技术领域
[0001] 本
发明属于高分子
复合材料技术领域，涉及光扩散复合材料，尤其涉及一种中空PMMA@SiO2光扩散剂、PC光扩散板及制备方法。
背景技术
[0002] 光扩散复合材料具有一定的透明性和较强的光散射性，是一种很好的
光源复合材料。光扩散剂主要有无机型光扩散剂和有机型光扩散。无机光扩散剂主要有：纳米
硫酸钡，
碳酸
钙，
二氧化
硅等，这些无机型光扩散剂光会通过微小颗粒的表面进行无数次光折射达到光扩散即匀光的作用的，但会影响
亮度或透光。
发明内容
[0003] 本发明的目的就是为了克服上述
现有技术存在的
缺陷而提供一种中空PMMA@SiO2光扩散剂、PC光扩散板及制备方法。采用适当的PMMA@SiO2光扩散剂和PC(聚碳酸酯)熔融共混，从而改善PC板的光扩散性，增加光的散射和透射，使得光更加柔和美观。该PC光扩散板具有光扩散性、高光通过率以及高雾度性。
[0004]
申请人发现，对于无机光扩散剂，光线无法透过该实心球体，会影响很多光线的透过，只有部分光线透过折射通过，因此影响亮度或透光。
[0005] 本发明中，光扩散剂采用中空
二氧化硅小球(中空SiO2)，光会通过中空二氧化硅小球的表面进行无数次光折射达到光扩散即匀光的作用的，同时光线可以透过这个空心二氧化硅，提高亮度和透光性。
[0006] 聚甲基
丙烯酸甲酯(PMMA)俗称有机玻璃，具有优良的光学性、绝缘性、加工性及耐候性佳。PMMA具有很低的双折射，是目前最优良的高分子透明材料，透光率达到92％，比玻璃的透光度高。PMMA具有比重小，抗碎裂能
力高，良好的绝缘性和机械强度，优异的耐
腐蚀性能。在照射紫外光的状况下，与聚碳酸酯相比，PMMA具有更佳的
稳定性。
[0007] 聚碳酸酯(简称PC)是分子链中含有碳酸酯基的高分子
聚合物，PC是几乎无色的
玻璃态的无定形聚合物，有很好的光学性。PC强度高、耐疲劳性、尺寸稳定、蠕变也小(高温条件下也极少有变化)，PC板可用于
汽车，飞机
风挡玻璃，波纹板，折板，建筑窗玻璃，体育设施天棚玻璃等。在现有的关于光扩散材料制备中，还没有将PMMA@SiO2-PC结合在一起构成新复合材料的相关报道。
[0008] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0009] 本发明一方面提供一种中空PMMA@SiO2光扩散剂，该光扩散剂为PMMA复合SiO2中空小球，PMMA包裹于经过表面改性的中空SiO2表面。
[0010] 优选地，中空SiO2的表面改性为烷基化表面改性，中空SiO2的粒径为400-800nm。
[0011] 本发明第二方面提供一种PC光扩散板，该光扩散板以聚碳酸酯为基体，所述的中空PMMA@SiO2光扩散剂分散于聚碳酸酯基体中。
[0012] 优选地，该光扩散板由中空PMMA@SiO2光扩散剂、抗氧剂和聚碳酸酯按照重量比0.01-2:0.2:100组成。
[0013] 进一步优选地，该光扩散板由中空PMMA@SiO2光扩散剂、抗氧剂和聚碳酸酯按照重量比0.05-1.4:0.2:100组成。
[0014] 本发明第三方面提供所述的PC光扩散板的制备方法，先制备中空SiO2，并通过有机硅烷基化中空SiO2，然后在烷基化中空SiO2表面包裹PMMA，得到中空PMMA@SiO2光扩散剂，再按照配比将聚碳酸酯、中空PMMA@SiO2光扩散剂和抗氧剂混合，熔融混合均匀，压片，制得所述的PC光扩散板。
[0015] 优选地，包括以下步骤：
[0016] (1)在室温搅拌条件下，将
水和
乙醇的
混合液与十六烷基三甲基溴化铵搅拌均匀，缓慢滴加
氨水以及四乙氧基硅烷和γ-氨丙基三乙氧基硅烷的混合溶液，反应，洗涤，干燥，制得中空二氧化硅小球，即为所述的中空SiO2；
[0017] (2)取所述的中空SiO2溶于
甲苯中，加入硅烷
偶联剂，超声处理，在110℃-130℃的条件下反应，然后静置，洗涤，干燥，得到烷基化中空SiO2；
