一种高耐热发泡光扩散板材及其制备方法和应用与流程

本发明涉及光扩散材料，尤其涉及一种高耐热发泡光扩散板材及其制备方法和应用。

背景技术：

1、光扩散材料是能够使光通过而又能有效扩散光的材料，它能将点、线光源转化成线、面光源，散射角大，导光性好，透光均匀。因而广泛应用在液晶显示与led照明及成像显示系统中。它的主要功能是使入射光充分散射，实现更柔和、均匀的照射效果。光扩散材料一般以透明树脂为基体，通过添加一定比例的光扩散剂和其他助剂而制成。常用的透明基材有聚碳酸酯(pc)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚苯乙烯(gpps)和聚丙烯(pp)等。

2、目前液晶显示领域所使用的光扩散材料多为pmma或gpps扩散板，从成本的角度出发，gpps材料为经济实用的首选。随着产品的升级，对gpps光扩散板材的性能也有了更高的要求，例如为了满足便携、轻巧的要求，使用发泡技术能够实现轻便的效果。但发泡后，材料具有耐老化差、透度雾度不稳定的缺陷，虽然可以通过加入光扩散剂改善，但改善的效果有限，并且gpps材料的匀光性较差，加入过量光扩散剂对材料透度又影响较大；并且gpps材料本身的耐热性能较差，产品长时间使用有风险。虽然可以在gpps光扩散板材的上下表面各复合一层保护层，但是发泡后的光扩散板材基材与保护层的粘合强度会变差。而且，目前的gpps光扩散板材生产时，发泡剂直接加入挤出机中，挤出机温区温度通常不稳定，若挤出机螺杆温度较高，多数发泡剂分解产生气体的温度均在挤出温度以下，因此多数情况下发泡剂还未完全分散就已经产生气体，从而造成局部气泡过多发生熔体破裂，发泡板材泡孔直径分布不均，泡孔数量较少，板材易脆断的问题，同时也有可能造成板材发黄，若挤出机螺杆温度过低，则熔体塑化不足，也会产生气泡破裂，发泡剂发泡效率也会降低。因此，需要开发出一种既能满足耐热需求，又不影响现有gpps光扩散板体系的高耐热发泡光扩散板材。

技术实现思路

1、基于现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种高耐热发泡光扩散板材及其制备方法和应用，该高耐热发泡光扩散板材的gpps发泡扩散层使用发泡剂预制母粒的方式，解决了gpps树脂熔体强度低造成的发泡不均匀以及气泡因熔体挤压堆积在层与层之间的界面的问题；保护层采用gpps树脂为基材，与gpps发泡扩散层的粘合度较好，同时引入富马酸酐化学接枝ppo，富马酸酐化学接枝ppo的热变形温度高达150℃且富马酸酐化学接枝ppo与gpps树脂相容性较好，富马酸酐化学接枝ppo的引入能极大提高gpps保护层的耐热性能，并且在材料雾度显著上升的情况下对透度影响不大。

2、本发明为了实现上述目的，采用以下技术方案：

3、本发明提供的一种高耐热发泡光扩散板材，其包括gpps发泡扩散层以及位于所述gpps发泡扩散层上下表面的保护层，所述gpps发泡扩散层由以下重量份的组分制备而成：97-99份gpps树脂，0.5-2份发泡剂母粒，0.2-1份光扩散剂；

4、所述保护层由以下重量份的组分制备而成：80-95份gpps树脂，5-20份富马酸酐化学接枝ppo，0.02-1份耐候剂。

5、本发明的gpps发泡扩散层使用发泡剂预制母粒的方式，发泡剂母粒与树脂混合后加入挤出机中，发泡剂母粒在树脂中逐步产生气泡，发泡均匀，熔体强度稳定，制造出的板材孔径分布小，分散均匀，韧性较好，并且不会因局部温度过高产生分解发黄的现象解决了gpps树脂熔体强度低造成的发泡不均匀以及气泡因熔体挤压堆积在层与层之间的界面的问题；本发明的保护层采用gpps树脂为基材，与gpps发泡扩散层的粘合度较好，同时引入富马酸酐化学接枝ppo，富马酸酐化学接枝ppo的热变形温度高达150℃，富马酸酐化学接枝ppo的引入显著提高了保护层的热变形温度，能极大提高gpps保护层的耐热性能，且富马酸酐化学接枝ppo与gpps树脂相容性较好，基本是互溶的，显著提高了保护层与gpps发泡扩散层之间的粘合度；本发明的保护层主要由gpps树脂、富马酸酐化学接枝ppo组成，两者共混后形成的保护层对gpps发泡扩散层的透度影响较小，并且还能够显著提升材料的雾度，有利于光扩散板整体的匀光性。

6、作为本发明上述方案的进一步改进，所述gpps树脂的折射率为1.58-1.60，所述富马酸酐化学接枝ppo的折射率为1.57-1.59。gpps树脂与富马酸酐化学接枝ppo的折射率相近，使得制备出的保护层对材料透度影响较小。

7、作为本发明上述方案的进一步改进，所述gpps树脂在200℃、5kg的条件下的熔体质量流动速率≤6g/10min。由于发泡剂预制母粒，有利于gpps树脂的选用。更优选地，所述gpps树脂在200℃、5kg条件下的熔体质量流动速率≤3g/10min。较低地熔体质量流动速率意味着更高地熔体强度，更好地保证了发泡地均匀性。更优选地，所述gpps树脂的热变形温度在0.45mpa的条件下超过90℃。

