一种光扩散板用聚苯乙烯材料及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及化工领域，具体涉及一种光扩散板用聚苯乙烯材料及其制备方法和应用。


背景技术：

2.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(或密度)相异的介质时，发生折射、反射与散射的物理现象。通过在pmma(polymethyl methacrylate，聚甲基丙烯酸甲酯)、pc(聚碳酸酯)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，一般广泛应用在液晶显示与led照明及成像显示系统中。
3.扩散板需要具有耐热性、尺寸稳定性和高的光性能，高透光性能可以减少能耗和提高灯具的照度。聚苯乙烯(ps)是由苯乙烯单体聚合而成，聚苯乙烯原料来源丰富、聚合工艺简单，材料具有质轻、价廉、吸水量低、着色性、尺寸稳定性、电性能优异等特性，可以用于替代pmma、pc等基材用于光扩散板，但是普通的ps存在透光率比较低、刚性和韧性平衡不好、热变形温度不够等问题。
4.cn102702637a介绍了一种可以用于扩散板的聚苯乙烯组合物的制备方法，但是主要是通过共混改性完成的，与直接聚合相比，该方法需要二次加工，成本高，而且材料的冲击强度不高。
5.因此开发一种适合光扩散板用的优良的聚苯乙烯材料是聚苯乙烯产品开发需要解决的关键问题。


技术实现要素：

6.鉴于上述现有技术中存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种用于形成光扩散板用聚苯乙烯材料的组合物，该组合物能够形成高透明的光扩散板用聚苯乙烯材料。
7.本发明的目的之二在于提供一种光扩散板用聚苯乙烯材料。
8.本发明的目的之三在于提供一种光扩散板用聚苯乙烯材料的制备方法。
9.本发明的目的之四在于提供一种光扩散板用聚苯乙烯材料的应用。
10.为实现上述目的之一，本发明采取的技术方案如下：
11.一种用于形成光扩散板用聚苯乙烯材料的组合物，其由苯乙烯、乙苯和矿物油组成，所述组合物中，所述苯乙烯的含量为84wt％～98wt％；所述乙苯的含量为1wt％～8wt％；所述矿物油的含量为1wt％～8wt％。
12.在本发明的一些优选的实施方式中，所述组合物中，所述苯乙烯的含量为88wt％～96wt％。
13.在本发明的一些优选的实施方式中，所述组合物中，所述乙苯的含量为2wt％～6wt％。
14.在本发明的一些优选的实施方式中，所述组合物中，所述矿物油的含量为2wt％～6wt％。
15.本技术的发明人经研究发现，以苯乙烯、乙苯和矿物油这三种组分作为制备光扩散板用聚苯乙烯材料的原料，同时将这三种组分的含量限定在上述特定的范围内，能够得到透光率好、刚性和韧性平衡好、热变形温度高聚苯乙烯材料。
16.根据本发明的一些实施方式，所述矿物油可以是工业级白油，例如br00m-350。
17.为实现上述目的之二，本发明采取的技术方案如下：
18.一种光扩散板用聚苯乙烯材料，其通过以上述的组合物为原料制得。
19.在本发明的一些优选的实施方式中，所述聚苯乙烯材料的全光线透光率为90％以上。
20.在本发明的一些优选的实施方式中，所述聚苯乙烯材料的全光线透光率为90％～95％。
21.在本发明的一些优选的实施方式中，所述聚苯乙烯材料的热变形温度为100℃以上。
22.在本发明的一些优选的实施方式中，所述聚苯乙烯材料的热变形温度为100℃～120℃。
23.为实现上述目的之三，本发明采取的技术方案如下：
24.一种光扩散板用聚苯乙烯材料的制备方法，包括下述步骤：
25.s1.对上述的组合物进行预热处理，得到第一混合物料；
26.s2.使所述第一混合物料进行预聚反应，得到第二混合物料；
27.s3.使所述第二混合物料进行第一聚合反应，得到第三混合物料；
