本發(fā)明涉及光擴散聚碳酸酯(PC)材料領(lǐng)域，具體是一種耐候阻燃可用于室外燈罩的光擴散PC材料，以及該光擴散PC材料的制備方法。
背景技術(shù)：
當今世界節(jié)能降耗、保護環(huán)境依然是不變的主題。隨著LED燈節(jié)能的優(yōu)勢凸顯，LED燈的應(yīng)用范圍也愈發(fā)廣泛，由傳統(tǒng)的室內(nèi)照明逐漸向室外照明靠攏。這就要求作為燈罩用料的光擴散PC具有更全面的性能，尤其是在耐候性方面。
光擴散PC是以透明PC為基材，添加一定比列光擴散劑以及其它助劑經(jīng)過特殊工藝聚合而成的一種透光而不透明的光擴散材料，它具有PC天生的優(yōu)異性能，但是它需要保持光學性能，才能滿足在LED燈上的使用。因此，各種助劑的添加都需要以保持透光率為前提，這就使得光擴散PC在耐候、阻燃、調(diào)色等方面的改性存在一定的局限性。
首先，隨著LED照明行業(yè)的發(fā)展，LED燈具的安全使用標準不斷完善，對于作為燈罩材料的要求也不斷提高，比如對其阻燃性能的要求。另外，隨著LED照明的普及，LED燈的價格也越來越大眾化，從而使得LED燈罩越做越薄，這就要求作為燈罩材料的光擴散PC不僅要有薄壁的韌性，同時還必需具有薄壁的阻燃性。解決韌性和阻燃性的途徑，就是添加更多的增韌劑和阻燃劑，可是增韌劑和阻燃劑用量的增加，會明顯降低產(chǎn)品的透光率，使產(chǎn)品無法滿足光學要求。這就要求使用更加高效的增韌劑和阻燃劑，或者使用兼具二者功能的新型助劑。
其次，PC中存在雙鍵和酯基，雙鍵會使得PC在光老化方面表現(xiàn)較差，而酯基又會使其不耐水解，遇水易發(fā)生降解老化，使得PC在耐候方面存在著天生的缺陷。因此，為了使光擴散PC適應(yīng)室外環(huán)境，并能長期使用，需要對其進行抗老化和耐水解的改性，使其更能適用室外環(huán)境。但是耐水解劑及抗UV劑的加入，會使得產(chǎn)品顏色偏黃，無法滿足消費者的使用要求，需要添加顏料用以改善產(chǎn)品的顏色，使產(chǎn)品外觀呈現(xiàn)乳白色，或者藍白色。然而，顏料的添加又會對產(chǎn)品的光學性能，尤其是透光率，產(chǎn)生影響。
基于上述原因，現(xiàn)有市場上的光擴散PC無法滿足室外燈罩關(guān)于耐候性、阻燃性、透光率的要求。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明旨在提供一種耐候阻燃可用于室外燈罩的光擴散PC及其制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的光擴散PC易老化，耐侯性能不好，阻燃性不足，不能同時滿足燈具顏色和透光率之間的平衡的問題。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體方案如下：
一種耐候阻燃可用于室外燈罩的光擴散PC：包括以下重量百分比的組分：
PC 81.25～90.17％
增韌劑 5～15％
光擴散劑 0.8％
阻燃劑 1.5～2.5％
協(xié)效阻燃劑 0.4～0.6％
耐水解劑 0.1～0.5％
抗UV劑 0.1～0.5％
顏料 0.03～0.05％
抗氧劑 0.3％
分散劑 0.3％。
進一步的，所述的一種耐候阻燃可用于室外燈罩的光擴散PC，包括以下重量百分比的組分：
PC 81.25～89.55％
增韌劑 5～15％
光擴散劑 0.8％
阻燃劑 1.5～2.5％
