异相聚合物对PET光扩散膜性能的影响研究

熊立贵 蔡昭华 赵素芬 涂志刚 张莉琼 钟永强

（1.中山火炬职业技术学院 528436；2.中山市铿鸿印刷有限公司 528400；3.中山市北化高分子材料有限公司 528436）

引 言

近年来，LED灯具的兴起，在各个场所得到广泛应用。LED平板灯主要使用的光扩散材料也变得炙手可热。因此，利用多层光学膜中的扩散膜对导光板所射出的光线进行扩散作用，以获得分布较为适宜应用的光线输出[1,2]。

然而背光源是通过显示屏将光分散出去，这样就存在透光率、雾度等因素影响。光扩散膜就是能够有效地实现使光扩散的材料。而现在市场上是通过在PMMA、PC、PS、PP 基材基础中添加无机或有机光扩散剂作为灯罩的材料[3-5]。

PET薄膜具有高透光率、耐紫外线照射、平整度好、无阴阳纹、附着力好、易加工、挺度佳等特点，因此，光扩散膜采用PET作为基体材料，选用聚合物作为光扩散剂。研究不同折射率聚合物、颗粒粒径大小、光扩散剂用量、以及加工生产工艺对光扩散膜透光率、雾度性能的影响。

1. 实验部分

1.1 主要原材料：

PET材料的型号为：FG720中国石化；

聚碳酸酯（PC）市售；线性低密度聚乙烯（LLDPE）市售；聚苯乙烯（PS）市售；

苯乙烯丁二烯共聚物（BS）市售；聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）市售；聚丙烯（PP）市售。

1.2 实验配方及工艺路线

1.2.1 实验配方（按质量比例）

将PET和聚合物光扩散剂分别放置烘箱中，设定烘箱温度为160℃进行干燥5小时，然后分别按2wt%、4wt%、8wt%的质量比进行充分的混合。

1.2.2 工艺路线

采用一步内混共挤法工艺：把进行干燥的原材料加入到双螺杆的挤出机进行造粒，分别设定挤出机的温度段为260℃和270℃、275℃、275℃、275℃、275℃、270℃、260℃。制备出来的光扩散膜样品就可以裁剪进行性能测试分析。

内添型共混方法是在制备膜材的双螺杆挤出机中，光扩散剂与PET混合，形成 PET材料内均匀分布的光散射颗粒，挤出成型方法制备获得。

2. 结果讨论

2.1 六种异相聚合物制备薄膜光学性能的分析研究

按1.2.1实验配方（按质量比例）和1.2.2工艺路线方法分别得出六种聚合物——聚碳酸酯（PC）、聚苯乙烯（PS）、苯乙烯丁二烯共聚物（BS）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚丙烯（PP）、线性低密度聚乙烯（LLDPE）)光扩散剂的光扩散膜测试结果，制备的六种光扩膜对比如下。

表1 PET与不同聚合物制备薄膜的光学性能

从表中可以得出聚丙烯（PP）、线性低密度聚乙烯（LLDPE）两种聚合物的透光率及雾度较好，以下采用这两种聚合物制备薄膜，研究分析对光学透光率、雾度的影响。

2.2 线性低密度聚乙烯（LLDPE）扩散剂用量的分析研究

用1.2.1和1.2.2的方法把LLDPE扩散剂（按质量比例：8wt%、4wt%、2wt%）分别与PET进行混合共挤制备出PET/LLDPE光扩散膜。

下面图1是在电子扫描显像图得到的不同质量比例的SEM图片。

图1. PET/LLDPE光扩散膜SEM图片

用内添型线性低密度聚乙烯（LLDPE）并取不同质量比例制备出的 PET/LLDPE光扩散膜的光性能数据测试结果如下表。

表2 线性低密度聚乙烯添加量对光扩散膜的光学性能的影响

2.3 内添加聚丙烯（PP）扩散剂制备的 PET光扩散膜，拉伸后的光学性能分析

按内添型线性低密度聚乙烯（LLDPE）同样方法，制备出PET/PP光扩散膜，取4wt%PP质量比例制备的光扩散膜进行测试，并在电子扫描显像图得到的不同倍率拉伸比例的SEM图片。