28.s4.使所述第三混合物料进行第二聚合反应，得到第四混合物料；
29.s5.使所述第四混合物料进行第三聚合反应，得到含有所述聚苯乙烯材料的第五混合物料；以及
30.任选地，s6.对所述第五混合物料进行脱挥发分处理，得到所述聚苯乙烯材料。
31.本技术的发明人在研究中发现，采用本发明的预热、预聚以及三段聚合的聚合方式，能够通过聚合的方式直接得到适于制备光扩散板的聚苯乙烯材料，且制得的聚苯乙烯材料具有优良的透光性、耐热性以及好的刚韧平衡性能。
32.根据本发明的一些实施方式，可以根据需要对制得的聚苯乙烯材料进行挤出造粒。
33.在本发明的一些优选的实施方式中，所述第一聚合反应的温度为130℃～140℃，优选为132℃～138℃。
34.在本发明的一些优选的实施方式中，所述第二聚合反应的温度为140℃～150℃，优选为142℃～148℃。
35.在本发明的一些优选的实施方式中，所述第三聚合反应的温度为150℃～160℃，优选为152℃～158℃
36.在本发明的一些优选的实施方式中，所述第一聚合反应的温度小于所述第二聚合反应的温度，优选地，所述第一聚合反应的温度比所述第二聚合反应的温度小5℃～15℃，优选小8℃～12℃。
37.在本发明的一些优选的实施方式中，所述第二聚合反应的温度小于所述第三聚合反应的温度，优选地，所述第二聚合反应的温度比所述第三聚合反应的温度小5℃～15℃，优选小8℃～12℃。
38.在本发明的一些优选的实施方式中，所述第一聚合反应的时间为10min～60min。
39.在本发明的一些优选的实施方式中，所述第二聚合反应的时间为10min～60min。
40.在本发明的一些优选的实施方式中，所述第三聚合反应的时间为10min～60min。
41.在本发明的一些优选的实施方式中，所述预热处理的温度为90℃～100℃，优选为92℃～98℃。
42.在本发明的一些优选的实施方式中，所述预热处理的时间为10min～30min。
43.在本发明的一些优选的实施方式中，所述预聚反应的温度为120℃～130℃，优选为122℃～128℃。
44.在本发明的一些优选的实施方式中，所述预聚反应的时间为10min～45min。
45.在本发明的一些优选的实施方式中，所述脱挥发份处理的压力为-10kpa～0kpa，优选为-8kpa～-2kpa。
46.在本发明的一些优选的实施方式中，所述脱挥发份处理的温度为230℃～250℃，优选为235℃～245℃。
47.在本发明的一些优选的实施方式中，所述脱挥发份处理的时间为10min～45min。
48.为实现上述目的之四，本发明采取的技术方案如下：
49.一种上述的聚苯乙烯材料或根据上述的制备方法制得的聚苯乙烯材料在光扩散板的制备领域中的应用。
50.本发明的有益效果至少在于，采用本发明所提供的组合物，尤其是结合本发明的制备方法，能够获得全光线透光率在90％以上，热变形温度在100℃以上，且拉伸强度在50mpa左右、弯曲强度在90mpa左右、izod缺口冲击强度在50mpa左右的聚苯乙烯材料。
具体实施方式
51.以下通过实施例对本发明进行详细说明，但本发明的保护范围并不限于下述说明。
52.在下述实施方式中：
53.熔体流动指数参考标准astm d1238测定；
54.拉伸强度参考标准astm d638测定；
55.弯曲强度参考标准astm d790测定；
56.izod缺口冲击强度参考标准astm d256测定；
57.热变形温度参考标准astm d648测定；
58.全光线透光率参考标准astm d1003测定。
59.下述实施方式中，若无特殊说明，矿物油为牌号为br00m-350的工业级白油。
60.实施例1
61.步骤一：将由苯乙烯、乙苯和矿物油组成的原料物料(其中，乙苯的含量为5％，矿物油的含量为5％，余量为苯乙烯)以30t/h的流量通入预加热器，控制预加热器的温度为95℃以及原料物料在预加热器中的停留时间为20min左右，从预加热器的出口处得到第一混
