺寸为1 jum-50Mm，芯组分为熔点《28(TC的透 明热塑性树脂。
本发明温变的塑料光纤材料，在不同的温度下，能够变化出多种颜 色，增加了塑料光纤的装饰功能。可应用于光纤工艺品、玩具、服装， 光纤圣诞树及塑料光纤照明等领域。
具体实施例方式
下面用实施例进一步描述本发明，有利于对本发明及其优点、效果 更好的了解，但所述实施例仅用于说明本发明而不是限制本发明。 对比例1
本对比例的塑料光纤材料包含IOO重量份PS (分子量为15万， 分子量分布为5， MFR为8g/10min)作为芯层，IOO重量份PMMA(分 子量为20万，分子量分布为4， MFR为5g/10min)作为皮层材料。 实施例1
本实施例的塑料光纤材料IOO重量份PS (分子量为15万，分子 量分布为5, MFR为8g/10min)作为芯层；99重量份PMMA (分子量 为20万，分子量分布为4, MFR为5g/10min)和1重量份的温变颜料， 作为皮层材料。
温变颜料为苏州威科应用技术研究所生产的E系列记忆型变色颜 料，该变'色颜料的颜色不仅取决于温度有关，还取决于温度变化的过程。 也就是说，在达到同一温度时，由于温度变化的过程不同(先降温再升
6温或先升温再降温)颜料会显示出不同的颜色。平均粒径-6 9微米，易
于^t，耐热性好。
实施例2
本实施例的塑料光纤材料100重量份PMMA (分子量为20万， 分子量分布为4, MFR为5g/10min)作为芯层；98重量份氟塑料(分 子量为25万，分子量分布为5， MFR为5g/10min)和2重量份的温变 颜料，作为皮层材料。温变颜料为苏州威科应用技术研究所生产的E系 列记忆型变色颜料。 试验例1
本试验例在于研究本发明温变的光纤材料的加工及温变性能。 光纤拉制工艺条件
将芯层和皮层材料分别加入两个挤出机中，加热后经过一个共挤模 头，后经过冷却、牵引、巻曲等步骤完成。将各段工艺条件对比如表1-2。
表1皮层挤出机的温度(。C )
1筒体2筒体3筒体4筒体
对比例1245245245245
实施例1240245245245
实施例2230240240235
表2芯层挤出机的温度(。C )
123456
对比例1200215215230225220
实施例1200210215230230220
实施例2200215220230235220
由上述工艺对比可见，本发明温变的塑料光纤材料并不影响光纤的 挤出工艺。
而且经测试，实施例l-2拉制出的塑料光纤发色温度范围为0~60°C ， 颜色由蓝色变为红色。可应用于光纤工艺品、玩具、服装，光纤圣诞树 及塑料光纤照明等领域。实施例3
本实施例温变的塑料光纤材料的组成为90重量份聚碳酸酯(分
子量为6万)和10重量份的温变颜料。
温变颜料为深圳彩嘉科技7〉司的R系列热消色型感温变色颜料。 该温变的塑料光纤材料可作为加工塑料光纤皮层的原料，与芯层一
起共挤出加工成塑料光纤，发色温度范围为-20-80。C，颜色由黄色变
成白色。
实施例4
本实施例温变的塑料光纤材料的组成为99.9重量份TPX (产自 日本三井，MFR为26g/10min)和O.l重量份的温变颜料，作为皮层材料。
温变颜料为苏州市威科应用技术研究所生产F系列热发色型热敏 变色颜料。
该温变的塑料光纤材料可作为加工塑料光纤皮层的原料，与芯层一 起共挤出加工成塑料光纤，发色温度范围为5-7(TC,颜色由无色到蓝色。 尽管对本发明已作了详细的说明并引证了一些具体实例，但对本领 域技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围，作各种变化或修正 是显然的。
8
权利要求
1. 一种温变的塑料光纤材料，其特征在于，其由99.9～90重量份树脂和0.1～10重量份温变颜料组成，所述树脂为聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、氟塑料或聚-4-甲基-戊烯-1。
2. 根据权利要求1所述温变的塑料光纤材料，其特征在于，其由 99 ~ 98量份树脂和1 ~ 2重量份温变颜料组成。
3. 根据权利要求1或2所述温变的塑料光纤材料，其特征在于， 所述温变颜料为有机类、无机类或液晶类热敏材料。
4. 根据权利要求1或2所述温变的塑料光纤材料，其特征在于， 所述树脂的MFR在0.5 ~ 60g/10min之间。
5. 根据权利要求1或2所述温变的塑料光纤材料，其特征在于， 所述聚苯乙烯的分子量为9~25万，分子量分布为1~5, MFR为1 10 g/10min
6. 根据权利要求1或2所述温变的塑料光纤材料，其特征在于， 所述聚甲基丙烯酸曱酯分子量为9~25万，分子量分布为1~5， MFR为 1 10g/10min。
全文摘要
本发明提供了一种温变的塑料光纤材料，其由99.9～90重量份树脂和0.1～10重量份温变颜料组成，所述温变颜料为有机类、无机类或液晶类热敏材料。本发明塑料光纤由于使用温变颜料加入塑料光纤的皮层中，因此在不同的温度下，塑料光纤能够变化出多种颜色，增加了塑料光纤的装饰功能，可应用于光纤工艺品、玩具、服装，光纤圣诞树及塑料光纤照明等领域。
文档编号G02B1/04GK101458342SQ20081021623
公开日2009年6月17日 申请日期2008年9月22日 优先权日2008年9月22日
发明者王亚辉, 郑徐平 申请人:深圳市中技源专利城有限公司