PET/PP光扩散膜电子扫描显像图得到的不同倍率拉伸比例的SEM图片。

图2. PET/PP光扩散膜SEM图片

2.4 内添加光扩散剂用量对光扩散膜透光率及雾度影响

通过内添加低密度聚乙烯（LLDPE）和聚丙烯（PP）扩散剂制备的PET光扩散膜，按质量比例添加扩散剂时，随着质量比例由2%增大到4%时，颗粒的粒径也由2～3um增大到4～7um，当质量比例继续加大到 8%时，扩散剂的球形颗粒粒径会增大到6～10um。随着扩散剂比例加大时，共混时小颗粒之间的碰撞，会形成大颗粒，从SEM相片中可以看出，测试后的结果是添加量增加，颗粒粒径会增大，随着颗粒粒径加大会形成光散射在膜上的截面积加大，然而光线通过PET光扩散膜时，散射加大会导致雾度会升高。根据Mie光散射理论原理，内添加剂的颗粒粒径加大时，有利于对光线反射减少，最终造成光的透过率对添加量比例变化不会产生太大的影响[6]。

2.5 拉伸倍率对PET光扩散膜的雾度及透光率的影响

内添加聚合物光扩散剂与 PET在混合熔融中经螺杆流延机进行拉伸后所形成的不同厚度的PET光扩散膜。经过检测设备测试，拉伸前的PET光扩散膜厚度为 0.596mm材料的光学性能透光率为80.4%、雾度是94.41%。但是当拉伸倍率拉伸到原来 1.5倍时，经测试材料透光率由 80.4%增加到85.32%；但是随着拉伸力的增加，拉伸倍率相应增加 2.5倍，其雾度会由 94.41%降到85.12%。制备的光扩散剂PET材料的透光率和雾度变化会随着材料拉伸倍率改变而变化。如下图：

图3. 雾度、透光率随着拉伸倍率改变而变化

通过实验测试及Mie光散射理论计算分析，内添加光扩散剂共混型制备光扩散片材，与添加光扩散剂材料品种、增量、颗粒粒径大小、挤出拉伸倍率等因素有关。

结 论

通过选用多种异相聚合物作为内添加光扩散剂制备光扩散材料实验测试分析研究，内添型线性低密度聚乙烯（LLDPE）和聚丙烯（PP）两种材料可以作为制备的PET光扩散膜的扩散剂。具有良好的透光率和雾度，能满足制备PET光扩散材料的要求。

光扩散材料与共混的内添加扩散剂的用量有关，用量增加，制备出来的光扩散材料的透光率减小、雾度增大；光扩散材料透光率和雾度受光扩散剂的粒径影响较大，颗粒规格越大时，扩散效率和雾度越小；制备的PET光扩散片材与拉伸倍率有关，倍率越大雾度会降低，透光率会提高。

[1] 熊立贵,涂志刚,张莉琼.一步法 PET 光扩散材料的研究及在LED中的应用[J],机电工程技术2017，46（3）37-40

Xiong li-gui,Tu zhi-gang,Zhang li-qiong. One-step PET research light diffusion material and its application in LED[J],Mechanical&elecreical engineering technology 2017，46（3）37-40

[2] 冯欣然,马寒冰 共混型 PET光扩散膜的制备和性能研究[J],工程塑料应用 2013，41（12）

Feng xin-ran,Ma han-bing. Preparation and Prorerties of Mixed Light-Diffusing Film Based on PET [J]Engneering Plastics Application 2013，41（12）

[3] 赵鋆冲，何杰，赵红玉. 聚碳酸酯基光扩散材料的研究 [J]. 工程塑料应用，2012，40(7):97–99.

Zhao Yun-chong,He Jie,Zhao Hong-yu.Study on light scattering materials based on polycarbonate[J]. Engineering Plastics Application, 2012，40(7):97–99.

[4] 庄孝磊，周芳，申溯. 层叠微透镜阵列光扩散片特性研究 [J].光学学报，2010(11):3 306–3 310.

Zhuang Xiao-lei，Zhou Fang，Shen Su. Characteristics of diffusers with cascaded-microlens arrays[J]. Acta Optical Sinica，2010(11):3 306–3 310.

[5] 董现明，熊英，任奕坤. 具有高散射能力的聚碳酸酯复合材料的制备与性能研究 [J]. 高分子学报，2013(2):241–247.

Dong Xian-ming, Xiong Ying，Ren Yi-kun. Preparation and properties of high scattering polycarbonate(PC)composites[J]. Acta Polymerica Sinica，2013(2):241–247.

[6]孙昕.基于 Mie 散射理论测量微小球粒粒径的数值模拟及实验研究 [D]. 天津:天津大学，2004

Sun Xin. Simulation and experiment on sizing of micrometer-scale particles based on Mie's light scattering theory[D]. Tianjin:Tianjin University,2004.