本發(fā)明涉及光電材料，尤其涉及一種散射吸收高能藍(lán)光的聚合物復(fù)合材料的制備與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、由于當(dāng)代人的室內(nèi)活動時間較長，近距離、高頻率的接觸人造光源的輻射，接觸人造光源輻射水平及藍(lán)光比例都較高，使人們暴露在藍(lán)光下時長增多，人們發(fā)現(xiàn)來自數(shù)字設(shè)備的藍(lán)光和太陽輻射產(chǎn)生的藍(lán)光一樣，藍(lán)光主要是通過光化學(xué)效應(yīng)損害細(xì)胞，能對皮膚造成類似的影響。長時間暴露在藍(lán)光下會使皮膚出現(xiàn)色素沉著、老化、敏感和干燥等現(xiàn)象。目前，藍(lán)光引起皮膚損傷主要體現(xiàn)在引起皮膚色素沉著和皮膚光老化，因此人造光源的輻射不可忽視。藍(lán)光對皮膚的危害及防護(hù)措施引起人們越來越強(qiáng)烈的關(guān)注，對藍(lán)光進(jìn)行阻隔非常有必要。

2、目前，市場上出現(xiàn)的防藍(lán)光產(chǎn)品的藍(lán)光透過率大，不足以防止藍(lán)光對人體的危害。其技術(shù)的要點主要是在無機(jī)材料顆粒微細(xì)化的技術(shù)上，首先關(guān)鍵的是如何把無機(jī)材料顆粒分散成納米尺寸，并且要使無機(jī)納米顆粒材料能混合均勻分散在聚合物基體中，保持納米顆粒在分散狀態(tài)而不團(tuán)聚。事實已經(jīng)證明，采用一些單一的分散無機(jī)顆粒材料的技術(shù)，如超聲波分散，高速攪拌分散，這些技術(shù)不足以把無機(jī)材料顆粒分散到納米尺寸，更無從談起在聚合物基體中保持以納米顆粒的分散狀態(tài)。要使無機(jī)納米、亞微米顆粒材料能均勻分散在聚合物基體中，首先必須使得無機(jī)納米、亞微米材料能夠在分散液中以顆粒懸浮分散形式分布，再根據(jù)相應(yīng)的方式加入到聚合物中，并保證材料顆粒在聚合物中以所要求的顆粒粒徑尺寸分散以及分布均勻。而且，要使防藍(lán)光產(chǎn)品具有不同無機(jī)顆粒的材料質(zhì)量份、不同無機(jī)顆粒的材料折射率和不同無機(jī)顆粒的粒徑，有效防止藍(lán)光對人體的危害。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足，提供一種散射吸收高能藍(lán)光的聚合物復(fù)合材料的制備與應(yīng)用。

2、本發(fā)明保證材料顆粒在聚合物中以所要求的顆粒粒徑尺寸分散以及分布均勻，并且使散射吸收高能藍(lán)光的聚合物復(fù)合材料具有不同無機(jī)顆粒的材料質(zhì)量份、不同無機(jī)顆粒的材料折射率和不同無機(jī)顆粒的粒徑，以此制備具有不同厚度的防藍(lán)光產(chǎn)品，不僅能散射、吸收光源的高能藍(lán)光，減弱藍(lán)光輻射，避免人眼、皮膚受到傷害，且不影響顯色效果。

3、本發(fā)明散射吸收高能藍(lán)光的聚合物復(fù)合材料，具有散射與吸收藍(lán)光的功能，并且其性能參數(shù)包括：在波長380-500nm范圍內(nèi)，藍(lán)光單位波長間隔內(nèi)的藍(lán)光透過率≤60%；光譜測量中光譜功率分布中的藍(lán)光光譜相對最大功率（相對功率峰值）≤0.7，藍(lán)光占比率≤3.5%，顯色指數(shù)≥90；所述復(fù)合材料包含高折射率的無機(jī)材料顆粒，其中無機(jī)材料顆粒的折射率≥1.900；這些無機(jī)材料顆粒的粒徑分布在30-800nm的范圍內(nèi)。

4、本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：

5、一種散射吸收高能藍(lán)光的聚合物復(fù)合材料的制備，包括如下步驟：

6、1)無機(jī)材料顆粒分散懸浮劑的制備

7、步驟1、將溶液和表面活化劑按質(zhì)量份比例高速混合，再加入無機(jī)材料顆粒，在攪拌容器中充分浸潤和混合1-2小時，形成混合液；

8、步驟2、將步驟1的混合液加入三級高剪切分散乳化泵（市售）進(jìn)行循環(huán)乳化分散，循化次數(shù)30～60次，乳化機(jī)轉(zhuǎn)速為3000-6000轉(zhuǎn)/分，形成分散均勻的乳化液，得到無機(jī)材料顆粒粒徑為d90為300-800nm；

