一种led灯用发光塑料母粒的制备及其应用方法
【专利摘要】本发明涉及一种LED灯用发光塑料母粒的制备及其应用方法。通过使用聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸乙二醇脂(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中的一种，添加5-30PHR的荧光粉后制得所需的塑料母粒；塑料母粒可通过压塑、吹塑成型的方式，制成发光塑料片、发光塑料灯罩、发光塑料灯管。可应用于LED射灯、LED球泡灯、LED灯管的光转化单元。
【专利说明】一种LED灯用发光塑料母粒的制备及其应用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及高分子材料、无机发光材料和照明【技术领域】，涉及一种光转化材料制备及应用方法，特别是一种可调节不同荧光粉组份而制备出的发光塑料母粒，将450nm-470nm的蓝光通过光转化和光耦合发出白光的光转化材料，即LED灯用发光塑料母粒的制备及其应用方法。
【背景技术】
[0002]现代的LED发光二级管随着技术的进步，发光效率不断提高，然而荧光粉的发展制约了白光LED照明产业的发展。例如:荧光粉的光转化效率不足40%，其它则以热量形式散发；传统的LED封装，荧光粉与芯片无间隙的接触，热量无法散失，长时间使用后高温会导致LED芯片及荧光粉寿命的严重降低。特别是一些如硅酸盐基红色荧光粉、氯硅酸盐基绿色荧光粉的耐热性较差，长时间高温并与空气接触，必然会导致荧光粉的性能降低，影响LED照明的稳定性和使用寿命。
[0003]传统的白光LED封装，是将YAG荧光粉与有机硅胶混合后，均匀涂覆与LED芯片的表面，由于YAG荧光粉密度较高，容易沉积，导致了封装产品的色温变化较大；荧光粉较差的分散性，易于出现各个角度的色温不一致性。传统的白光LED封装，为了调节色温，多加入红色荧光粉及绿色荧光粉，由于各种荧光粉密度的不同，出现了混合不均匀的现象，理论上的色温与实际色温严重不符，以上荧光粉的缺陷都严重制约了 LED照明产品的发展。
[0004]有机高分子材料，如聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸乙二醇脂(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)其透光率较高，光线透过率最高可达到95%以上，而且成型工艺简单，可被制作成所需的各种形状和规格，且制成品厚度的可控性较好。加入荧光粉后，其荧光粉的分散性较好，制成的发光塑料片、发光塑料灯罩、发光塑料灯管可通过厚度的调整，控制LED照明器件的色温。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的第一个技术问题是:提供一种LED灯用发光塑料母粒的制备方法，使其不仅满足塑料母粒的各种加工要求和物理性能外，还要求可以被450-470nm蓝光激发，具有较高的透光率和光转化效率。
[0006]本发明要解决的第二个技术问题是:提供一种发光塑料母粒，其具有较好的阻燃性和一致性，其制备方法中具有较好的操作性和重复性。
[0007]本发明要解决的第三个技术问题是:提供这种LED灯用发光塑料母粒的应用领域及使用方法。
[0008]为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案实现:
[0009]一种适用于LED灯用发光塑料母粒的制备方法，按基体有机高分子塑料为100重量份，组成配比为:有机高分子塑料100PHR ;荧光粉5-30phR ;阻燃剂0.2-1.0PHR ;其它助剂(抗氧化剂/抗紫外剂)0.2-1.0PHR0[0010]其中有机高分子材料可使用聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸乙二醇脂(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中的任意一种为基体，都可满足本发明的目的。
[0011]其中所述荧光粉为YAG黄色荧光粉、硅酸盐基红色荧光粉、氯硅酸盐基绿色荧光粉、氮化物及氮氧化物红色荧光粉中的一种或多种。
