一種led燈罩材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及LED燈罩材料，尤其涉及一種熱膨脹系數(shù)佳且具備空氣凈化效果的 LED燈罩材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] LED光源屬于點(diǎn)光源，點(diǎn)光源光照范圍窄且會(huì)人眼產(chǎn)生眩光的影響，一般通過燈罩 的光散射作用，將點(diǎn)光源轉(zhuǎn)變成面光源，以利于人們的日常使用。聚碳酸酯廣泛用于燈罩材 料中，為賦予聚碳酸酯光散射功能，人們將一些具有不同折射率的聚合物或無機(jī)粒子作為 分散相鍵入到連續(xù)相得熱塑性樹脂中，這樣不僅影響了其透光性能，而且會(huì)使燈罩材料的 熱膨脹系數(shù)增大幾倍甚至幾十倍。LED芯片體積非常小，一般照明用的LED燈中采用IW的 芯片甚至更大功率的芯片，半導(dǎo)體有機(jī)硅芯片的熱膨脹系數(shù)在2. 4-6 X KT6IT1之間，其產(chǎn)生 的熱流密度可達(dá)到106w/m 2以上。如果熱量沒能及時(shí)地傳導(dǎo)出去，大量熱量的累積會(huì)使LED 芯片的結(jié)溫升高，從而導(dǎo)致芯片的發(fā)光效率降低，光品質(zhì)下降。不僅如此，如果燈罩材料的 熱膨脹系數(shù)較大，大功率LED長時(shí)間工作會(huì)嚴(yán)重影響LED的壽命。因此，燈罩材料的熱膨脹 系數(shù)十分重要，當(dāng)燈罩材料的熱膨脹系數(shù)與LED芯片相匹配時(shí)，可使LED芯在正常工作中不 會(huì)因?yàn)闇囟鹊淖兓咕瑥澢?，從而使得LED燈在使用過程中整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，延長使用 壽命。
[0003] 另一方面，隨著生活水平的提高，人們?cè)絹碓疥P(guān)注人體健康的環(huán)境因素，尤其是與 人們的生活息息相關(guān)的室內(nèi)環(huán)境，因此有必要提供一種在照明的同時(shí)還能對(duì)室內(nèi)空氣進(jìn)行 凈化的照明等，從而達(dá)到資源地有效集成利用。然而，現(xiàn)有的具有空氣凈化功能的LED燈的 照明范圍較小，并且正常工作時(shí)的負(fù)氧離子釋放量非常有限，從而影響其空氣凈化效果，無 法滿足空間較大的室內(nèi)環(huán)境的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的第一個(gè)技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)而提供一種與LED芯片的熱 膨脹系數(shù)相匹配且空氣凈化效果較好的LED燈罩材料。
[0005] 本發(fā)明所要解決的第二個(gè)技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)而提供一種上述LED燈罩材 料的制備方法。
[0006] 本發(fā)明解決第一個(gè)技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種LED燈罩材料，其特征在 于，按質(zhì)量份數(shù)計(jì)，該LED燈罩材料由以下原料組成：PMM 100份，有機(jī)硅材料4~6份，甲 基丙烯酰氧基硅烷1~2份，聚乙二醇0. 5~1份，有機(jī)硅光擴(kuò)散劑0. 4~0. 8份，羧甲基 纖維素1~1. 5份，納米負(fù)離子粉1~2份，納米氧化釔0. 5~1. 5份，聚四氟乙烯超細(xì)粉 2~5份，抗氧劑0. 5~1. 5份，光穩(wěn)定劑0. 5~1. 5份。