9、步驟3、然后將乳化液加入到超高速納米剪切分散機(jī)（市售），?超高速納米分散機(jī)轉(zhuǎn)速10000-14000轉(zhuǎn)/分鐘，最高線速度66m/s。超高速剪切納米分散機(jī)將團(tuán)聚的大顆粒的無機(jī)材料顆粒進(jìn)行超微剪切細(xì)分散，先將無機(jī)材料顆粒進(jìn)行解聚為亞微米粒徑尺寸的無機(jī)材料顆粒，控制超高速剪切納米分散機(jī)的加工工藝條件：轉(zhuǎn)速8000-10000轉(zhuǎn)/分鐘，加工時間1-3小時，得到粒徑為d90為200-600nm的無機(jī)材料亞微米顆粒分散懸浮液。以質(zhì)量份數(shù)計，該步驟原料用量按質(zhì)量份為:溶液70-100份、表面活化劑3-15份、無機(jī)材料顆粒5-30份；

10、步驟4、將所述步驟3的無機(jī)材料亞微米顆粒分散懸浮液通過加入表面活化劑1-5份，超高速剪切納米分散機(jī)的控制加工工藝條件：轉(zhuǎn)速10000-14000轉(zhuǎn)/分鐘，加工時間1-3小時，得到粒徑為d90為80-110nm無機(jī)材料納米顆粒分散懸浮液；

11、另外可選的是步驟1得到的混合液后，直接進(jìn)行步驟3的加工，將混合液加入到超高速剪切納米分散機(jī)上充分剪切分散2-4個小時得到粒徑為d90為200-600nm的無機(jī)材料亞微米顆粒分散懸浮液，和加入表面活化劑1-5份，充分剪切分散4-6個小時，得到粒徑為d90為80-110nm的無機(jī)材料納米顆粒分散懸浮液；

12、步驟5、把無機(jī)材料亞微米顆粒分散懸浮液和無機(jī)材料納米顆粒懸浮分散液按質(zhì)量比比例（1-3）：（1-3）混合匹配取其中至少一種，得到無機(jī)材料顆?；旌戏稚腋?；所述無機(jī)材料顆?；旌戏稚腋┖袩o機(jī)材料亞微米級顆粒和納米級顆粒，及所含的無機(jī)材料納米級顆粒與所述無機(jī)材料亞微米級顆粒的質(zhì)量份數(shù)不相同，及所述無機(jī)材料納米級顆粒與所述無機(jī)材料亞微米級顆粒材料相同或不同；

13、所述無機(jī)材料顆?；旌戏稚腋┲兴龅娜芤菏桥c對應(yīng)的基材聚合物相溶的溶劑型、非溶劑型和水分散型溶液。

14、所述散射吸收高能藍(lán)光的聚合物復(fù)合材料與對應(yīng)的基材聚合物相溶的溶劑型溶液選自乙醇、異丙醇、丙酮、丁酮、環(huán)己酮、苯、甲苯、醋酸乙酯、正丁醇以及苯乙烯中的至少一種；

15、所述非溶劑型的溶液選自聚乙二醇水溶液（聚乙二醇含量為10-20%）、聚乙烯吡咯烷酮水溶液（聚乙烯吡咯烷酮含量為10-20%）中的至少一種；

16、所述水分散型的溶液選自去離子水、蒸餾水；

17、所述無機(jī)材料顆?；旌戏稚腋┰诟邷叵屡c散射吸收高能藍(lán)光的聚合物復(fù)合材料中所述相對應(yīng)的基材聚合物不產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)；

18、2）散射吸收高能藍(lán)光的聚合物復(fù)合材料的制備

19、（1）將所述基材聚合物粒子與溶劑型的無機(jī)材料顆?；旌戏稚腋┰诿芊飧咚倩旌蠙C(jī)上高速密封混合，基材聚合物粒子表面產(chǎn)生溶解，使無機(jī)材料顆?；旌戏稚腋┲械臒o機(jī)材料顆粒粘附在基材聚合物粒子表面，混合時間1-3小時，轉(zhuǎn)速3000-6000轉(zhuǎn)/分，然后加溫到40-90℃，溶劑揮發(fā)的同時抽真空排氣，物料充分?jǐn)嚢璺稚⒏稍锖蟮玫綗o機(jī)材料顆粒與聚合物顆粒的預(yù)混物；