合物料。
62.步骤二：将步骤一得到的第一混合物料通入到预聚合反应器，控制预聚合反应器的温度为122℃以及第一混合物料在预聚合反应器中的停留时间为15min左右，预聚合反应器内的液位控制在73％，从预聚合反应器的出口处得到第二混合物料。
63.步骤三：将步骤二得到的第二混合物料通入到第一反应器，控制第一反应器的温度为135℃以及第二混合物料在第一反应器中的停留时间为40min左右，从第一反应器的出口处得到第三混合物料。
64.步骤四：将步骤三得到的第三混合物料通入到第二反应器，控制第二反应器的温度为145℃以及第三混合物料在第二反应器中的停留时间为40min左右，从第二反应器的出口处得到第四混合物料。
65.步骤五：将步骤四得到的第四混合物料通入到第三反应器，控制第三反应器的温度为155℃以及第四混合物料在第三反应器中的停留时间为40min左右，从第三反应器的出口处得到第五混合物料。
66.步骤六：将步骤五得到的第五混合物料通入到脱恢器以脱除未反应的原料后进行挤出切粒，得到光扩散板用聚苯乙烯材料，其中，控制脱恢器的压力为-5kpa，温度为235℃，第五混合物料在脱恢器中的停留时间为20min左右。
67.对制得的光扩散板用聚苯乙烯材料进行测试，其熔体流动指数、拉伸强度、弯曲强度、悬臂梁(izod)缺口冲击强度、热变形温度和全光线透光率列于表1中。
68.实施例2
69.步骤一：将由苯乙烯、乙苯和矿物油组成的原料物料(其中，乙苯的含量为6％，矿物油的含量为3％，余量为苯乙烯)以28t/h的流量通入预加热器，控制预加热器的温度为96℃以及原料物料在预加热器中的停留时间为20min左右，从预加热器的出口处得到第一混合物料。
70.步骤二：将步骤一得到的第一混合物料通入到预聚合反应器，控制预聚合反应器的温度为128℃以及第一混合物料在预聚合反应器中的停留时间为15min左右，预聚合反应器内的液位控制在72％，从预聚合反应器的出口处得到第二混合物料。
71.步骤三：将步骤二得到的第二混合物料通入到第一反应器，控制第一反应器的温度为133℃以及第二混合物料在第一反应器中的停留时间为40min左右，从第一反应器的出口处得到第三混合物料。
72.步骤四：将步骤三得到的第三混合物料通入到第二反应器，控制第二反应器的温度为146℃以及第三混合物料在第二反应器中的停留时间为40min左右，从第二反应器的出口处得到第四混合物料。
73.步骤五：将步骤四得到的第四混合物料通入到第三反应器，控制第三反应器的温度为155℃以及第四混合物料在第三反应器中的停留时间为40min左右，从第三反应器的出口处得到第五混合物料。
74.步骤六：将步骤五得到的第五混合物料通入到脱恢器以脱除未反应的原料后进行挤出切粒，得到光扩散板用聚苯乙烯材料，其中，控制脱恢器的压力为-3kpa，温度为240℃，第五混合物料在脱恢器中的停留时间为20min左右。
75.对制得的光扩散板用聚苯乙烯材料进行测试，其熔体流动指数、拉伸强度、弯曲强
度、悬臂梁(izod)缺口冲击强度、热变形温度和全光线透光率列于表1中。
76.实施例3
77.步骤一：将由苯乙烯、乙苯和矿物油组成的原料物料(其中，乙苯的含量为4％，矿物油的含量为4％，余量为苯乙烯)以32t/h的流量通入预加热器，控制预加热器的温度为92℃以及原料物料在预加热器中的停留时间为20min左右，从预加热器的出口处得到第一混合物料。
78.步骤二：将步骤一得到的第一混合物料通入到预聚合反应器，控制预聚合反应器的温度为124℃以及第一混合物料在预聚合反应器中的停留时间为15min左右，预聚合反应器内的液位控制在74％，从预聚合反应器的出口处得到第二混合物料。
79.步骤三：将步骤二得到的第二混合物料通入到第一反应器，控制第一反应器的温度为133℃以及第二混合物料在第一反应器中的停留时间为40min左右，从第一反应器的出口处得到第三混合物料。