[0007] 上述方案中的PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯）具有較高的光透過率，但沒有光散射能 力，因此通過添加有機(jī)硅光擴(kuò)散劑賦予其光擴(kuò)散性能，利用光擴(kuò)散劑本身材質(zhì)的折射率與 PMM基材的折射率的差異，光線多次折射后，通過基材的光線變得光亮柔和，且對(duì)材質(zhì)的透 光率影響較小，然后繼續(xù)在其中添加有機(jī)硅材料，使其熱膨脹系數(shù)與芯片相近。上述甲基丙 烯酰氧基硅烷是指同時(shí)含有兩種不同化學(xué)性質(zhì)基團(tuán)的有機(jī)硅化合物，在加熱的條件下甲基 丙烯酰氧基硅烷中不飽鍵（-C = C-和-C = 〇-)會(huì)與有機(jī)硅材料和聚甲基丙烯酸甲酯中的 不飽和鍵進(jìn)行接枝反應(yīng)，提高有機(jī)硅材料和和聚甲基丙烯酸甲酯之間的相容性，并且甲基 丙烯酰氧基硅烷中的硅烷會(huì)使整個(gè)體系具有更加優(yōu)異的耐溫穩(wěn)定性。上述羧甲基纖維素為 一種流平劑，可以增加負(fù)離子材料釋放負(fù)離子能力，同時(shí)也可使納米負(fù)離子粉較好地分散 在燈罩材料中。
[0008] 上述納米氧化釔為負(fù)離子材料的分散介質(zhì)，稀土元素的原子序數(shù)高、原子半徑大， 具有未充滿的4f電子層結(jié)構(gòu)，而且電子能級(jí)多種多樣，很容易失去外層電子，具有特殊的 變價(jià)特性和化學(xué)活性。稀土釔的輻射能高，半衰期時(shí)間長，一方面能產(chǎn)生高的負(fù)離子濃度， 另一方面作用時(shí)間長，且稀土釔同位素衰變產(chǎn)生的射線是電子流，能量較高，具有很強(qiáng)的電 離作用。當(dāng)在負(fù)離子粉體中加入含有稀土納米氧化釔材料時(shí)，釹衰變產(chǎn)生的射線（電子 流）與電離空氣產(chǎn)生的正離子相結(jié)和，稀土與負(fù)離子復(fù)合不僅促進(jìn)負(fù)離子對(duì)空氣分子的電 離，提高負(fù)離子濃度，而且具有放射性的稀土元素本身也在一定程度上提高了空氣負(fù)離子 濃度，可以有效地提高負(fù)離子粉產(chǎn)生空氣負(fù)離子能力。同時(shí)，上述方案中的羧甲基纖維素作 為流平劑，聚乙二醇作為分散劑，上述的聚乙二醇為分散劑。
[0009] 作為優(yōu)選，所述有機(jī)硅材料的原料中包括質(zhì)量比為1:1~1. 5的有機(jī)硅樹脂和107 硅橡膠，按重量份數(shù)計(jì)，所述有機(jī)硅樹脂的原料如下：水玻璃30~60份，四甲基四乙烯基環(huán) 四硅氧烷3~8份，四甲基二苯基二硅氧烷4~10份，七甲基三硅氧烷5~10份。
[0010] 作為優(yōu)選，上述有機(jī)硅材料通過以下方法制備：
[0011] 第一步，按上述質(zhì)量份數(shù)，將水玻璃加入到盛有蒸餾水、乙醇以及鹽酸的燒瓶中水 解，然后再加入四甲基四乙烯基環(huán)四硅氧烷、四甲基二苯基二硅氧烷以及七甲基三硅氧烷 和乙醇的混合溶液進(jìn)行共水解，水解完畢后，按上述質(zhì)量份數(shù)，加入5~15份的甲苯，以除 去體系中的酸，接著水洗至中性，再用無水氯化鈣干燥至澄清透明，蒸餾除去溶劑，即得有 機(jī)娃樹脂；
[0012] 第二步，上述制備的有機(jī)硅樹脂和107硅橡膠以質(zhì)量比1:1~1. 5混合后加入到 盛有甲苯的燒瓶中溶解，滴加過氧化苯甲酰，升溫至到60度，硅羥基縮聚反應(yīng)一段時(shí)間 后，制得有機(jī)硅材料，紫外光照射20~30min即可固化完全。
[0013] 本發(fā)明解決第二個(gè)技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：上述LED燈罩材料的制備方法 包括以下步驟：
[0014] (1)按照上述質(zhì)量份數(shù)，取30份ΡΜΜΑ、0. 4~0. 8份有機(jī)硅光擴(kuò)散劑投入密煉機(jī) 中，密煉溫度180~220°C，轉(zhuǎn)速40~60rpm，時(shí)間5~8min，密煉結(jié)束后將混合物取出經(jīng)高 速破碎機(jī)粉碎，得光擴(kuò)散母料A ;