[0012]其中阻燃剂为一种氟类聚合物阻燃剂，如高分子量的聚四氟乙烯。
[0013]其中所述其他助剂为亚磷酸类抗氧化剂及纳米氧化锌抗紫外剂。
[0014]一种LED灯用发光塑料母粒的制备方法，具体制备步骤如下:
[0015]1:按重量配比称取有机高分子塑料、荧光粉、阻燃剂及其它助剂；
[0016]2:将基体高分子塑料、阻燃剂及其它助剂投入双螺杆挤出机的加料口，荧光粉经侧喂口进料，溶融后挤出、造粒；
[0017]因有机高分子塑料基体的不同，加工工艺中温度区间有所不同:
[0018]a:聚碳酸酯(PC)加工工艺如下:双螺杆挤出机一区温度240_250°C，二区温度250-260 °C，三区温度260-270°C，四区温度270-275 °C，五区温度265-270 °C，六区温度270_280°C，模头温度为 275_280°C，压力为 2_2.5MPa0
[0019]b:聚对苯二甲酸乙二醇脂(PET)加工工艺如下:双螺杆挤出机一区温度260-265 °C，二区温度265-270 °C，三区温度270-275 °C，四区温度275_280°C，五区温度280-285°C，六区温度 285-290°C，模头温度为 290_295°C，压力为 2-2.5MPa。
[0020]c:聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)加工工艺如下:双螺杆挤出机一区温度170_175°C，二区温度175-180°C，三区温度180-185°C，四区温度185_190°C，五区温度190_195°C，六区温度195-200°C，模头温度为210-220°C，压力为35-100MPa。
[0021]本发明采用荧光粉侧喂料进料方法，此方法可解决荧光粉在发光塑料母粒中的分散问题，使得发光塑料母粒的透光率及发光效率得以改善。
[0022]本发明还涉及一种发光塑料母粒的使用方法:
[0023]制成的发光塑料母粒，根据添加荧光粉的不同，可分为红、黄、绿三种发光颜色。可单独使用黄色发光塑料母粒通过压塑、吹塑成型的方式，制成发光塑料器件；也可以用黄色与红色及绿色发光塑料母粒配合使用，通过压塑、吹塑成型工艺，制成发光塑料器件。发光塑料器件的色温，与本发明所制备的发光塑料母粒的添加比例有关。制成的发光塑料器件在LED芯片450-470nm的蓝光激发下，通过光转化与光耦合发出白光，它与LED芯片矩阵之间保持一定的距离，具有发光效率高，中间过程少，成品率高的优势。
【具体实施方式】
[0024]塑料母粒的制备
[0025]一种适用于LED灯用发光塑料母粒的制备方法，按基体有机高分子塑料为100重量份，组成配比为:有机高分子塑料100PHR ;突光粉5-30phR ;阻燃剂0.2-1.0PHR ;其它助剂(抗氧化剂/抗紫外剂)0.2-1.0PHR0
[0026]其中有机高分子材料可使用聚碳酸酯(PO、聚对苯二甲酸乙二醇脂(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中的任意一种为基体，都可满足本发明的目的。
[0027]其中所述荧光粉为YAG黄色荧光粉、硅酸盐基红色荧光粉、氯硅酸盐基绿色荧光粉、氮化物及氮氧化物红色荧光粉中的一种或几种。[0028]其中阻燃剂为一种氟类聚合物阻燃剂，如高分子量的聚四氟乙烯。
[0029]其中所述其它助剂为亚磷酸类抗氧化剂及纳米氧化锌抗紫外剂。
[0030]实例1:
[0031]按重量配比(PHR)称取以下原料:聚碳酸酯(PC) 100PHR ;阻燃剂0.3PHR ;YAG黄色荧光粉25PHR ;其它助剂0.4PHR。将聚碳酸酯、阻燃剂及其它助剂投入双螺杆挤出机的加料斗中；YAG黄色荧光粉经侧喂口进料，熔融后挤出、造粒。加工工艺如下:双螺杆挤出机一区温度240-250°C，二区温度250-260°C，三区温度260_270°C，四区温度270-275°C，五区温度265-270°C，六区温度 270-280°C，模头温度为 275_280°C，压力为 2-2.5MPa。
[0032]实例2:
