一种光散射热塑性聚酯组合物的制作方法

本发明涉及一种光散射聚酯树脂组合物，可满足高透光率和高雾度的要求，适用于灯罩、天窗、广告灯箱、指示标牌和液晶显示器领域等。

背景技术：

随着能源危机和环境污染问题越来越严重，节能、低碳的主题渐渐渗透到人们生活的方方面面。目前，固体光源由于具有更高的光电转换效率和环境友好性，正逐步取代传统的日光灯、钨丝灯、节能灯等光源。固体光源的主要元件为发光二极管（简称LED），LED灯由于工作电压低、低功耗、色彩丰富、寿命长以及对环境污染少等优点，受到广泛的欢迎，在21世纪的照明和显示领域将扮演重要角色。但LED灯由于其亮度高，强度大，光辐射面窄，均匀度较低，光源指向性强，易产生眩光，视觉效果不如高压钠灯，这些缺陷阻碍了LED灯的应用和推广；聚合物基光散射材料的使用将可解决这些问题。因此，随着发光二极管照明技术的迅速发展与广泛应用，具有高雾度和高透光率的聚合物基光散射材料成为材料领域新的研究热点。

聚合物基光散射材料是指一类既能使光通过、又能有效地散射光的聚合物基复合材料。常用的聚合物基体通常为透明的热塑性树脂，如聚碳酸酯树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯树脂及其共聚物、聚苯乙烯类树脂、聚烯烃类树脂等。其中聚甲基丙烯酸甲酯树脂及其共聚物分子中不含苯环，不吸收紫外光，耐候性好；再加上其优异的透光性能，使得聚甲基丙烯酸甲酯树脂及其共聚物作为光散射材料的基体具有研究意义和实用价值。

聚甲基丙烯酸甲酯树脂及其共聚物作为基体材料时，需要加入散射粒子以提高光散射性能，常用作其散射体主要有：无机散射粒子（如碳酸钙、二氧化硅、硫酸钡、氢氧化铝、玻璃微珠、云母、白炭黑、硅酸镁、二氧化钛等）、有机散射粒子（如交联聚甲基丙烯酸甲酯、有机硅树脂等）、复合散射粒子和聚合物散射体。

专利CN 1916041A 报道了掺杂SiO₂纳米粉末的有机玻璃光散射材料，可用作光载体广泛应用于照明、各种光源以及采光建筑。

专利CN 101059568A制备了PMMA/SiO₂光散射导光板，首先合成含SiO₂微晶通过化学键与PMMA基材相连的光散射复合材料，再通过挤出法、注射法或浇注法制备光散射导光板。

专利CN 1591116A将95%重量的甲基丙烯酸甲酯和5%重量的丙烯酸甲酯共聚合以制备透明热塑性树脂，加入3%重量的聚碳酸酯作为光散射剂，透光率为58.25%，雾度为93.81%；而加3%重量的碳酸钙颗粒作为光散射剂时，透光率为55.20%，雾度为93.39%；加3%重量的硫酸钡颗粒作为光散射剂时，透光率为55.96%，雾度为93.14%。

专利 CN 101162274A在PMMA中配合与其折射率不同的无机类或有机类光扩散剂来调整单层光扩散板的透光率和雾度，制备了从上至下透光率逐渐增加、雾度逐渐降低的光扩散性甲基丙烯酸酯树脂多层板，其中一实施例多层板透光率为53.5%，雾度为99.1%，通过透明层在光扩散层显示出深度而具有高级感，光扩散性能优异。

然而，无机颗粒在作为光散射粒子时，具有以下几个弱点：① 在提高材料雾度的同时会使透光率较大幅度下降。②与基体材料的相容性差，不易均匀分散于基体材料中。③ 较大添加量的无机粒子将会导致材料的力学性能变差。④无机粒子硬度较大，会对设备造成一定的磨损。⑤ 某些无机粒子对一定波段的光有较强的吸收，不利于产生散射， 且有些粒子对热、氧和紫外光敏感，不利于光散射性能的稳定性。