[0018] (3)取所述的烷基化中空SiO2，溶解于水中，加入十二烷基硫酸钠、壬基酚聚氧乙烯醚和异丙醇，在70-80℃条件下，缓慢滴加MMA和0.1％-0.5％KSP的混合液，在75-85℃的环境下反应，洗涤，干燥，得到中空PMMA@SiO2光扩散剂；
[0019] (4)按照配比，取中空PMMA@SiO2光扩散剂、聚碳酸酯和抗氧剂，混合，并且密炼机搅拌，控制物料
温度在240℃-250℃之间，搅拌均匀后，用压片机制片，成型温度在250℃-300℃，得到所述的PC光扩散板。
[0020] 优选地，步骤(1)中，水和乙醇的混合液中，水和乙醇体积比1:1-1:3。进一步优选地，水和乙醇体积比为1:1。
[0021] 优选地，步骤(1)中，四乙氧基硅烷和γ-氨丙基三乙氧基硅烷的体积比为1:2-2:1。进一步优选地，四乙氧基硅烷和γ-氨丙基三乙氧基硅烷的体积比为2:1。
[0022] 优选地，步骤(1)中，水和乙醇的混合液、十六烷基三甲基溴化铵、氨水、四乙氧基硅烷和γ-氨丙基三乙氧基硅烷的混合溶液的使用量之比为20-80ml:0.02-0.12g:0.3-0.8ml:1.0-2.0ml。进一步优选地，步骤(1)中，水和乙醇的混合液、十六烷基三甲基溴化铵、氨水、四乙氧基硅烷和γ-氨丙基三乙氧基硅烷的混合溶液的使用量之比为40ml:0.08g:
0.5ml:1.5ml。
[0023] 优选地，步骤(1)中，反应时间为6h。
[0024] 优选地，步骤(2)中，所述的硅烷偶联剂包括3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。也可以使用其他硅烷偶联剂。
[0025] 优选地，步骤(2)中，中空SiO2和甲苯的使用量之比为1g:150-250ml。进一步优选地，中空SiO2和甲苯的使用量之比为1g:200ml。
[0026] 优选地，步骤(2)中，硅烷偶联剂的体积为甲苯体积的0.5％-15％。
[0027] 优选地，步骤(2)中，超声时间为10min。
[0028] 优选地，步骤(2)中，反应时间为4h，静置时间为24h。
[0029] 优选地，步骤(2)中，洗涤采用丙
酮。
[0030] 优选地，步骤(3)中，十二烷基硫酸钠和壬基酚聚氧乙烯醚的
质量比为2:1。
[0031] 优选地，步骤(3)中，十二烷基硫酸钠为烷基化中空SiO2质量的2％-4％。进一步优选地，十二烷基硫酸钠为烷基化中空SiO2质量的3％。
[0032] 优选地，步骤(3)中，壬基酚聚氧乙烯醚为烷基化中空SiO2质量的1％-2％。进一步优选地，壬基酚聚氧乙烯醚为烷基化中空SiO2质量的1.5％。
[0033] 优选地，步骤(3)中，MMA与烷基化中空SiO2质量比在1:1-5:1。进一步优选地，MMA与烷基化中空SiO2质量比为3:1。
[0034] 优选地，步骤(3)中，水与烷基化中空SiO2的使用量之比为75-115ml:1g。进一步优选地，水与烷基化中空SiO2的使用量之比为95ml:1g。
[0035] 优选地，步骤(3)中，异丙醇与烷基化中空SiO2的质量之比为2:1。
[0036] 优选地，步骤(3)中，0.1％-0.5％KSP与烷基化中空SiO2的使用量之比为3-8ml:1g。进一步优选地，采用0.2％KSP，且其与烷基化中空SiO2的使用量之比为5ml:1g。
[0037] 优选地，步骤(3)中，反应时间为1h。
[0038] 优选地，步骤(3)中，在水浴75℃条件下，缓慢滴加MMA和0.1％-0.5％KSP的混合液，在80℃条件下反应。
[0039] 优选地，步骤(4)中，密炼机搅拌过程中，控制物料温度在250℃，成型温度在280℃。
[0040] 与现有技术相比，本发明中，当PMMA@SiO2均匀分散在PC基体中时，光透过PC光扩散板时会通过中空二氧化硅小球的表面进行无数次光折射达到光扩散即匀光的作用的，同时光线可以透过这个空心二氧化硅，提高亮度和透光性；PMMA@SiO2不仅具有PMMA的耐刮性、
耐腐蚀性、耐候性及良好的绝缘性等特点，而且中空二氧化硅大大提高PC光扩散板的光扩散效果及光效均匀度；从而减少了板材的厚度，减少了材料成本，解决原材料中低雾度，高透光率，达到节能高效的效果。其中最优的光扩散板的雾度为92.4％，透光率为82.3％。
