一种耐热性光扩散板及其制备方法

摘要

本发明涉及一种耐热性光扩散板及其制备方法，所述光扩散板的组成及质量比为：聚甲基丙烯酸甲酯80~95；光扩散剂5~20；所述光扩散剂为纳米相变微胶囊，所述纳米相变微胶囊具有核‑壳结构，其中，核材料为相变材料，壳材料为无机材料或者有机材料或者有机无机复合材料，相变材料的相变温度为15℃‑50℃。实施本发明及其制备方法，可解决目前市场上扩散板长时间使用造成的发黄、变暗、变形以及使用寿命下降的问题。

权利要求

1.一种耐热性光扩散板，该光扩散板的组成包括光扩散聚合物基材以及光扩散剂，其特征在于所述光扩散剂包括纳米相变微胶囊，所述纳米相变微胶囊具有核‑壳结构，其中，核材料为相变材料，壳材料为无机材料，相变材料的相变温度为15℃‑50℃;所述光扩散聚合物基材与光扩散剂的比例为：光扩散聚合物基材85 92；

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光扩散剂8 15；

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所述纳米相变微胶囊的平均粒径为50nm‑100nm，100‑500nm或者 500nm‑5μm；

所述相变材料为正十四烷，正十八烷，正二十烷，正二十一烷，正二十二烷，石蜡，季戊四醇、三羟甲基乙烷、新戊二醇、2‑氨基‑2‑甲基‑1,3‑丙二醇、三羟甲基氨基甲烷、十八酸、十六酸、十四酸和十二酸中的一种或者多种；

所述无机材料为二氧化硅，碳酸钙中的一种或者多种。

2.根据权利要求1所述的耐热性光扩散板，其特征在于，所述纳米相变微胶囊材料具有多个不同的相变温度。

3.根据权利要求1所述的耐热性光扩散板，其特征在于，所述光扩散聚合物基材为聚甲基丙烯酸甲酯、PC、PS或PP。

4.根据权利要求1所述的耐热性光扩散板，其特征在于，所述光扩散剂还包括纳米硫酸钡,碳酸钙,二氧化硅，苯乙烯型以及丙烯酸树脂型中的一种或者多种。

5.一种如权利要求1所述的耐热性光扩散板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将光扩散聚合物基材在反应釜中预聚合10 40min,冷却待用;~

将光扩散剂纳米相变微胶囊材料与引发剂加入预聚物中搅拌溶解,混合均匀后加入模具中,50 80℃水浴反应2 4h后,拿出,80‑100℃烘烤2 4h,脱模,光扩散板。

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说明书

一种耐热性光扩散板及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及光学领域，特别涉及一种耐热性光扩散板及其制备方法。

背景技术

[0002] Led照明灯具中的光扩散板是通过化学或物理的手段，利用光线在行径途中遇到两个折射率(密度)相异的介质时，发生折射、反射与散射的物理现象，通过在PMMA、PC、PS、
PP，hips等基材基础中添加无机或有机光扩散剂、或者通过基材表面的微特征结构的阵列
排列人为调整光线、使光线发生不同方向的折射、反射、与散射，从而改变光的行进路线，实
现入射光充分散色以此产生光学扩散的效果。

[0003] 然而在Led灯具的使用过程中(如家用灯具使用习惯)，Led灯基于功率，散热装置以及环境温度大致在50‑80摄氏度之间的温度范围内工作，相应扩散板的温度则一般在30‑
50度的温度范围内工作，由于光扩散板一般采用高分子材料，当长期连续或者间断地处于
较高温度下工作时，容易使得光扩散板发黄、变暗，从而影响光扩散板的透光效果和外观效
果，严重影响其使用寿命。并且，尤其在寒冷地区，在刚刚熄灭LED灯时，由于扩散板与外界
温度的温差较大，易出现灯具温度骤降而导致光扩散板材料出现温度应力，发生翘曲变形
现象，从而降低了使用寿命。