有机散射体粒子，和高分子基体的相容性较好，制备得到的光散射材料可兼具较高的透光率和雾度。但常规有机散射体粒子制备成本较高，且和无机粒子一样，在提高材料雾度的同时会使其透光率下降，同时在成型过程中不可变形，制得的均为各向同性光散射材料，这在一定程度上对能源造成了浪费且限制了其应用。

本发明的发明人开发了一种新的光散射板树脂组合物，其包含：⑴透明基体材料，其选自聚甲基丙烯酸甲酯树脂及其共聚物，如聚甲基丙烯酸甲酯，甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物，甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸甲酯共聚物等；⑵散射体材料，聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂。选用聚合物作为散射体，相对无机散射粒子和有机散射粒子有着不可比拟的优势：① 和有机散射粒子类似，可制得高透光率和高雾度的光散射材料；② 散射体尺寸、形态和取向程度可根据成型方式、成型工艺进行调控，进而对光散射的各向同异性进行调控，可制备得到各向同性光散射材料，也可制备得到各向异性光散射材料，这能使光效得以充分利用；③ 生产制备过程中不对设备造成损害；可和基体材料产生协同作用，对基体材料某些缺陷进行互补，对材料性能的改善有着重要作用，从而克服了通常用于光散射板的树脂组合物的缺点，具有重要的理论和实用价值。

技术实现要素：

本发明是基于上述想法进行的，本发明的目的是开发一种新的光散射聚酯树脂组合物，以聚甲基丙烯酸甲酯树脂及其共聚物为基体材料，以普通聚合物聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂为散射体材料，采用生产成本较低、制备简单易行的方法，克服以无机粒子和有机粒子作为光散射体制备光散射材料的缺陷，制备高透光率和高雾度的聚甲基丙烯酸甲酯基光散射材料。

该光散射性聚酯树脂组合物是相对于100质量份（A）聚甲基丙烯酸甲酯及其共聚物添加（B）光散射剂聚对苯二甲酸乙二醇酯（1-50质量份）和（C）添加剂共混复合而成。采用该光散射聚酯树脂组合物可通过熔融共混后加工成型（如模压成型、注射成型、挤出成型、浇注成型等）得到光散射材料，制备方法简单，成本低廉，制备过程中对设备无损害。

通过上述说明和描述，本发明的优点是显而易见的：

1.本发明提供的光散射聚酯树脂组合物，其主要基体聚甲基丙烯酸甲酯及其共聚物，分子链可透过大部分紫外线，对光线吸收率极小，且原料来源广泛，成本较低。

2.本发明提供的光散射性聚酯树脂组合物，其光散射剂聚对苯二甲酸乙二醇酯，成本低廉，能均匀地分布在基体树脂中，且在加工成型过程中可变形或取向，制备各向异性光散射材料。

3.本发明提供的光散射复合材料，其透光率、雾度和光散射性能可通过调控散射体浓度、基体和散射体粘度比、加工条件而有效调控。

4.本发明可制得光散射性能优异、表面光洁的光散射材料，制得的光散射材料具有较好的外观和光稳定性。

5.本发明提供的光散射性聚酯树脂组合物，其光散射剂聚对苯二甲酸乙二醇酯能提高基体聚甲基丙烯酸甲酯树脂及其共聚物的拉伸强度、断裂伸长率以及高温下的耐热性和尺寸稳定性。

6.本发明提供的光散射材料，适用于多种成型方式，如模压成型、注射成型、挤出成型、浇注成型等，操作简单易行、安全可靠，可大规模生产，且制备过程中对设备无损害。

附图说明

图1是对比实施例中制得的纯聚甲基丙烯酸甲酯光散射片对点状光源的散射效果照片。

图2是实施例1中制得的聚甲基丙烯酸甲酯光散射片对点状光源的散射效果照片。

图3是实施例2中制得的聚甲基丙烯酸甲酯光散射片对点状光源的散射效果照片。

图4是实施例3中制得的聚甲基丙烯酸甲酯光散射片对点状光源的散射效果照片。

图5是实施例4中制得的聚甲基丙烯酸甲酯光散射片对点状光源的散射效果照片。

图6是实施例5中制得的聚甲基丙烯酸甲酯光散射片对点状光源的散射效果照片。

具体实施方式

根据本发明的一种光散射热塑性聚酯组合物，该热塑性树脂组合物包括：（A）透明基体材料，其选自聚甲基丙烯酸甲酯树脂及其共聚物，如聚甲基丙烯酸甲酯，甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物，甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸甲酯共聚物等；（B）散射体材料，聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂。