80.步骤四：将步骤三得到的第三混合物料通入到第二反应器，控制第二反应器的温度为148℃以及第三混合物料在第二反应器中的停留时间为40min左右，从第二反应器的出口处得到第四混合物料。
81.步骤五：将步骤四得到的第四混合物料通入到第三反应器，控制第三反应器的温度为152℃以及第四混合物料在第三反应器中的停留时间为40min左右，从第三反应器的出口处得到第五混合物料。
82.步骤六：将步骤五得到的第五混合物料通入到脱恢器以脱除未反应的原料后进行挤出切粒，得到光扩散板用聚苯乙烯材料，其中，控制脱恢器的压力为-2kpa，温度为238℃，第五混合物料在脱恢器中的停留时间为20min左右。
83.对制得的光扩散板用聚苯乙烯材料进行测试，其熔体流动指数、拉伸强度、弯曲强度、悬臂梁(izod)缺口冲击强度、热变形温度和全光线透光率列于表1中。
84.表1
[0085][0086]
实施例4-11
[0087]
实施例4-11用于考察乙苯和矿物油的含量的变化对制得的聚苯乙烯材料的性能的影响。实施例4-11设置为基本上与实施例1相同，不同之处仅在于改变各组分的用量(具体地，各组分的用量如表2所示)，对制得的聚苯乙烯材料进行测试，结果示于表3中。
[0088]
表2
[0089]
项目苯乙烯(％)乙苯(％)矿物油(％)实施例49235
实施例59415实施例68965实施例78785实施例89253实施例99451实施例108956实施例118758
[0090]
表3
[0091][0092][0093]
实施例12-14
[0094]
实施例12-14用于考察温度的变化对制得的聚苯乙烯材料的性能的影响。实施例12-14设置为基本上与实施例1相同，不同之处仅在于某些装置的温度(具体地，各装置的温度如表4所示)，对制得的聚苯乙烯材料进行测试，结果示于表5中。
[0095]
表4
[0096][0097]
表5
[0098][0099][0100]
对比例1
[0101]
先将0.1％的有机硅树脂光扩散剂、0.1％的乙烯基双硬脂酰胺、0.1％的β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯和0.1％的亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯)酯依次放进高速搅拌机中搅拌均匀，高速搅拌机的搅拌速度为100r/min，搅拌时间为5min；然后加入99.6％的聚苯乙烯进行三段式搅匀制成混合均匀物料，第一段搅拌的搅拌速度为20r/min，搅拌时间为4min，第二段搅拌的搅拌速度为100r/min，搅拌时间为4min，第三段搅拌的搅拌速度为50r/min，搅拌时间为4min；最后将混合均匀物料放入双螺杆挤出机进行挤出造粒，粒料送料段的挤出温度为150℃，塑化段的挤出温度为160℃，熔体输送段的挤出温度为170℃，机头温度为170℃，挤出造粒加工时的真空度为0.6mpa。
[0102]
按照实施例1中的方式测试制得的材料的各项性能，结果列于表6中。
[0103]
对比例2
[0104]
对比例2基本上与实施例1相同，不同之处仅在于原料由苯乙烯和乙苯组成，其中，苯乙烯的含量为92.5％，乙苯的含量为7.5％。
[0105]
对比例3
[0106]
对比例3基本上与实施例1相同，不同之处仅在于原料由苯乙烯和矿物油组成，其中，苯乙烯的含量为92.5％，矿物油的含量为7.5％。
[0107]
对比例4
[0108]
对比例4基本上与实施例1相同，不同之处仅在于原料由苯乙烯、乙苯、矿物油和硬脂酸锌组成，其中，苯乙烯的含量为88％，乙苯的含量为5％，矿物油的含量为5％，硬脂酸锌的含量为2％。
[0109]
表6
[0110][0111]
应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。