專利名稱：照明顯示用納米硅改性有機玻璃光散射材料及制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及無機物摻雜的聚合物光學材料及其制備，屬于納米復合光學材料領域。
背景技術：
根據(jù)光散射的電磁學理論，當光線通過固態(tài)或液態(tài)媒質(zhì)時，如媒質(zhì)中極化率不均勻，就會產(chǎn)生光散射現(xiàn)象。而物質(zhì)的極化率與其折射率成比例，也就是說當媒質(zhì)中存在折射率不均勻分布時就會發(fā)生光散射。造成折射率不均勻的原因可以是媒質(zhì)本身的密度漲落，也可以是混有折射率不同的微粒散射點。日本專利JP04 59,854公開了一種基質(zhì)為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，散射體為具有一定粒徑分布的無機微粒，例如氧化鋅(ZnO)，碳酸鈣(CaCO3)，沸石等的光漫反射紙張的制備方法。當組分配比為粒徑是0.5μm的ZnO0.2份，粒徑為0.5μm的CaCO31.5份和100份的PMMA進行直接共混制備出光散射材料，由于透明度較低，僅適用于照明，指示牌等場合。
納米SiO2摻雜有機玻璃材料是20世紀80年代末期隨著納米技術的興起而發(fā)展起來的新型復合材料的一種。目前它還局限于實驗研究階段?！稇没瘜W》2002年第九期報道了張啟衛(wèi)等的工作，采用溶膠-凝膠技術，文章認為它的有機/無機兩相間的相溶性好，不產(chǎn)生相分離，材料透明，透光率可達80％左右。一般認為這樣制備的材料僅限于改性原有機玻璃表面，通過涂層增強有機玻璃的硬度和耐熱性?！豆こ趟芰蠎谩?994，22(5)47；《高分子材料學與工程》1999，15(1)，108以及《功能材料》1995，26(6)，510報道了有關硅摻雜的工作，樣品制備采用本體聚合法，SiO2表面處理劑的使用并沒使納米顆粒的分散均勻性有較大改善。中國專利01115311.3公開了《制備納米SiO2改性塑料光纖的方法》，MMA單體與硅氧烷類化合物之比為5∶1-50∶1，加入總量0.1-1％的偶氮類或過氧化物類引發(fā)劑及0.03-0.2％的硫醇類鏈轉(zhuǎn)移劑，得到機械性能，光學性能均有提高的納米SiO2改性PMMA光纖材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于改性PMMA的光學特性，使其成為光散射材料。通過對納米SiO2顆粒尺寸及PMMA前驅(qū)體組分比例的控制，使復合材料性能均勻散射各種波長的光，用作照明、顯示光散射材料不僅可以增強本體亮度且給人以良好的視覺感受。
本發(fā)明的目的可通過如下措施來達到一種納米硅改性有機玻璃光散射材料的制備方法，包括依次進行的如下步驟1、按所針對的光波波長，在下列組分含量范圍內(nèi)調(diào)整各組分重量百分比含量，并按調(diào)整好的配方備料；組分 重量百分比甲基丙烯酸甲酯MMA 86.0-98.5過氧酸苯甲酰BPO0.1-0.3納米SiO2粉0.1-3.0增塑劑鄰苯二甲酸丁酯 1.0-10.0防老劑UV9或49 0.1-0.52、將步驟1組分中MMA單體，按計算投料量取出20％，加入MMA計算投料量0.1-3.0％重量百分量的SiO2納米粉，在0℃-45℃下進行高頻超聲波振蕩混合，至全部SiO2懸浮，且MMA呈乳白色，半透明液體為止；3、將步驟2所得液體，與另外80％重量的MMA混勻，加入步驟1用作引發(fā)劑的過氧化苯甲酰，用作增塑的鄰苯二甲酸二丁酯和用作抗老化劑的UV-9或49，混勻后真空脫氧至乳白色，半透明液為止；將混合液在90℃下，25分鐘預聚合；4、將步驟3得到的預聚物冷卻至室溫，灌漿入模具中；在水浴中25-100℃不同溫區(qū)，不同耗時下聚合累計24-72小時。
步驟1中添加的納米SiO2粉的粒徑可以在20nm到600nm之間。也可以在步驟3中加入油溶性透明顏料，預聚后得到有色的預聚物。
本發(fā)明在PMMA中摻雜的納米SiO2顆粒，聚合中并未發(fā)生交聯(lián)反應，材料結(jié)構中納米SiO2均勻分散在PMMA連續(xù)體中，并未改變母體材料原有的化學結(jié)構和基本物理性質(zhì)，納米SiO2顆粒作為散射點，當它的尺寸大于光的波長時，形成散射光的互相干涉，表現(xiàn)出各種向異性，將傳統(tǒng)PMMA改性成光散射材料，一般認為SiO2和PMMA連續(xù)介質(zhì)間有一定的物理親合力，或稱范德瓦爾力。
本發(fā)明選用了20-600nm粒徑的不同SiO2粉以及控制摻雜量在0.1-3.0％，從而控制對不同波長光線的光散射強度。
傳統(tǒng)PMMA與摻雜納米SiO2的PMMA的光學透過率的比較，是摻雜材料用在光學領域的首選指標，