協(xié)效阻燃劑 0.4～0.6％
耐水解劑 0.2～0.5％
抗UV劑 0.2～0.5％
顏料 0.03～0.05％
抗氧劑 0.3％
分散劑 0.3％。
進一步的，所述PC是相對密度為1.20，在300℃、負載1.2Kg下，熔體流動指數(shù)為5～10g/10min之間的一種或多種。
進一步的，所述增韌劑為含氟碳酸酯聚氨酯彈性體，它是一種多功能助劑，具有增韌及阻燃作用。所述光擴散劑為有機硅類和/或丙烯酸酯類。
進一步的，所述含氟碳酸酯聚氨酯彈性體的合成過程是(見圖1)：
化合物1的制備：
1)稱量2g雙酚A于40mL二氯甲烷中，再向其中加入酯交換催化劑固體0.016g，所述酯交換催化劑為NaOH、KOH、NaOCH3、有機堿中的一種或多種；
2)稱量1.87g碳酸二苯酯于20mL二氯甲烷中在室溫攪拌的條件下緩慢的加入到1)中，40℃下反應(yīng)72小時；反應(yīng)結(jié)束后，將其過濾，將所得固體用適量的乙醚洗滌，所得濾液用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀減壓蒸餾得到固體，將所得固體再用15mL乙醚萃取3次，合并所有的固體，即得化合物1(見圖1標示1)；
化合物2的制備：稱取10g羥基硅油，逐滴加入0.88g異氰酸酯80℃下，反應(yīng)8小時；所述異氰酸酯為TDI、MDI、HDI中的一種或多種；反應(yīng)結(jié)束后，產(chǎn)物嚴格無水保存，即得化合物2(見圖1標示2)；
化合物3的制備：
1)稱取1.5g化合物1，加入50mL三氯甲烷，充分溶解，并采用氬氣保護，充分除水；
2)在無水條件下稱取0.46g化合物2，逐滴加入化合物1的溶液中，在氬氣保護下，在40℃下，反應(yīng)24小時；反應(yīng)結(jié)束后，利用甲醇沉淀目標產(chǎn)物，將所得固體用適量的乙醇洗滌，所得濾液用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀減壓蒸餾得到固體，將所得固體再用15mL乙醚萃取3次，合并所有的固體，即得化合物3(見圖1標示3)；
化合物4的制備：
1)稱取2g化合物3，加入三氯甲烷50mL，充分溶解，并采用氬氣保護，充分除水；
2)在無水條件下稱取0.6g全氟丁基磺酰氟，逐滴加入化合物1的溶液中，在氬氣保護下，在40℃下，反應(yīng)24小時；反應(yīng)結(jié)束后，利用甲醇沉淀目標產(chǎn)物，將所得固體用適量的乙醇洗滌，所得濾液用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀減壓蒸餾得到固體，將所得固體再用15mL乙醚萃取3次，合并所有的固體，即得化合物4(見圖1標示4)；
所述化合物4即為含氟碳酸酯聚氨酯彈性體。
本發(fā)明的含氟碳酸酯聚氨酯彈性體是一種多功能助劑，其利用碳酸酯鏈段作為硬段，利用有機硅鏈段作為軟段，實現(xiàn)彈性體增韌的基本性能，而且能保持產(chǎn)品的透光率。同時，由于氟端基和有機硅的協(xié)同效應(yīng)，可以有效提高含氟碳酸酯聚氨酯彈性體的阻燃效率，起到協(xié)效阻燃的作用，有助于提高本發(fā)明產(chǎn)品的阻燃效果。
進一步的，所述阻燃劑為有機硅類阻燃劑，對產(chǎn)品的透光率影響較小，可以增大阻燃劑的使用量，使得薄壁阻燃更容易達標。
進一步的，所述協(xié)效阻燃劑為磺酸鹽類協(xié)效阻燃劑。