[0004] 现有技术往往则是通过设置高温层或者采用耐热性的材料来解决上述问题。例如，CN210072120U为制备一种高耐热的光扩散板，其包括由高分子光学改性材料均匀混合
的扩散基层，设置在所述扩散基层上下表面的第一耐热层，以及设置在所述扩散基层内的
第二耐热层，可见，该专利通过设置耐热层，从而提高了光扩散板的耐热性，但是通过在扩
散板上设置耐热性层，显然增加了光扩散板的厚度以及结构工艺复杂性；CN111019336A 涉
及一种具有光扩散性能的聚碳酸酯组合物，通过巯基‑烯点击化学反应在有机硅树脂微球
表面接枝笼型聚倍半硅氧烷得到光扩散剂，按重量份数计，100份聚碳酸酯加入0.1‑1份光
扩散剂进行加工，得到具有较好雾度和透光性的聚碳酸酯组合物，同时提高了聚碳酸酯的
耐热性和加工性，可应用在灯罩或LED上，可见，该技术是通过改性聚碳酸酯的耐热性来改
善光扩散板的耐热性能，但会导致工艺复杂，成本增加；CN211086726U为制备了一种耐热型
扩散板，其在结构上设置了散热板，耐热性层来增加扩散板的耐热性，从而增加光扩散板的
使用寿命，但是，该技术大大增加了扩散板的厚度以及结构复杂性。

[0005] 本发明则是从不同于已有发明的思路来改善耐热性能，具体来说，通过降低短时间使用时(如家庭使用)的光扩散板工作期间的最高温度，同时缓和光扩散板的降温曲线来
改善光扩散板的耐热性能。

发明内容

[0006] 针对现有技术的上述问题，本发明的目的在于提供一种耐热性光扩散板及其制备方法，以解决目前市场上家用灯罩长时间使用造成的发黄、变暗、变形以及使用寿命下降的
问题。

[0007] 本发明第一方面提供一种耐热性光扩散板，该光扩散板的组成包括光扩散聚合物基材以及光扩散剂，其特征在于所述光扩散剂包括纳米相变微胶囊，所述纳米相变微胶囊
具有核‑壳结构，其中，核材料为相变材料，壳材料为无机材料或者有机材料或者有机无机
复合材料，相变材料的相变温度为15℃‑50℃。

[0008] 进一步地，所述纳米相变微胶囊具有多个不同相变温度。

[0009] 进一步地，所述光扩散聚合物基材与光扩散剂的比例为80～95：5～20，更优选为80～95：5～20。

[0010] 进一步地，所述光扩散聚合物基材为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、PC、 PS或PP。

[0011] 进一步地，所述纳米相变微胶囊材料为市售商品，优选所述相变材料为脂肪烃类、烷烃类、脂肪酸类、醇类和聚烯醇类中的一种或者多种，更优选为正十四烷，正十八烷，，正
十九烷，，正二十烷，正二十一烷，正二十二烷，石蜡，季戊四醇(PE)、三羟甲基乙烷(PG)、新
戊二醇(NPG)、2‑ 氨基‑2‑甲基‑1,3‑丙二醇(AMP)、三羟甲基氨基甲烷(TAM)、十八酸(SA)、
十六酸(PA)、十四酸(MA)、十二酸(LA)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中的一种或者多种。

[0012] 进一步地，所述纳米相变微胶囊壳材料为二氧化硅，碳酸钙，聚氯乙烯，聚苯乙烯，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、PC、PS或PP中的一种或者多种。

[0013] 进一步地，所述光扩散剂还包括纳米硫酸钡，碳酸钙,二氧化硅，亚克力型，苯乙烯型以及丙烯酸树脂型中的一种或者多种。

[0014] 本发明第二方面提供一种如权利要求1所述的耐热性光扩散板的制备方法，包括以下步骤：将聚甲基丙烯酸甲酯、所述纳米相变微胶囊、硬脂酸钠、丙三醇和抗氧化剂混合，
在常温下搅拌均匀，得到混合料；将混合料放置于双辊开炼机中，在150～200度混炼10～
20min，常温冷却，得到所述耐热性光扩散板。

[0015] 进一步地，所述耐热性光扩散板的制备包括以下步骤：

[0016] S1将光扩散聚合物基材在反应釜中预聚合10～40min,冷却待用；

[0017] S2将光扩散剂纳米相变微胶囊材料与引发剂加入预聚物中搅拌溶解, 混合均匀后加入模具中,50～80℃水浴反应2～4h后,拿出,高温烘烤2～4h,脱模, 光扩散板。

