光散射材料的研制与开发状况研究

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1、光散射材料的研制与开发状况研究摘要：介绍了光散射材料的散射机理、分类、制备方法及国内外的进展。　　关键词：光散射；面散射；体散射；共混；共聚　　中图分类号：O433.1面散射材料的制备方法　　通过对透明的基体材料表面进行磨砂处理，或利用特殊的成型模具或浮雕辊得到浮雕或喷砂效果的表面，利用材料表面的粗糙度得到散射效果；也有以表面凸凹起伏的高分子材料制备，巧妙设计表面的波纹实现材料的散射效应。　　面散射材料的制备方法存在着显著的缺点：一方面，散射光的量取决于刻痕和划痕等的数量及分布，使散射发生的不均匀，另一方面折射率和透光率不易

2、控制。　　3.2体散射材料的制备方法　　体散射材料的制备方法大致分为两种：聚合法和共混法。　　3.2.1聚合法　　利用折光率有一定差异、相容性不太好的聚合物单体共聚合或采用分段聚合来制备光散射材料。具体又可分为以下几种情况：　　（1）将一种单体混合分散于透明的基体中，使单体聚合，生成的聚合物作为散射体，其折射率不同于透明基体的折射率，因而入射光产生光散射。　　（2）将一种单体混合分散于一种透明材料中，使单体聚合，生成的聚合物作为基体，其折射率不同于透明材料，进而材料产生光散射。　　（3）散射体材料是无机粒子或有机粒子，

3、将散射体粒子分散于基体单体中，使单体聚合生成聚合物基体。　　ISHIHARADAM等人以玻璃转化温度低于室温的弹性体橡胶为基体材料，以折射率不同于基体的透明材料（可以是无机粒子或有机物）为散射体，通过聚合法制备了一种光散射材料，广泛应用于照明装置，也可以作为灯箱广告牌的面光源，还可以与透光管和光波导管联用。由于基体的玻璃转化温度低于室温，所以材料在室温下即可操作加工。华南理工大学高峰等人，以不同分子量的聚苯乙烯作为散射材料，将其溶解在甲基丙烯酸甲酯中，通过原位聚合法制备了光散射材料，研究发现PS作为散射体分布在基体PMMA中能够产

4、生散射，PS的分子量要高于临界分子量43900。当聚苯乙烯分子量大于43900，且其质量分数为0.20%-0.30%时散射板性能最优，透光率为73.0%，雾度为74.7%。　　近年来，纳米粒子掺杂有机玻璃制备新型复合材料广受关注。张启卫等人通过原位聚合和同步溶胶——凝胶过程制备了PMMA/SiO2杂化材料，研究表明该材料有机/无机相间的相容性好，材料的透明性好，透光率可达80%左右。清华大学钱志勇等人以纳米Al2O3、SiO2和CaO颗粒,采用三种不同粒度的纳米颗粒利用在位分散法制备了以PMMA为基体的复合光散射材料，成功用于平板

5、显示。其研究指出：由于微粒的散射和纳米粒子的结构特点，随着纳米粒子粒度的减小,复合材料样品板亮度增加,视角变大,整体光学性能变得优异。中国专利03127636.9提供了一种纳米硅改性有机玻璃光散射材料及制备方法。该方法先将纳米SiO2粉末通过高频超声波震荡混入MMA单体中，使其呈乳白色半透明状，加入引发剂及其他组分真空脱气后在90℃预聚合，冷却灌浆入模后在25-100℃处理，24-72小时即可得到光散射材料。材料的光谱透过曲线与本体材料相近，光散射分布均匀，可用作照明显示器件。　　3.2.2共混法　　共混法是通过透明的聚合物基体

6、材料和散射体粒子的共混制备光散射材料的方法。　　在共混法中，散射体粒子的制备至关重要。欧洲专利EP0634445报道了一种核壳结构的复合散射粒子，这种光散射复合物以类橡胶的乙烯基聚合物为核，具有一层或多层壳，散射体粒子中含有至少15%的烷基丙烯酸或烷基甲基丙烯酸。日本专利JP04161448中介绍的光散射材料，使用一种粉末状的TiO2，外层涂有交联球形环己顺丁烯——二酰亚胺——苯乙烯共聚物作为散射体粒子，但是成本很高。美国专利Pat.Nos.5237004和5346954中使用了一种具有橡胶核热塑壳的散射体粒子，能够很好的分散于基

7、体中，而基体的抗冲性能和物理性质不受影响，而且核内聚合物的折射率可以调节，也保证了基体良好的透光率。目前，大多数新型光散射材料是采用共混法生产的，因为这种方法与一般聚合物掺混的工艺过程非常类似，特别是对于用量最大的光散射板材，它能够连续化生产，生产率较高。但是共混法制备光散射材料经常会遇到一些问题，例如：粒子与基体材料的相容性差，不易分散于基体材料中；分散相粒子在基体中的分散性能差导致基体材料的透光率下降以及物理性能老化；材料的折光率不易调节，导致光学性质不易调节；分散相粒子坚硬导致材料的抗冲击性能变差等。如何行之有效地克服这些问题

8、，将是今后共混法研究的方向。　　　　4光散射材料的发展方向　　　　目前，光散射材料在照明领域和显示领域得到了广泛的应用，随着光散射材料性能的不断提高和完备，其应用领域将进一步扩大。一些具备特殊功能的光散射材料将会不断被开发出来，例