附图说明
[0041] 图1为不同光扩散板的雾度和透过率。
具体实施方式
[0042] 下面结合附图和具体
实施例对本发明进行详细说明。
[0043] 实施例1
[0044] 在25℃搅拌条件下，在烧杯中加入40ml水和乙醇混合液(混合液体积范围：20-80ml；优选:40ml；水：乙醇＝1:1，以下实例选:40ml)和0.08g十六烷基三甲基溴化铵(范围:
0.02-0.12g；优选：0.08g1，以下实例选:0.08g)，搅拌均匀，缓慢滴加0.5ml的氨水(范围:
0.3-0.8ml；优选：0.5ml,以下实例选:0.5ml)、lml四乙氧基硅烷和0.5mlγ-氨丙基三乙氧基硅烷混合溶液(混合溶液范围：1.0-2.0ml；优选：1.5ml；体积比2:1,以下实例选:1.5ml)，反应6h，洗涤干燥，制得中空二氧化硅小球(中空SiO2)；取上述1g中空二氧化硅小球溶于
200ml甲苯(范围:150-250ml；优选：200ml,以下实例选:200ml)，加入2.1ml的3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(范围:1.4-2.8ml；优选：2.1ml,以下实例选:2.1ml)，超声10min，在
120℃条件下，油浴4h，静止24h，丙酮洗涤干燥，得到烷基化二氧化硅小球(烷基化中空SiO2)；再将所制得的烷基化二氧化硅小球，称取1g溶解在95ml的水中(范围:75-115ml；优选：95ml,以下实例选:95ml)，并且加入0.03g十二烷基硫酸钠、0.015g壬基酚聚氧乙烯醚和
2g异丙醇，在水浴75℃(范围：70-80℃，优选：75℃，以下实例选:75℃)条件下，缓慢滴加3g MMA(质量范围:1g-5g；优选：3g,以下实例选:3g)和5ml 0.2％的KSP(体积范围:3-8ml；优选：5ml；KSP的质量分数为0.1％-0.5％以下实例选:5ml，0.2％)的混合液，在80℃(范围：
75-85℃，优选：80℃，以下实例选:80℃)条件下反应1h，通过洗涤、干燥，得到产物PMMA@SiO2(中空PMMA@SiO2光扩散剂)。中空PMMA@SiO2光扩散剂中的中空SiO2粒径优选400-
800nm。
[0045] 实施例2
[0046] 在25℃搅拌条件下，在烧杯中加入40ml水和乙醇混合液(水：乙醇＝1:2)和0.08g十六烷基三甲基溴化铵，搅拌均匀，缓慢滴加0.5ml的氨水、lml四乙氧基硅烷和0.5mlγ-氨丙基三乙氧基硅烷混合溶液(体积比2:1)，反应6h，洗涤干燥，制得中空二氧化硅小球；取上述1g中空二氧化硅小球溶于200ml甲苯，加入2.1ml的3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，超声10min，在120℃条件下，油浴4h，静止24h，丙酮洗涤干燥，得到烷基化二氧化硅小球；再将所制得的烷基化二氧化硅小球，称取1g溶解在95ml的水中，并且加入0.03g十二烷基硫酸钠、0.015g壬基酚聚氧乙烯醚和2g异丙醇，在水浴75℃条件下，缓慢滴加3g MMA和5ml 0.2％的KSP的混合液，在80℃条件下反应1h，通过洗涤、干燥，得到产物PMMA@SiO2。
[0047] 实施例3
[0048] 在25℃搅拌条件下，在烧杯中加入40ml水和乙醇混合液(水：乙醇＝1:3)和0.08g十六烷基三甲基溴化铵，搅拌均匀，缓慢滴加0.5ml的氨水、l ml四乙氧基硅烷和0.5mlγ-氨丙基三乙氧基硅烷混合溶液(体积比2:1)，反应6h，洗涤干燥，制得中空二氧化硅小球；取上述1g中空二氧化硅小球溶于200ml甲苯，加入2.1ml的3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，超声10min，在120℃条件下，油浴4h，静止24h，丙酮洗涤干燥，得到烷基化二氧化硅；再将所制得的烷基化二氧化硅小球，称取1g溶解在95ml的水中，并且加入0.03g十二烷基硫酸钠、0.015g壬基酚聚氧乙烯醚和2g异丙醇，在水浴75℃条件下，缓慢滴加3g MMA和5ml 0.2％的KSP的混合液，在80℃条件下反应1h，通过洗涤、干燥，得到产物PMMA@SiO2。