[0018] 由于上述技术方案，本发明实施例的具有如下有益效果：

[0019] (1)当LED灯间断性工作时(如家用)，尤其是单次工作时长较短，由于相变材料在相变温度点的吸热储能现象，可将LED灯抑制在相变温度左右，相比未加相变材料的灯罩，
灯罩承受的温度较低，从而一定程度上减小了光扩散板发黄、变暗的现象。

[0020] (2)在寒冷地区，在LED灯断电之后，灯罩会与环境之间存在较大的温差，但由于纳米相变微胶囊中相变材料在特定温度下放热现象，可使的灯罩降温趋于缓和，尤其采用不
同相变温度范围内的相变材料，效果更为显著，从而克服了因温差较大导致的灯罩高分子
材料变质变形，提高了灯罩的使用寿命。

[0021] (3)纳米相变微胶囊处于纳米尺度，自身可以起到光扩散剂的作用，从而实现光扩散剂以及赋予耐热性功能一体化，无需添加额外改性耐热性能的外加剂或者额外增加耐热
层，从而在不影响光扩散效果的前提下，简化结构并降低成本。

附图说明

[0022] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本
发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，
还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0023] 图1为本发明实施例中光扩散板表面的升温曲线图。

具体实施方式

[0024] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是
本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人
员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范
围。

[0025] 需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数
据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述
的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不
排他的包含。

[0026] 下面将对本发明实施例和对比例中的技术方案进行清楚、完整地描述。以下实施例和对比例中所采用的材料和仪器设备,均为可以通过市售购买获得的常规产品。

[0027] 光扩散板的制备：

[0028] (1)原料：

[0029] 聚合物基材：单体MMA，引发剂偶氮二异丁腈AIBN。

[0030] 纳米相变微胶囊：微球状，平均粒径在50nm‑100nm，100‑500nm以及 500nm‑5μm范围内不等，壳材料二氧化硅，选择相变材料正十八烷烃(相变温度在28度左右)，正二十烷
(相变温度点在36度左右)以及正二十二烷(相变温度点在40℃左右)。

[0031] 光扩散剂：二氧化硅，平均粒径1微米左右，市售。

[0032] (2)制备方法：

[0033] 所述PMMA光扩散板的制备方法为:将单体MMA在反应釜中90℃预聚合10～40min,冷却待用；将光扩散剂与引发剂偶氮二异丁腈AIBN加入预聚物中搅拌溶解,混合均匀后加
入模具中,65℃水浴反应4h后,拿出,8‑℃烘烤 4h,脱模,得到PMMA光扩散板。

[0034] 原料配方可以按照以下重量百分比进行调节得到下表不同实施例：

[0035] 组分(重量百分比) 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 对比例MMA 92％ 92％ 92％ 92％ 92％
SiO2/正十八烷烃 8％ 0 0 2％ 0
SiO2/正二十烷烃 0 8％ 0 2％ 0
SiO2/正二十一烷烃 0 0 8％ 3％ 0
SiO2 0 0 0 0 8％

[0036] (3)性能测试

[0037] 透光率测试及雾度测试

[0038] 采用透光率雾度测定仪(由上海精密科学仪器有限公司生产)按照美国材料实验协会标准ASTM D1003‑61(1997),对光扩散板实施例1‑4以及对比例中制得的光扩散板的透
光性和光扩散性进行检测,测试样板厚度为2m。测试结果见下表所示。

[0039]

[0040] 板面升温曲线测试

[0041] 在100WLed灯热源下，距光扩散板正面8cm处放置光扩散板，每隔 0.5‑1h小时测量热源与板面最短距离处温度，测量起始点从打开Led灯源开始，如下表所示：

[0042]

[0043] 光扩散板表面的升温曲线如附图1所示，由附图1以及表格数据分析可知，采用相变微胶囊替代传统的二氧化硅光扩散剂对透光性以及雾度性能影响并不大。

[0044] 但是在100w的led光源下，开灯在1.5‑4h小时内(符合一般家用灯具使用时间)，由于相变储能材料在相变温度点下的吸热现象，会使得光扩散板整体温度低于传统扩散板，
在该使用时间下，降低整体温度，能够显著提高Led等的使用寿命。

[0045] 以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛
盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

[0046] 以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在
不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。