進一步的，所述耐水解劑為聚碳化二亞胺類耐水解劑和/或單碳化二亞胺；
任選的，所述抗UV劑為氰特5411和/或克萊恩B-CAP中。
進一步的，所述顏料為白炭黑或鈦白粉，在調(diào)整產(chǎn)品初始顏色的同時，還有一定的耐候作用，可以提高本發(fā)明產(chǎn)品的耐候性能。
進一步的，所述抗氧劑為抗氧劑1076、抗氧劑168、抗氧劑1010中的一種或兩種；
任選的，所述分散劑為PETS和/或EBS。
其中，對于以上各組分用量的限定：
本發(fā)明PC用量是基于生產(chǎn)成本和光學、阻燃、耐候等產(chǎn)品性能的綜合考慮進行限定的，當PC的值低于81.25％或者高于90.17％時，都無法與其他功能性助劑配合，達到本發(fā)明在確保光學性能的前提下，提高產(chǎn)品耐候阻燃性能的技術(shù)效果。
本發(fā)明所采用的增韌劑是一種多功能助劑，具有增韌及阻燃作用，其使用目的在于增大產(chǎn)品的韌性，以提高產(chǎn)品的彈性和阻燃效率。本發(fā)明對增韌劑用量的限定主要出于以下兩點考慮：(1)在滿足產(chǎn)品性能要求的前提下，盡可能地減少使用量，以降低生產(chǎn)成本；(2)增韌劑的用量會影響產(chǎn)品光學性能，當增韌劑的用量增加時，會對產(chǎn)品的光束角有協(xié)同增大效果，降低產(chǎn)品的透光率。因此，本發(fā)明限定增韌劑的最低用量為5％，以確保產(chǎn)品具有足夠的韌性和阻燃效率；限定增韌劑的最大用量為15％，以控制生產(chǎn)成本，并盡可能地降低光束角，提高產(chǎn)品的透光率。
本發(fā)明光擴散劑的使用目的在于增加光的散射和透射，在遮住LED燈刺眼光源的同時，使光線更加柔和、美觀，達到透光不透明的舒適效果。為達到此效果，本發(fā)明光擴散劑的最低用量為0.8％。另外，光擴散劑的用量還受到增韌劑和阻燃劑用量的影響，因為增韌劑和阻燃劑都含有硅成分，會對產(chǎn)品的光束角產(chǎn)生增大作用，降低產(chǎn)品的透光率。本發(fā)明的目的在于，滿足較高透光率的同時盡可能地提高阻燃效果，需要盡可能地增大阻燃劑的用量，而產(chǎn)品的透光率就隨之下降了，需要減少光擴散劑的用量，以確保產(chǎn)品的透光率滿足要求。因此，本發(fā)明光擴散劑的用量為0.8％。
阻燃劑、協(xié)效阻燃劑可以使聚合物具有阻燃性，室外用燈需要更大的功率，使得燈具的發(fā)熱量增大，對燈罩產(chǎn)品的防火等級便有了更高的要求，要求達到V0。因此，阻燃劑、協(xié)效阻燃劑對于本發(fā)明是必不可少的，而且，在阻燃劑最低使用量為1.5％、協(xié)效阻燃劑最低使用量為0.4％時，才能達到V0的防火等級要求。但是，阻燃劑的使用會增大產(chǎn)品的光束角，降低產(chǎn)品的透光率，為了保證產(chǎn)品的光學性能，本發(fā)明對阻燃劑的用量不能超過2.5％。協(xié)效阻燃劑是配合阻燃劑的用量進行添加的，因此，與阻燃劑的限量相對應(yīng)的，協(xié)效阻燃劑的用量不能超過0.6％。
耐水解劑的作用在于抗水解，可以抵抗化學腐蝕，提高產(chǎn)品的使用壽命；而抗UV劑可以使產(chǎn)品有效屏蔽紫外線輻射。室外LED燈要求燈罩的材料可以在日曬、雨淋等比較惡劣的環(huán)境使用，因此，本發(fā)明必需添加耐水解劑、抗UV劑以提高產(chǎn)品的耐候性能，而且，經(jīng)過大量實驗反復測定，在耐水解劑和抗UV劑的最少使用量分別達到0.1％時，本發(fā)明的產(chǎn)品才會有較好的耐候性。