[0033]按重量配比(PHR)称取以下原料:聚碳酸酯(PC) 100PHR ;阻燃剂0.3PHR ;YAG黄色荧光粉22PHR ;氮化物红色荧光粉3PHR ;其它助剂0.4PHR。将聚碳酸酯、阻燃剂及其它助剂投入双螺杆挤出机的加料斗中；YAG黄色荧光粉及氮化物红色荧光粉经侧喂口进料，熔融后挤出、造粒。加工工艺如下:双螺杆挤出机一区温度240-250°C，二区温度250-260°C，三区温度260-270°C，四区温度270-275°C，五区温度265_270°C，六区温度270_280°C，模头温度为 275_280°C，压力为 2_2.5MPa0
[0034]实例3
[0035]按重量配比(PHR)称取以下原料:聚碳酸酯(PC) 100PHR ;阻燃剂0.3PHR ；YAG黄色荧光粉22PHR ;硅酸盐基红色荧光粉3PHR ;其它助剂0.4PHR。将聚碳酸酯、阻燃剂及其它助剂投入双螺杆挤出机的加料斗中；YAG黄色荧光粉及硅酸盐基红色荧光粉混合后经侧喂口进料，熔融后挤出、造粒。加工工艺如下:双螺杆挤出机一区温度240-250°C，二区温度250-260°C，三区温度260-270°C，四区温度270-275°C，五区温度265_270°C，六区温度270_280°C，模头温度为 275_280°C，压力为 2_2.5MPa0
[0036]实例4
[0037]按重量配比(PHR)称取以下原料:聚碳酸酯(PC) 100PHR ;阻燃剂0.3PHR ;YAG黄色荧光粉20PHR ;氯硅酸盐基绿色荧光粉3PHR ;硅酸盐基红色荧光粉2PHR ;其它助剂0.4PHR。将聚碳酸酯、阻燃剂及其它助剂投入双螺杆挤出机的加料斗中；YAG黄色荧光粉、氯硅酸盐基绿色荧光粉及硅酸盐基红色荧光粉充分混合后经侧喂口进料，熔融后挤出，造粒。加工工艺如下:双螺杆挤出机一区温度240-250°C，二区温度250-260°C，三区温度260_270°C，四区温度270-275°C，五区温度265-270°C，六区温度270_280°C，模头温度为275_280°C，压力为 2-2.5MPa。
[0038]实例5
[0039]按重量配比(PHR)称取以下原料:聚碳酸酯(PC) 100PHR ;阻燃剂0.3PHR;硅酸盐基红色荧光粉25PHR ;其它助剂0.4PHR。将聚碳酸酯、阻燃剂及其它助剂投入双螺杆挤出机的加料斗中；硅酸盐基红色荧光粉经侧喂口进料，熔融后挤出，造粒。加工工艺如下:双螺杆挤出机一区温度240-250°C，二区温度250-260°C，三区温度260_270°C，四区温度270-275°C，五区温度265-270°C，六区温度270-280°C，模头温度为275_280°C，压力为2-2.5MPa ο
[0040]实例6
[0041]按重量配比(PHR)称取以下原料:聚碳酸酯(PC) 100PHR ;阻燃剂0.3PHR ;氮化物红色荧光粉25PHR ;其它助剂0.4PHR。将聚碳酸酯、阻燃剂及其它助剂投入双螺杆挤出机的加料斗中；氮化物红色荧光粉经侧喂口进料，熔融后挤出、造粒。加工工艺如下:双螺杆挤出机一区温度240-250°C，二区温度250-260°C，三区温度260_270°C，四区温度270-275°C，五区温度265-270°C，六区温度270-280°C，模头温度为275_280°C，压力为2-2.5MPa。
[0042]实例I
[0043]按重量配比(PHR)称取以下原料:聚碳酸酯(PC) 100PHR ;阻燃剂0.3PHR ;氯硅酸盐基绿色荧光粉25PHR ;其它助剂0.4PHR。将聚碳酸酯、阻燃剂及其它助剂投入双螺杆挤出机的加料斗中；氯硅酸盐基绿色荧光粉25PHR经侧喂口进料，熔融后挤出、造粒。加工工艺如下:双螺杆挤出机一区温度240-250°C，二区温度250-260°C，三区温度260_270°C，四区温度270-275°C，五区温度265-270°C，六区温度270_280°C，模头温度为275_280°C，压力为2-2.5MPa ο
[0044]实例8
[0045]按重量配比(PHR)称取以下原料:聚对苯二甲酸乙二醇脂(PET) 100PHR ;阻燃剂0.3PHR ；YAG黄色荧光粉15PHR ;其它助剂0.4PHR。将聚碳酸酯、阻燃剂及其它助剂投入双螺杆挤出机的加料斗中。YAG黄色荧光粉经侧喂口进料，熔融后挤出、造粒。加工工艺如下:双螺杆挤出机一区温度260-265°C，二区温度265-270°C，三区温度270-275°C，四区温度275-280°C，五区温度280-285°C，六区温度285_290°C，模头温度为290-295°C，压力为2-2.5MPa ο