基质中优选使用5~40质量份的聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂（B），且其平均颗粒粒径优选为0.03-20μm，更优选为0.1-15μm。

本发明将详细描述如下：

用光散射热塑性聚酯组合物通过模压成型、注射成型、挤出成型或浇注成型等方式成型得到的光散射膜（片、板）用在灯罩、天窗、广告灯箱、指示标牌和液晶显示器等领域，用来传递、散射来自光源的光。该热塑性聚酯组合物的基体通常为透明的热塑性树脂，如聚碳酸酯树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯树脂及其共聚物、聚苯乙烯类树脂、聚烯烃类树脂等。具体而言，聚甲基丙烯酸甲酯树脂及其共聚物分子中不含苯环，不吸收紫外光，耐候性好，且具有优异的透光性能，本发明选用聚甲基丙烯酸甲酯树脂及其共聚物作为基体材料制备光散射膜（片、板）。

本发明的主要特征是采用普通的聚合物聚对苯二甲酸乙二醇酯作为散射体而不是用作基体。聚对苯二甲酸乙二醇酯用作制备光散射板的散射体时，它在加工过程中可变形或取向，相对于传统无机和有机散射粒子，制备得到的光散射材料显示出优越的光学性能和光散射性能的有效可调控性。而且，由于聚对苯二甲酸乙二醇酯更便宜，制造成本可大幅降低。

本发明提供的光散射性聚酯树脂组合物及其制备的光散射材料详细描述如下：

（A）基体材料

本发明中优选聚甲基丙烯酸甲酯树脂及其共聚物作为基体材料，如聚甲基丙烯酸甲酯，甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物，甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸甲酯共聚物等，选用其中一种聚合物或者两种或几种共聚物的混合物。该基体材料为透明性树脂。

透明的聚甲基丙烯酸甲酯树脂及其共聚物树脂主要由甲基丙烯酸酯（如甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸环己基酯、甲基丙烯酸苯酯等）、丙烯酸酯（如丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸环己基酯等）、苯乙烯、丙烯腈、马来酸酐、丁苯胶乳等单体至少两种单体聚合而成。可由本领域普通技术人员容易地制成该聚合物或共聚物。

透明的聚甲基丙烯酸甲酯树脂及其共聚物树脂在加工前须进行干燥处理，干燥温度优先选择80-95℃。

（B）散射体材料

本发明选用普通聚合物聚对苯二甲酸乙二醇酯作为散射体。由于聚对苯二甲酸乙二醇酯具有良好的透光性、耐热性、机械性能、耐摩擦性、尺寸稳定性等，因此它具有优于传统光散射剂的作用。并且，聚对苯二甲酸乙二醇酯作为一种普通的聚合物，与聚甲基丙烯酸甲酯树脂及其共聚物树脂不相容，在一定的添加范围内，聚对苯二甲酸乙二醇酯以球状、椭球状、梭状、纤维状等形态均匀分散在基体树脂中。在加工成型过程中，聚对苯二甲酸乙二醇酯的形态、粒径、长径比、数量浓度等均可调控，因此可以此调控光散射板（片、膜）的光散射性能，如调控光散射板（片、膜）的透光率、雾度、光散射角、光散射效果、光散射各向同性、光散射各向异性等。

聚对苯二甲酸乙二醇酯作为一种普通的聚合物，其价格远低于常用的光散射粒子，甚至低于基体材料，可大幅度降低光散射材料的成本。

聚对苯二甲酸乙二醇酯作为散射体均匀的分散到基体树脂中，在加工过程中，其硬度低于传统的光散射粒子（无机散射颗粒或有机散射颗粒在加工温度范围内不熔，硬度较高），因此它不会在制备过程中损伤设备。