然而，上述耐水解劑和抗UV劑的加入會使產(chǎn)品的顏色發(fā)黃，無法滿足消費者的使用要求，需要在本發(fā)明的配方中加入至少0.03％的顏料，以調(diào)整本發(fā)明產(chǎn)品的顏色，使產(chǎn)品的光線變得藍白或乳白。但是，顏料的添加會大大降低產(chǎn)品的透光率，所以需要嚴格控制顏料的用量，最高不得超過0.05％，以達到本發(fā)明產(chǎn)品顏色和透光率的平衡。
另外，為了盡可能地降低產(chǎn)品顏色發(fā)黃的程度，以減少顏料的用量，提高產(chǎn)品的透光率，本發(fā)明需要在確保良好抗UV效果的前提下，盡量減少會使產(chǎn)品顏色發(fā)黃的耐水解劑和抗UV劑的用量，因此，耐水解劑和抗UV劑的最大用量分別為0.5％。
本發(fā)明抗氧劑的使用目的在于延緩或抑制聚合物氧化過程的進行，從而阻止聚合物的老化并延長其使用壽命；而分散劑的使用目的在于提高和改善固體或液體物料分散性能，保持分散體系的相對穩(wěn)定。但是，抗氧劑與分散劑屬于加工保護助劑，它們都屬于低熔點物質(zhì)，在預生產(chǎn)時需要經(jīng)過高速攪拌機的混合，會因摩擦產(chǎn)生大量的熱，使其產(chǎn)生熔化，而導致物料結(jié)塊，影響正常的連續(xù)生產(chǎn)。因此，本發(fā)明將抗氧劑與分散劑的用量限定為0.3％，既能發(fā)揮這兩種助劑的功能，又符合生產(chǎn)要求，不會導致物料結(jié)塊。
本發(fā)明還提供一種制備上述耐候阻燃可用于室外燈罩的光擴散PC的方法，包括以下步驟：
(1)按重量百分比稱取各組分的重量；
(2)以PC為主料，添加增韌劑、光擴散劑、抗氧劑、分散劑、阻燃劑、協(xié)效阻燃劑、耐水解劑、抗UV劑、顏料，在高速攪拌機里混和均勻；
(3)將步驟(2)中的混合漿液倒入雙螺桿擠出機中，設(shè)定溫度250～280℃，轉(zhuǎn)速為400轉(zhuǎn)/分鐘，擠出造粒。
本發(fā)明的有益效果在于：
1.采用含氟有機硅嵌段聚碳酸酯聚合物作為增韌劑，在提高產(chǎn)品韌性的同時，保持了產(chǎn)品的透光率；并且本發(fā)明所使用的增韌劑可以起到協(xié)效阻燃的作用，有助于提高本發(fā)明產(chǎn)品的阻燃效果；
2.采用白炭黑或鈦白粉作為顏料，在調(diào)整產(chǎn)品初始顏色的同時，還有一定的耐候作用；
3.采用有機硅類阻燃劑，對產(chǎn)品的透光率影響較小，可以增大阻燃劑的使用量，使得薄壁阻燃更容易達標。
本發(fā)明所制備的光擴散PC，具有良好的阻燃效果和耐候性，可以滿足室外使用的要求。此外，本發(fā)明具備高透光率、良好的韌性、理想的外觀顏色，可以滿足消費者對燈具的要求。
附圖說明
圖1是本發(fā)明含氟碳酸酯聚氨酯彈性體的合成過程。
具體實施方式
下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例旨在用于解釋本發(fā)明，
而不能理解為對本發(fā)明的限制。實施例中未注明具體技術(shù)或條件者，按照本領(lǐng)域內(nèi)的文獻所描述的技術(shù)或條件或者按照產(chǎn)品說明書進行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過市購獲得的常規(guī)產(chǎn)品。
實施例1：一種耐候阻燃可用于室外燈罩的光擴散PC的制備