[0046]实例9
[0047]按重量配比(PHR)称取以下原料:聚对苯二甲酸乙二醇脂(PET) 100PHR ;阻燃剂0.3PHR ;氮化物红色荧光粉15PHR ;其它助剂0.4PHR。将聚碳酸酯、阻燃剂及其它助剂投入双螺杆挤出机的加料斗中；氮化物红色荧光粉经侧喂口进料，熔融后挤出、造粒。加工工艺如下:双螺杆挤出机一区温度260-265°C，二区温度265-270°C，三区温度270_275°C，四区温度275-280°C，五区温度280-285°C，六区温度285_290°C，模头温度为290-295°C，压力为2-2.5MPa ο
[0048]实例10
[0049]按重量配比(PHR)称取以下原料:聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA) 100PHR ;阻燃剂0.3PHR ;氮化物红色荧光粉20PHR ;其它助剂0.4PHR。将聚碳酸酯、阻燃剂及其它助剂投入双螺杆挤出机的加料斗中；氮化物红色荧光粉经侧喂口进料，熔融后挤出、造粒。加工工艺如下:双螺杆挤出机一区温度170-175°C，二区温度175-180°C，三区温度180_185°C，四区温度185-190°C，五区温度190-195°C，六区温度195_200°C，模头温度为210_220°C，压力为70-75MPa。
[0050]实例11
[0051]按重量配比(PHR)称取以下原料:聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA) 100PHR ;阻燃剂
0.3PHR ;YAG黄色荧光粉20PHR ;其它助剂0.4PHR。将聚碳酸酯、阻燃剂及其它助剂投入双螺杆挤出机的加料斗中；YAG黄色荧光粉经侧喂口进料，熔融后挤出、造粒。加工工艺如下:双螺杆挤出机一区温度170-175°C，二区温度175-180°C，三区温度180_185°C，四区温度185-190°C，五区温度190-195°C，六区温度195-200°C，模头温度为210_220°C，压力为70-75MPa。[0052]本发明涉及的一种使用方法，以下仅以聚碳酸酯(PC)为基体制得的发光塑料母粒为例进行说明，采用PET、PMMA为基体制成的塑料母粒可根据PC例举的使用方法进行变动，但不脱离本发明专利的范畴。
[0053]将实例I制成的发光塑料母粒编号①；实例5制成的发光塑料母粒编号②；实例6制成的发光塑料母粒编号③；实例7制成的发光塑料母粒编号④。
[0054]实例12
[0055]称量发光塑料母粒①，在温度270°C下进行压塑成型，压力为5MPa，制成0.5mm厚的发光塑料片，或在温度270°C下进行吹塑成型，制成0.5mm厚的发光塑料灯罩及发光塑料灯管。通过457.5nm的蓝光芯片制成LED射灯、LED球泡灯、LED灯管后进行测试，其色温分别为4500K、4460K、4475K ;发光流明效率可达到110±51m/w。
[0056]实例I3
[0057]按质量百分比称量发光塑料母粒①95wt %、②5wt %，温度270 V下进行压塑成型，压力为5MPa，制成0.5mm厚的发光塑料片，或在温度270°C下进行吹塑成型，制成0.5mm厚的发光塑料灯罩及发光塑料灯管。通过457.5nm的蓝光芯片制成LED射灯、LED球泡灯、LED灯管后进行测试，其色温分别为3090K、3050K、3065K ;发光流明效率可达到95±51m/w。
[0058]实例14
[0059]按质量百分比称量发光塑料母粒①98wt%，发光塑料母粒③2wt%，温度270°C下进行压塑成型，压力为5MPa，制成0.5mm厚的发光塑料片，或在温度270°C下进行吹塑成型，制成0.5_厚的发光塑料灯罩及发光塑料灯管。通过457.5nm的蓝光芯片制成LED射灯、LED球泡灯、LED灯管后进行测试，其色温分别为2890K、2849K、2863K ;发光流明效率可达到105±51m/wo
[0060]实例I5