8、作为本发明上述方案的进一步改进，所述gpps发泡扩散层、所述保护层均还包括以下重量份的组分：0-0.5份其他助剂；所述其余助剂包括润滑剂和抗氧剂。优选地，所述润滑剂为硬脂酸盐、pe蜡、聚硅氧烷、乙撑双脂肪酸酰胺中的至少一种，所述抗氧剂为耐高温耐水解亚磷酸脂类抗氧剂。更优选地，所述润滑剂为具有较高的分解温度的硬脂酸酯类润滑剂或乙撑双脂肪酸酰胺，对于gpps树脂的透度影响较小，减少螺杆内部物料的剪切，对于光扩散剂起到很好的分散效果。

9、作为本发明上述方案的进一步改进，所述发泡剂母粒由以下重量份的组分制备而成：80-90份发泡剂，10-20份分散剂，0.1份抗氧剂。优选地，所述发泡剂母粒中，所述分散剂使用脂肪酸聚乙二醇酯，其熔点为66℃，所述抗氧剂使用耐高温耐水解亚磷酸脂类抗氧剂。

10、作为本发明上述方案的进一步改进，所述发泡剂母粒的制备过程为：将发泡剂、分散剂、抗氧剂按比例加入密炼机中熔融密炼，再通过挤出机造粒得到所述发泡剂母粒。优选地，所述密炼的温度为80℃且从密炼机中熔融共混后挤出的温度为100-120℃；既能使得分散剂熔融起到分散承载发泡剂的作用，又能使得发泡剂不熔融分解，防止发泡剂提前作用降低发泡效果。

11、和/或，所述光扩散剂为纳米硫酸钡、有机硅、二氧化硅中的至少一种。优选地，所述光扩散剂的粒径为0.1-5μm。更优选地，所述gpps发泡扩散层中，所述光扩散剂的重量份数计为0.3-0.5份。光扩散剂粒径较低时，扩散效果较好，但对板材透度的影响较大，粒径较大则会降低光扩散效果；由于本发明引入富马酸酐化学接枝ppo在一定程度上会提高材料的雾度，并且材料发泡后雾度也有所上升，因此可以选用粒径较小的光扩散剂，并且添加量可以适当减少。

12、作为本发明上述方案的进一步改进，所述发泡剂为偶氮类发泡剂、磺酰肼类发泡剂、亚硝基类发泡剂、碳酸氢盐类发泡剂中的至少一种。优选地，所述发泡剂为偶氮类发泡剂，其分解温度为180℃-220℃，契合gpps的加工温度，能够增加发泡效率和发泡均匀性。

13、作为本发明上述方案的进一步改进，所述耐候剂包括受阻胺类光稳定剂和/或紫外吸收剂。优选地，所述耐候剂包括受阻胺类光稳定剂和紫外吸收剂，所述受阻胺类光稳定剂与紫外吸收剂比例为1:(0.5-1.5)。更优选地，所述受阻胺类光稳定剂与紫外吸收剂比例为1:1。

14、作为本发明上述方案的进一步改进，所述受阻胺类光稳定剂包括但不限于hals944、hals770中的一种或两种的组合。优选地，所述紫外吸收剂为苯并三唑类光稳定剂，苯并三唑类光稳定剂包括但不限于2-(2'-羟基-5'-甲基苯基)苯并三唑和/或2-(2'-羟基-3',5'双(a,a-二甲基苄基)苯基)苯并三唑。

15、作为本发明上述方案的进一步改进，所述gpps发泡扩散层中，所述耐候剂的重量份数计为0.06份。

16、作为本发明上述方案的进一步改进，所述gpps发泡扩散层与所述保护层的厚度比为1：0.10-0.30。

17、本发明提出的一种如前所述的高耐热发泡光扩散板材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将所述gpps发泡扩散层的各组分原料和所述保护层的各组分原料分别按比例混合均匀后，从不同的加料口加入到共挤挤出机中，经熔融挤出后，即得所述高耐热发泡光扩散板材。所述挤出机为单螺杆挤出机或者双螺杆挤出机，挤出机温度为180-220℃，螺杆转速为200-500rpm。

18、本发明提出的一种如前所述的高耐热发泡光扩散板材在背光源显示装置中的应用。

19、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

20、1.本发明的gpps发泡扩散层使用发泡剂预制母粒的方式，发泡剂母粒与树脂混合后加入挤出机中，发泡剂母粒在树脂中逐步产生气泡，发泡均匀，熔体强度稳定，制造出的板材孔径分布小，分散均匀，韧性较好，并且不会因局部温度过高产生分解发黄的现象，解决了gpps树脂熔体强度低造成的发泡不均匀以及气泡因熔体挤压堆积在层与层之间的界面的问题。

21、2.本发明的保护层采用gpps树脂为基材，与gpps发泡扩散层的粘合度较好，同时引入富马酸酐化学接枝ppo，富马酸酐化学接枝ppo的热变形温度高达150℃，富马酸酐化学接枝ppo的引入显著提高了保护层的热变形温度，能极大提高gpps保护层的耐热性能，且富马酸酐化学接枝ppo与gpps树脂相容性较好，基本是互溶的，显著提高了保护层与gpps发泡扩散层之间的粘合度；本发明的保护层主要由gpps树脂、富马酸酐化学接枝ppo组成，两者共混后形成的保护层对gpps发泡扩散层的透度影响较小，并且还能够显著提升材料的雾度，减少了光扩散剂的使用，有利于光扩散板整体的匀光性。

22、3.本发明的光扩散板材料具有大于40％的透光率，雾度大于90％，gpps发泡扩散层、保护层均采用gpps树脂作为基体，粘合度较好，并且在控制成本的前提下解决传统gpps光扩散板耐热较差，寿命较短的问题。