[0015] (2)按照上述質(zhì)量份數(shù)，取30份PMMA、4~6份有機(jī)硅材料、1~2份甲基丙烯酰 氧基硅烷投入密煉機(jī)中，密煉溫度180~220°C，轉(zhuǎn)速40~60rpm，時(shí)間5~8min，密煉結(jié)束 后將混合物取出經(jīng)高速破碎機(jī)粉碎，得有機(jī)硅母料B ;
[0016] (3)按照上述質(zhì)量份數(shù)，取30份PMMA，1~2份納米負(fù)離子粉，1~1. 5份羧甲基 纖維素，0. 5份~1. 5份納米氧化釔，0. 5~1份聚乙二醇，投入密煉機(jī)中，密煉溫度180~ 220°C，轉(zhuǎn)速40~60rpm，時(shí)間5~8min，密煉結(jié)束后將混合物取出經(jīng)高速破碎機(jī)粉碎，得負(fù) 離子母料C;
[0017] (4)按照上述質(zhì)量份數(shù)，取10份PMMA、2~5份聚四氟乙烯超細(xì)粉、上述制備的光 擴(kuò)散母料A、0. 5~1. 5份抗氧劑和0. 5~1. 5份光穩(wěn)定劑投入雙螺桿擠出機(jī)加料斗，上述 制備的有機(jī)硅母料B和負(fù)離子母料C經(jīng)側(cè)喂口進(jìn)料，進(jìn)行熔融共混、擠出、冷卻、造粒，雙螺 桿擠出機(jī)的共混擠出溫度為：一區(qū)175~185°C，二區(qū)185~195°C，三區(qū)195~205°C，四 區(qū)205~215°C，五區(qū)215~225°C，機(jī)頭210~230°C ;螺桿轉(zhuǎn)速180~220r/min。
[0018] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明的燈罩材料中PMM具有較高的光透 過率和耐候性，而有機(jī)硅光擴(kuò)散劑能將點(diǎn)光源轉(zhuǎn)化成面光源，光線柔和，照明范圍廣；有機(jī) 硅材料不僅能提高燈罩材料的韌性和耐熱性，而且還可以降低其收縮率和熱膨脹系數(shù)，利 用本發(fā)明中的燈罩材料制備的燈罩的熱膨脹系數(shù)在6~IOXKr 6IT1之間，與有機(jī)硅芯片的 熱膨脹系數(shù)相匹配，這樣使LED燈在正常工作中不會(huì)因?yàn)闇囟鹊淖兓咕瑥澢?，從?使得LED燈在使用過程中整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，延長使用壽命；另外，有機(jī)硅材料的加入使燈罩材 料的熱阻高達(dá)200~360°C /W，散熱不良會(huì)導(dǎo)致芯片結(jié)點(diǎn)溫度迅速上升，從而加速器件光 衰，甚至?xí)驗(yàn)檠杆贌崤蛎浰a(chǎn)生的應(yīng)力造成開路而失效。
[0019] 燈罩材料中的納米負(fù)離子粉可使由該材料制備的LED燈具有空氣凈化的能力，納 米氧化釔可以有效地提高負(fù)離子材料產(chǎn)生空氣負(fù)離子能力，而羥甲基纖維素使負(fù)離子材料 很好分散在燈罩材料中，聚四氟乙烯超細(xì)粉在加工過程中可以起到潤滑劑的作用，提高材 料的耐磨性和阻燃性。
[0020] 本發(fā)明中燈罩材料的制備方法中應(yīng)用母料和側(cè)喂料法，工藝簡(jiǎn)單，易于控制，適合 工業(yè)化大生產(chǎn)，并且該制備方法可以保證各種助劑和填料在PMM基體中分散均勻，保持良 好的相容性，以保證制備的燈罩材料的分散性能明顯改善，透光率和霧度明顯提升，力學(xué) 性能和表面硬度有明顯改善。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述，下述各實(shí)施例所使用的原料如下：
[0022] 七甲基三硅氧烷購于義務(wù)亦水生有機(jī)硅有限公司；
[0023] 四甲基四乙烯基環(huán)四硅氧烷購于江西多林科技發(fā)展有限公司；
[0024] 四甲基二苯基二硅氧烷購于西域化學(xué)公司；
[0025] 過氧化苯甲酰購于上海海曲化工有限公司；
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