[0061 ] 按质量百分比称量发光塑料母粒①95wt % ；发光塑料母粒③3wt % ；发光塑料母粒④2wt%，温度270°C下进行压塑成型，压力为5MPa，制成0.5mm厚的发光塑料片，或在温度270°C下进行吹塑成型，制成0.5mm厚的发光塑料灯罩及发光塑料灯管。通过457.5nm的蓝光芯片制成LED射灯、LED球泡灯、LED灯管后进行测试，其色温分别为3300K、3270K、3290K。发光流明效率可达到100±51m/w。
[0062]上述的具体实施例是用来详细说明本发明的目的、特征及功效，对于熟悉此类技艺的人士而言，根据上述说明，可能对该具体实施例作部分变更及修改，其本质未脱离出本发明之精神范畴者，皆应包含在本案的申请专利范围内。
【权利要求】
1.本发明涉及一种LED灯用发光塑料母粒的制备方法，按基体有机高分子塑料为100重量份，组成配比为:有机高分子塑料100PHR ;荧光粉5-30PHR ;阻燃剂0.2-1.0PHR ;其他助剂(抗氧化剂/抗紫外剂)0.2-1.0PHR0
2.根据权利要求1所述:其中的荧光粉为YAG黄色荧光粉、硅酸盐基红色荧光粉、氯硅酸盐基绿色荧光粉、氮化物及氮氧化物红色荧光粉中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述:其中有机高分子材料可使用聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸乙二醇脂(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中的任意一种。
4.根据权利要求1所述:其中阻燃剂为一种氟类聚合物阻燃剂，如高分子量的聚四氟乙烯。
5.根据权利要求1所述:其中所述其它助剂为亚磷酸类抗氧化剂及纳米氧化锌抗紫外剂。
6.一种LED灯用塑料母粒的制备方法，包括步骤，其特征在于: 1)按重量配比称取有机高分子塑料、荧光粉、阻燃剂及其它助剂； 2)将基体高分子塑料、阻燃剂及其它助剂投入双螺杆挤出机的加料口，荧光粉经侧喂口进料，熔融后挤出、造粒； 因有机高分子塑料基体的不同，加工工艺中温度区间有所不同: a)聚碳酸酯(PC)加工工艺如下:双螺杆挤出机一区温度240-250°C，二区温度250-260 °C，三区温度260-270 °C，四区温度270-275 °C，五区温度265_270°C，六区温度270-280°C，模头温度为 275-280°C，压力为 2-2.5MPa ； b)聚对苯二甲酸乙二醇脂(PET)加工工艺如下:双螺杆挤出机一区温度260-265°C，二区温度265-270°C，三区温度270-275°C，四区温度275_280°C，五区温度280-285°C，六区温度 285-290°C，模头温度为 290-295°C，压力为 2-2.5MPa ； c)聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)加工工艺如下:双螺杆挤出机一区温度170-175°C，二区温度175-180°C，三区温度180-185°C，四区温度185_190°C，五区温度190_195°C，六区温度195-200°C，模头温度为 210-220°C，压力为 35-lOOMPa。
7.本文涉及LED灯用塑料母粒的使用方式，发光塑料母粒根据添加荧光粉的不同，可分为红、黄、绿三种发光塑料母粒。其特征在于可单独使用黄色发光塑料母粒，也可与红色和绿色发光塑料母粒配合使用，通过压塑、吹塑成型工艺制成发光塑料器件；制成的发光塑料器件在LED芯片450-470nm的蓝光激发下，通过光转化与光耦合发出白光。
8.根据权利要求7所述:其特征在于可单独使用黄色发光塑料母粒通过压塑、吹塑成型的方式，制成发光塑料器件，也可以使用黄色发光塑料母粒与红色和绿色发光塑料母粒配合通过压塑、吹塑成型工艺，制成发光塑料器件。
9.根据权利要求7所述:其特征在于制成的发光塑料器件在LED芯片450-470nm的蓝光激发下，通过光转化与光耦合发出白光；发光塑料器件与LED芯片矩阵之间保持一定的距离。
【文档编号】H01L33/48GK103887412SQ201210563007
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2012年12月24日 优先权日:2012年12月24日
【发明者】李 瑞, 邰亚强, 赵红娜 申请人:李 瑞