圖1中給出了在可見光范圍(400-700nm)光學透過率曲線，傳統(tǒng)PMMA在90％左右，而摻雜SiO2納米顆粒的PMMA其光譜透過率隨波長趨短而略有降低，然而這正是納米SiO2顆粒對光的散射的結(jié)果，光波長愈接近SiO2納米顆粒尺寸，散射愈強。
通過PMMA板材幾個物理參數(shù)的測定，如表1所示出，傳統(tǒng)板與摻雜板在密度、折射率，熱膨脹系數(shù)，拉伸彈性模數(shù)，彎曲特性兩者相差不大。
表1幾種物性測試數(shù)據(jù) 四、附圖的圖面說明圖1是光學透過率曲線圖，圖中①為傳統(tǒng)有機玻璃，②為摻雜200nm SiO2納米顆粒的有機玻璃。
五、具體實施例
實施例120mm厚Si改性板材的制備組分 重量百分比甲基丙烯酸甲酯 94.45過氧化苯甲酰 0.15納米SiO2粉(200nm粒徑) 0.2鄰苯二甲酸二丁酯 5.0UV9 0.2按上述配料比，先將SiO2粉通過高頻超聲波振蕩均勻分散在MMA單體中，然后加入引發(fā)劑、增塑劑、防老劑混勻，真空脫氣至無氣泡為止，90℃下預聚合25分鐘，冷卻至室溫，然后將該預聚物澆灌入模具中，在水浴中按下列溫區(qū)，耗時進行聚合25-40℃，36小時；40-60℃，20小時；60-70℃，4小時；70-80℃，2小時；80-90℃，1小時；90-100℃，0.5小時。
實施例2Φ45m/m棒材組分 重量百分比甲基丙烯酸甲酯 91.05過氧化苯甲酰0.15納米SiO2粉(100nm粒徑) 0.3鄰苯二甲酸二丁酯8.0UV-49 0.5SiO2分散、脫氧、預聚同實施例1在水浴中按下列溫區(qū)，耗時進行聚合25-30℃，48小時；30-40℃，24小時40-60℃，12小時；60-80℃，12小時；80-90℃，2小時。
實施例315mm厚紅色板材組分 重量百分比甲基丙烯酸甲酯 98.05過氧化苯甲酰0.2
納米SiO2粉(600nm粒徑) 0.25鄰苯二甲酸二丁酯1.0UV-49 0.4紅色油溶性顏料 0.3SiO2分散、脫氧、預聚同實施例1，在水浴中按下列溫區(qū)，耗時進行聚合40-50℃，36小時；50-60℃，12小時；60-80℃，10小時；80-100℃，10小時。
實施例45mm厚板材組分 重量百分比甲基丙烯酸甲酯 88.35過氧化苯甲酰0.3納米SiO2粉(50nm粒徑) 2.0鄰苯二甲酸二丁酯9.0UV-90.1透明綠色油溶顏料0.25SiO2分散、脫氧、預聚同實施例1，在水浴中按下列溫區(qū)，耗時進行聚合45-55℃，20小時；55-75℃，10小時；75-90℃，5小時。
實施例51mm厚板材組分 重量百分比甲基丙烯酸甲酯 86.0過氧化苯甲酰0.3納米SiO2粉(20nm粒徑) 3.0鄰苯二甲酸二丁酯10.0UV-90.5蘭色油溶性顏料 0.2SiO2分散、脫氧、預聚同實施例1，在水浴中按下列溫區(qū)，耗時進行聚合50-60℃，2小時；60-85℃，12小時。
權利要求
1.一種納米硅改性有機玻璃光散射材料及制備方法，其特征在于依次包括以下步驟步驟一按所針對的光波波長，在下列組分含量范圍內(nèi)調(diào)整各組分重量百分比含量，并按調(diào)整好的配方備料組分 重量百分比甲基丙烯酸甲酯MMA 86.0-98.5過氧化苯甲酰 0.1-0.3納米SiO2粉0.1-3.0增塑劑鄰苯二甲酸二丁酯 1.0-10.0防老劑UV9或49 0.1-0.5步驟二將步驟一組分中MMA單體，按計算投料量取出20％，加入MMA計算投料量0.1-3.0％重量百分量的SiO2納米粉，在0℃-45℃下進行高頻超聲波振蕩混合，至全部SiO2懸浮，且MMA呈乳白色，半透明液體為止；步驟三將步驟二所得液體，與另外80％重量的MMA混勻，加入步驟一用作引發(fā)劑的過氧化苯甲酰，用作增塑劑的鄰苯二甲酸二丁酯和用作抗老化劑的UV-9或49混勻，真空脫氣至無氣泡為止；步驟四將步驟三得到的前驅(qū)物，在90℃下，預聚合25分鐘，冷卻至室溫；步驟五將步驟四得到的予聚物澆灌入模具中，在25℃-100℃下水浴中不同溫區(qū)，不同耗時累計聚合24-100小時，得到SiO2改性有機玻璃光散射材料。
2.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于所述納米SiO2粉的粒徑在20nm到600nm之間。
3.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于可在步驟三中加入油溶性透明顏料，預聚后得到有色的預聚物。
4.一種按權利要求1、2或3的方法制備的有機玻璃光散射材料。
全文摘要
本發(fā)明提供一種納米硅改性有機玻璃光散射材料及制備方法。該材料各組分重量百分含量是MMA 86.0－98.5％，SiO
文檔編號G02B1/04GK1539878SQ0312763
公開日2004年10月27日 申請日期2003年7月17日 優(yōu)先權日2003年7月17日
發(fā)明者王平, 尤克, 徐邁, 王巖, 蔡治國, 王 平 申請人:長春市恩特爾新型材料有限責任公司