20、（2）對于非溶劑型無機(jī)材料顆?；旌戏稚腋葘⑺龌木酆衔锪Ｗ优c非溶劑型的無機(jī)材料顆?；旌戏稚腋┰诟咚倩旌蠙C(jī)上高速混合，使無機(jī)材料顆粒混合分散懸浮劑中的無機(jī)材料顆粒粘附在基材聚合物粒子表面，混合時間1-3小時，轉(zhuǎn)速3000-6000轉(zhuǎn)/分，然后加溫到40-90℃，非溶劑型的溶液蒸發(fā)的同時抽真空排氣，物料充分?jǐn)嚢璺稚⒏稍锖蟮玫綗o機(jī)材料顆粒與聚合物顆粒的預(yù)混物；

21、（3）對于水分散型無機(jī)材料顆?；旌戏稚腋?，先將所述基材聚合物粒子加入粘附劑，按質(zhì)量份1-5份，然后將所述附有粘附劑的基材聚合物粒子與水分散型的無機(jī)材料顆?；旌戏稚腋┰诟咚倩旌蠙C(jī)上高速混合，使無機(jī)材料顆粒混合分散懸浮劑中的無機(jī)材料顆粒粘附在基材聚合物粒子表面，混合時間1-3小時，轉(zhuǎn)速3000-6000轉(zhuǎn)/分，然后加溫到40-90℃，水分散型的溶液蒸發(fā)的同時抽真空排氣，物料充分?jǐn)嚢璺稚⒏稍锖蟮玫綗o機(jī)材料顆粒與聚合物顆粒的預(yù)混物；

22、所述粘附劑為塑料增塑劑、液態(tài)增韌劑（pc液體增韌劑、pmma液體增韌劑、ps液體增韌劑）、塑料潤滑分散劑（聚乙烯蠟、液體石蠟、聚甲基硅氧烷、硬脂酸酯）；

23、（4）然后將所述無機(jī)材料顆粒與聚合物顆粒的預(yù)混物、藍(lán)光吸收劑、助劑加入高速混合機(jī)上繼續(xù)混合0.5-2小時，充分?jǐn)嚢璺稚⒑蟮玫骄酆衔锕不煳铮?/p>

24、（5）然后將聚合物共混物加入擠出機(jī)擠出造粒，熔融擠出過程真空排氣，得到散射吸收高能藍(lán)光的聚合物復(fù)合材料。

25、所述無機(jī)材料顆?；旌戏稚腋┖袩o機(jī)材料亞微米級顆粒和納米級顆粒，及所含的無機(jī)材料納米級顆粒與所述無機(jī)材料亞微米級顆粒的質(zhì)量份數(shù)不相同，及所述無機(jī)材料納米級顆粒與所述無機(jī)材料亞微米級顆粒材料相同或不同。

26、進(jìn)一步優(yōu)選地，將散射吸收高能藍(lán)光的聚合物復(fù)合材料制備成母料的形式；

27、進(jìn)一步優(yōu)選地，散射吸收高能藍(lán)光的聚合物復(fù)合材料的制備可以通過基材聚合物、無機(jī)材料顆粒混合分散懸浮劑、藍(lán)光吸收劑和助劑混合后加入擠出機(jī)直接擠出成型，得到散射吸收高能藍(lán)光的聚合物復(fù)合材料的制品。

28、進(jìn)一步優(yōu)選的是把基材聚合物、藍(lán)光吸收劑、助劑、無機(jī)材料亞微米顆粒分散懸浮液和無機(jī)材料納米顆粒分散懸浮液按比例分別用自動定量輸送方式直接加入加工設(shè)備，得到散射吸收高能藍(lán)光的聚合物復(fù)合材料母料或制品。

29、以質(zhì)量份數(shù)計，該步驟原料用量為:基材聚合物70-100份和無機(jī)材料顆?；旌戏稚腋?.01-2.5份,藍(lán)光吸收劑0.1-1.2份，助劑1-25份；

30、散射吸收高能藍(lán)光的聚合物復(fù)合材料的基材聚合物選自聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯、透明聚丙烯、透明聚乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯、環(huán)氧樹脂、聚醚砜、聚醚酮、聚醚醚酮及透明聚合物中的至少一種。

31、散射吸收高能藍(lán)光的聚合物復(fù)合材料的無機(jī)材料顆粒選自材料折射率大于1.900的高折射率材料：硒化鋅、氧化鋇、氧化鋅、二氧化鋯、氧化銅、三氧化二鐵、五氧化三鈦、氧化鈰、氧化鉻、硫化鋅、二氧化鈦、氧化錫銻中的至少一種；