[0049] 实施例4
[0050] 在25℃搅拌条件下，在烧杯中加入40ml水和乙醇混合液(水：乙醇＝1:2)和0.08g十六烷基三甲基溴化铵，搅拌均匀，缓慢滴加0.5ml的氨水、0.5ml四乙氧基硅烷和1.0mlγ-氨丙基三乙氧基硅烷混合溶液(体积比1:2)，反应6h，洗涤干燥，制得中空二氧化硅小球；取上述1g中空二氧化硅小球溶于200ml甲苯，加入2.1ml的3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，超声10min，在120℃条件下，油浴4h，静止24h，丙酮洗涤干燥，得到烷基化二氧化硅小球；再将所制得的烷基化二氧化硅小球，称取1g溶解在95ml的水中，并且加入0.03g十二烷基硫酸钠、0.015g壬基酚聚氧乙烯醚和2g异丙醇，在水浴75℃条件下，缓慢滴加3g MMA和5ml 0.2％的KSP的混合液，在80℃条件下反应1h，通过洗涤、干燥，得到产物PMMA@SiO2。
[0051] 实施例5
[0052] 在25℃搅拌条件下，在烧杯中加入40ml水和乙醇混合液(水：乙醇＝1:2)和0.08g十六烷基三甲基溴化铵，搅拌均匀，缓慢滴加0.5ml的氨水、1.0ml四乙氧基硅烷和0.5mlγ-氨丙基三乙氧基硅烷混合溶液(体积比2:1)，反应6h，洗涤干燥，制得中空二氧化硅小球；取上述1g中空二氧化硅小球溶于200ml甲苯，加入2.1ml的其他硅烷偶联剂(乙烯基三乙氧基硅烷，乙烯基三甲氧基硅烷等)，超声10min，在120℃条件下，油浴4h，静止24h，丙酮洗涤干燥，得到烷基化二氧化硅小球；再将所制得的烷基化二氧化硅小球，称取1g溶解在95ml的水中，并且加入0.03g十二烷基硫酸钠、0.015g壬基酚聚氧乙烯醚和2g异丙醇，在水浴75℃条件下，缓慢滴加3g MMA和5ml 0.2％的KSP的混合液，在80℃条件下反应1h，通过洗涤、干燥，得到产物PMMA@SiO2。
[0053] 实施例6
[0054] 在25℃搅拌条件下，在烧杯中加入40ml水和乙醇混合液(水：乙醇＝1:2)和0.08g十六烷基三甲基溴化铵，搅拌均匀，缓慢滴加0.5ml的氨水、l ml四乙氧基硅烷和0.5mlγ-氨丙基三乙氧基硅烷混合溶液(体积比1:2)，反应6h，洗涤干燥，制得中空二氧化硅小球；取上述1g中空二氧化硅小球溶于200ml甲苯，加入2.1ml的3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，超声10min，在120℃条件下，油浴4h，静止24h，丙酮洗涤干燥，得到烷基化二氧化硅；再将所制得的烷基化二氧化硅小球，称取1g溶解在95ml的水中，并且加入0.02g十二烷基硫酸钠、0.01g壬基酚聚氧乙烯醚和2g异丙醇，在水浴75℃条件下，缓慢滴加3g MMA和5ml 0.2％的KSP的混合液，在80℃条件下反应1h，通过洗涤、干燥，得到产物PMMA@SiO2。
[0055] 实施例7
[0056] 在25℃搅拌条件下，在烧杯中加入40ml水和乙醇混合液(水：乙醇＝1:2)和0.08g十六烷基三甲基溴化铵，搅拌均匀，缓慢滴加0.5ml的氨水、l ml四乙氧基硅烷和0.5mlγ-氨丙基三乙氧基硅烷混合溶液(体积比1:2)，反应6h，洗涤干燥，制得中空二氧化硅小球；取上述1g中空二氧化硅溶于200ml甲苯，加入2.1ml的3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，超声10min，在120℃条件下，油浴4h，静止24h，丙酮洗涤干燥，得到烷基化二氧化硅；再将所制得的烷基化二氧化硅小球，称取1g溶解在95ml的水中，并且加入0.04g十二烷基硫酸钠、0.02g壬基酚聚氧乙烯醚和2g异丙醇，在水浴75℃条件下，缓慢滴加3g MMA和5ml 0.2％的KSP的混合液，在80℃条件下反应1h，通过洗涤、干燥，得到产物PMMA@SiO2。