表1實施例1-5一種耐候阻燃可用于室外燈罩的光擴散PC配方表(w/w％)
參照圖1，合成含氟碳酸酯聚氨酯彈性體：
化合物1的制備：
1)稱量2g雙酚A于40mL二氯甲烷中，再向其中加入酯交換催化劑NaOH0.016g；
2)稱量1.87g碳酸二苯酯于20mL二氯甲烷中在室溫攪拌的條件下緩慢的加入到1)中，40℃下反應(yīng)72小時；反應(yīng)結(jié)束后，將其過濾，將所得固體用適量的乙醚洗滌，所得濾液用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀減壓蒸餾得到固體，將所得固體再用15mL乙醚萃取3次，合并所有的固體，即得化合物1(見圖1標示1)；
化合物2的制備：稱取10g羥基硅油，逐滴加入0.88gTDI 80℃下，反應(yīng)8小時；反應(yīng)結(jié)束后，產(chǎn)物嚴格無水保存，即得化合物2(見圖1標示2)；
化合物3的制備：
1)稱取1.5g化合物1，加入50mL三氯甲烷，充分溶解，并采用氬氣保護，充分除水；
2)在無水條件下稱取0.46g化合物2，逐滴加入化合物1的溶液中，在氬氣保護下，在40℃下，反應(yīng)24小時；反應(yīng)結(jié)束后，利用甲醇沉淀目標產(chǎn)物，將所得固體用適量的乙醇洗滌，所得濾液用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀減壓蒸餾得到固體，將所得固體再用15mL乙醚萃取3次，合并所有的固體，即得化合物3(見圖1標示3)；
化合物4的制備：
1)稱取2g化合物3，加入三氯甲烷50mL，充分溶解，并采用氬氣保護，充分除水；
2)在無水條件下稱取0.6g全氟丁基磺酰氟，逐滴加入化合物1的溶液中，在氬氣保護下，在40℃下，反應(yīng)24小時；反應(yīng)結(jié)束后，利用甲醇沉淀目標產(chǎn)物，將所得固體用適量的乙醇洗滌，所得濾液用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀減壓蒸餾得到固體，將所得固體再用15mL乙醚萃取3次，合并所有的固體，即得化合物4(見圖1標示4)；
所述化合物4即為含氟碳酸酯聚氨酯彈性體。
本實施例1的制備步驟如下：
原料配方：見表1。
以PC為主料，添加增韌劑、光擴散劑、抗氧劑、分散劑、阻燃劑、協(xié)效阻燃劑、耐水解劑、抗UV劑、顏料，在高速攪拌機里混和均勻，制得混合漿液；
將上述混合漿液倒入雙螺桿擠出機中，設(shè)定溫度250℃，轉(zhuǎn)速為400轉(zhuǎn)/分鐘，擠出造粒。本發(fā)明所使用的雙螺桿擠出機的螺桿長徑比為40:1。
實施例2：一種耐候阻燃可用于室外燈罩的光擴散PC的制備
含氟碳酸酯聚氨酯彈性體合成過程同實施例1。
原料配方：見表1。本實施例2的制備方法同實施例1，不同之處在于，將上述混合漿液倒入雙螺桿擠出機時，設(shè)定溫度280℃。
實施例3：一種耐候阻燃可用于室外燈罩的光擴散PC的制備
含氟碳酸酯聚氨酯彈性體合成過程同實施例1。
原料配方：見表1。本實施例3的制備方法同實施例1，不同之處在于，將上述混合漿液倒入雙螺桿擠出機時，設(shè)定溫度270℃。
實施例4：一種耐候阻燃可用于室外燈罩的光擴散PC的制備
含氟碳酸酯聚氨酯彈性體合成過程同實施例1。
原料配方：見表1。本實施例4的制備方法同實施例1，不同之處在于，將上述混合漿液倒入雙螺桿擠出機時，設(shè)定溫度265℃。