作为散射体的聚对苯二甲酸乙二醇酯，优选在加工温度范围内与基体材料的特性粘度比值为1.01—5，更优先选择1.01—3。

相对于100质量份的基体树脂，作为优选的散射体材料，聚对苯二甲酸乙二醇酯的含量选用1-50质量份，优先选用1-40质量份。但具体的添加量依赖于制备光散射材料的厚度以及对透光率和雾度的要求。当使用的聚对苯二甲酸乙二醇酯少于约1质量份时，光源将被透射多而散射少；但如果使用的聚对苯二甲酸乙二醇酯多于约50质量份时，透光性将大幅度降低。

基体中散射体聚对苯二甲酸乙二醇酯的平均尺寸依赖于其用量，本发明中可以使用的聚对苯二甲酸乙二醇酯的平均颗粒粒径约优选0.03—20μm，更优先选择0.1—15μm。

散射体材料聚对苯二甲酸乙二醇酯在加工前须进行干燥处理，干燥温度优先选择80-120℃。

除上述基体树脂和散射体聚合物外，为提高光散射热塑性聚酯组合物的各项理化性能，还可根据需要掺混各种添加剂，如抗氧化剂、紫外光吸收剂、脱模剂、抗静电剂、阻燃剂、紫外光吸收剂等，添加种类和重量可以由本领域普通技术人员容易地实行。

本发明的光散射聚酯树脂组合物，可通过模压成型、注塑成型、挤出成型、浇注成型等方式制备得到所需光散射板（片、膜）。制备过程依赖于光散射板（片、膜）的用途而选择，可以由本领域普通技术人员容易地实行。

实施例

参照以下实施例，可以更好的理解本发明。如不做特殊说明，以下实施例使用的聚对苯二甲酸乙二醇酯特性粘度大于基体树脂。这些实施例用于说明的目的，不能按任何方式解释为对本发明范围的限制，本发明范围由所附的权利要求确定。下述实施例中的样品透光率和雾度均采用上海精密科学仪器有限公司生产的WGT-S透光率雾度仪进行测定。

实施例1

100质量份的聚甲基丙烯酸甲酯树脂，2质量份的聚对苯二甲酸乙二醇酯和常规添加剂经转矩流变仪熔融共混后得到光散射性聚酯树脂组合物。将该复合物在265℃模压成型制得0.60mm厚的光散射片。测得其透光率为77.5%，雾度为88.90%。点状光源经该光散射片后，散射效果如图2所示。

实施例2

100质量份的聚甲基丙烯酸甲酯树脂，6质量份的聚对苯二甲酸乙二醇酯和常规添加剂经转矩流变仪熔融共混后得到光散射性聚酯树脂组合物。将该复合物在265℃模压成型制得0.60mm厚的光散射片。测得其透光率为64.2%，雾度为94.41%。点状光源经该光散射片后，散射效果如图3所示。

实施例3

100质量份的聚甲基丙烯酸甲酯树脂，10质量份的聚对苯二甲酸乙二醇酯和常规添加剂经转矩流变仪熔融共混后得到光散射性聚酯树脂组合物。将该复合物在265℃模压成型制得0.60mm厚的光散射片。测得其透光率为58.9%，雾度为94.65%。点状光源经该光散射片后，散射效果如图4所示。

实施例4

100质量份的聚甲基丙烯酸甲酯树脂，30质量份的聚对苯二甲酸乙二醇酯和常规添加剂经转矩流变仪熔融共混后得到光散射性聚酯树脂组合物。将该复合物在265℃模压成型制得0.60mm厚的光散射片。测得其透光率为64.8%，雾度为94.56%。点状光源经该光散射片后，散射效果如图5所示。

实施例5

100质量份的聚甲基丙烯酸甲酯树脂，30质量份的聚对苯二甲酸乙二醇酯和常规添加剂经转矩流变仪熔融共混后得到光散射性聚酯树脂组合物。将该复合物在265℃模压成型制得0.30mm厚的光散射片。测得其透光率为70.8%，雾度为94.51%。点状光源经该光散射片后，散射效果如图6所示。

对比实施例

100质量份的聚甲基丙烯酸甲酯树脂和常规添加剂经转矩流变仪熔融共混后得到光散射性聚酯树脂组合物。将该复合物在265℃模压成型制得0.60mm厚的光散射片。测得其透光率为92.5%，雾度为3.24%。点状光源经该光散射片后，散射效果如图1所示。