[0057] PMMA@SiO2-PC光扩散板及实例8-14
[0058] 实施例8
[0059] 将40g PC和0.08g抗氧剂混合，混合均匀后，转移到密炼机中搅拌，控制料的温度在250℃之间，搅拌均匀后，剪粒，用压片机制片，成型温度在280℃，最后制得PC光扩散板，编号：PC。
[0060] 实施例9
[0061] 将实施例2制得的PMMA@SiO2，称取0.02g与0.08g抗氧剂进行预分散，加入40g PC后转移到密炼机中搅拌，控制料的温度在250℃之间，搅拌均匀后，剪粒，用压片机制片，成型温度在280℃，最后制得PMMA@SiO2-PC光扩散板，编号：PC-0.05％-PMMA@SiO2。
[0062] 实施例10
[0063] 将实施例2制得的PMMA@SiO2，称取0.08g PMMA@SiO2与0.08g抗氧剂进行预分散，加入40g PC后转移到密炼机中搅拌，控制料的温度在250℃之间，搅拌均匀后，剪粒，用压片机制片，成型温度在280℃，最后制得PMMA@SiO2-PC光扩散板，编号：PC-0.2％-PMMA@SiO2。
[0064] 实施例11
[0065] 将实施例2制得的PMMA@SiO2，称取0.16g PMMA@SiO2与0.08g抗氧剂进行预分散，加入40g PC后转移到密炼机中搅拌，控制料的温度在250℃，搅拌均匀后，剪粒，用压片机制片，成型温度在280℃，最后制得PMMA@SiO2-PC光扩散板，编号：PC-0.4％-PMMA@SiO2。
[0066] 实施例12
[0067] 将实施例2制得的PMMA@SiO2，称取0.32g PMMA@SiO2与0.08g抗氧剂进行预分散，加入40g PC后转移到密炼机中搅拌，控制料的温度在250℃，搅拌均匀后，剪粒，用压片机制片，成型温度在280℃，最后制得PMMA@SiO2-PC光扩散板，编号：PC-0.8％-PMMA@SiO2。
[0068] 实施例13
[0069] 将实施例2制得的PMMA@SiO2，称取0.4g PMMA@SiO2与0.08g抗氧剂进行预分散，加入40g PC后转移到密炼机中搅拌，控制料的温度在250℃，搅拌均匀后，剪粒，用压片机制片，成型温度在280℃，最后制得PMMA@SiO2-PC光扩散板，编号：PC-1.0％-PMMA@SiO2。
[0070] 实施例14
[0071] 将实例2制得的PMMA@SiO2，称取0.56g PMMA@SiO2与0.08g抗氧剂进行预分散，加入40g PC后转移到密炼机中搅拌，控制料的温度在250℃，搅拌均匀后，剪粒，用压片机制片，成型温度在280℃，最后制得PMMA@SiO2-PC光扩散板，编号：PC-1.4％-PMMA@SiO2。
[0072] 性能测试
[0073] 采用透光率/雾度仪(WGT-S，浙江赛德仪器设备有限公司)，按照GB/T0-2008测试，按照美国材料实验室协会标准ASTM D003-61(1997)。对上述光扩散板(实施例8-14)的透光性和雾度进行检测，测试样板厚度为2mm。测试结果见表1所示。图1为不同PMMA@SiO2含量的PC光扩散板的雾度和透过率。
[0074] 表1
[0075]
[0076]
[0077] 实施例15
[0078] 本实施例与实施例9基本相同，不同之处在于，本实施例中，中空PMMA@SiO2光扩散剂、抗氧剂和聚碳酸酯按照重量比0.01:0.2:100。
[0079] 实施例16
[0080] 本实施例与实施例9基本相同，不同之处在于，本实施例中，中空PMMA@SiO2光扩散剂、抗氧剂和聚碳酸酯按照重量比2:0.2:100。
[0081] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行
修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