實施例5：一種耐候阻燃可用于室外燈罩的光擴散PC的制備
含氟碳酸酯聚氨酯彈性體合成過程同實施例1。
原料配方：見表1。本實施例5的制備方法同實施例1，不同之處在于，將上述混合漿液倒入雙螺桿擠出機時，設(shè)定溫度280℃。
對比例1-5：光擴散PC的制備
表2對比例1-5光擴散PC配方表(w/w％)
原料配方：見表2。制備方法同實施例1。
產(chǎn)品性能測試結(jié)果：
表2是各實施例和對比例的性能測試結(jié)果對比表，其中：
熔融指數(shù)的測定采用國家標準GB/T 3682-2000《熱塑性塑料熔體質(zhì)量流動速率和熔體體積流動速率的測定》；
力學性能中拉伸強度、斷裂伸長率、彎曲強度、彎曲模量、沖擊強度的耐候性測定采用美國UL機構(gòu)f1認證，即采用UL 746C(f1)測試標準進行紫外線暴露試驗和水暴露試驗和浸漬試驗；
光學性能中光束角的測定采用國家標準GB/T 19658-2013《反射燈中心光強和光束角的測量方法》、透光率的測定采用國家標準GB/T 2410-2008《透明塑料透光率和霧度的測定》，測試設(shè)備為杭州伏達GON-180燈具光電綜合測試儀；
阻燃性能中阻燃等級1.0mm測定采用美國UL-94測試標準；
黃變指數(shù)(YI)的測試采用國家標準GB 2409-1980《塑料黃色指數(shù)試驗方法》。
表2各實施例和對比例光擴散PC的性能測試結(jié)果對比表
熔融指數(shù)是一種表示塑膠材料加工時的流動性的數(shù)值，數(shù)值越大，表示該PC的加工流動性越佳，反之則越差。由表2可知，本發(fā)明制備的光擴散PC的熔融指數(shù)為15g/10min，全部達到國家標準。
力學性能的拉伸強度、斷裂伸長率、彎曲強度、彎曲模量、沖擊強度各參數(shù)中，拉伸強度、彎曲強度、彎曲模量的數(shù)值越大，斷裂伸長率、沖擊強度的數(shù)值越小，表示該PC的力學性能越好。由表2可知，本發(fā)明制備的光擴散PC的力學性能均達到甚至超過美國UL 746C(f1)認證標準，說明本發(fā)明具有良好的韌性和耐候性。
光學性能的光束角、透光率各參數(shù)中，數(shù)值越大，表示該PC的光學性能越好。由表2可知，本發(fā)明制備的光擴散PC的光學性能均達到或超過國家標準，說明本發(fā)明具有良好的光學性能。
阻燃等級，是指物質(zhì)具有的或材料經(jīng)處理后具有的明顯推遲火焰蔓延的性質(zhì)，并以此劃分的等級制度，PC阻燃等級由HB，V-2，V-1向V-0逐級遞增。由表2可知，本發(fā)明制備的光擴散PC的阻燃等級在UL-94測試中全部達到V-0級別，說明本發(fā)明具有良好的阻燃效果。
綜上可知，本發(fā)明制備的光擴散PC具有良好的阻燃效果，阻燃等級1.0mm可以達到UL-941.0mm V-0級別，同時兼具良好的耐候性，光學性能良好，力學性能可以達到UL 746C F1級，可以滿足室外使用的要求。另外，本發(fā)明具備良好的光束角和透光率，滿足消費者對燈具的要求。
盡管結(jié)合優(yōu)選實施方案具體展示和介紹了本發(fā)明，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，在不脫離所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，在形式上和細節(jié)上可以對本發(fā)明做出各種變化，均為本發(fā)明的保護范圍。