32、散射吸收高能藍(lán)光的聚合物復(fù)合材料的表面活化劑選自焦磷酸鈉、三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉、油酸鈉、羧酸鹽、硫酸酯鹽、磺酸鹽、烷基芳基磷酸鹽、烷基苯磺酸鹽（十二烷基苯磺酸鈉）、二烷基磺基琥珀酸鹽、聚氧乙烯烷基酚基醚、山梨糖醇烷基化物、聚羧酸鹽、聚(甲基)丙烯酸衍生物、順丁烯二酸酐共聚物以及多元羧酸聚合物中的至少一種；

33、藍(lán)光吸收劑選用吸收藍(lán)光的量子點材料：硒化鎘量子點、碲化鎘量子點、硫化鎘量子點、硒化銦量子點；

34、散射吸收高能藍(lán)光的聚合物復(fù)合材料的助劑為潤滑劑0.3-3份、增塑劑0.1-5份、光擴(kuò)散劑0-1.2份、抗氧化劑0.2-6份、增韌劑0.1-5份中的至少一種；

35、潤滑劑：硬脂酸、石蠟、聚乙烯蠟；增塑劑：dinp(鄰苯二甲酸二異壬酯)、didp(鄰苯二甲酸二異癸酯)，dop、atbc；

36、光擴(kuò)散劑：壓克力型光擴(kuò)散劑，苯乙烯型光擴(kuò)散劑，丙烯酸樹脂型光擴(kuò)散劑，有機(jī)硅微球光擴(kuò)散劑；

37、抗氧化劑：1010、168；

38、增韌劑:聚碳酸酯增韌劑、聚甲基丙烯酸甲酯增韌劑、聚苯乙烯增韌劑、透明聚丙烯增韌劑；

39、本發(fā)明散射吸收高能藍(lán)光的聚合物復(fù)合材料的應(yīng)用如下：

40、（1）將所述的散射吸收高能藍(lán)光的聚合物復(fù)合材料加入光擴(kuò)散劑，擠出壓板，經(jīng)壓花輥壓紋單面或雙面壓花成型，有效阻擋了藍(lán)光的透過率，得到高透光率光擴(kuò)散板材制品；

41、（2）將所述的散射吸收高能藍(lán)光的聚合物復(fù)合材料擠出壓板，由于散射吸收高能藍(lán)光的聚合物復(fù)合材料的顆粒粒徑在30nm-800nm范圍，對波長在380-500nm的藍(lán)光受到反射、折射、衍射和吸收，對藍(lán)光產(chǎn)生強(qiáng)烈的散射吸收效果，得到高透光率、高藍(lán)光散射的模擬藍(lán)天效果的制品；

42、（3）將所述的光擴(kuò)散復(fù)合材料注塑成型，得到防藍(lán)光的聚合物光擴(kuò)散模塑制品；

43、（4）將所述的光擴(kuò)散復(fù)合材料采用吸塑、吹塑成型，得到防藍(lán)光的聚合物光擴(kuò)散模塑制品。

44、本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點及效果：

45、本發(fā)明具有以下顯著特點，主要體現(xiàn)在無機(jī)顆粒的粒徑、厚度、組成和濃度等方面：

46、1、通過采用高折射率顆粒材料和多種不同的顆粒材料，本發(fā)明實現(xiàn)了對入射光的差異化折射率調(diào)控。這種差異不僅使得藍(lán)光被散射至不同角度，而且通過精確控制，可以產(chǎn)生不同程度的散射效果，從而輕松調(diào)節(jié)藍(lán)光透過的阻隔率，以滿足不同應(yīng)用場景的需求。

47、2、本發(fā)明利用無機(jī)亞微米顆粒和無機(jī)納米顆粒的粒徑差異，并結(jié)合它們各自不同的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，實現(xiàn)了對藍(lán)光入射光的精確調(diào)控。這一設(shè)計使得本發(fā)明能夠選擇性地阻隔有害波長的藍(lán)光，有效減少藍(lán)光在光譜中的占比率，進(jìn)而顯著降低藍(lán)光對人體的潛在危害。

48、3、無機(jī)顆粒材料的厚度變化在本發(fā)明中扮演了關(guān)鍵角色。通過調(diào)整材料的厚度，我們可以影響藍(lán)光的透過率，增加其經(jīng)歷的路徑長度。這使得藍(lán)光在顆粒內(nèi)部發(fā)生多次折射，有效阻擋了藍(lán)光的透射，進(jìn)而增強(qiáng)了藍(lán)光的散射強(qiáng)度，降低了其透過率。

49、4、在保證色彩正常顯示的前提下，本發(fā)明通過微調(diào)藍(lán)光的占比率，確保了光譜的高顯色性能。同時，我們利用一種能夠散射和吸收高能藍(lán)光的聚合物復(fù)合材料，進(jìn)一步增強(qiáng)了藍(lán)光的散射和吸收效果，從而有效降低了光譜功率分布中的藍(lán)光光譜的相對最大功率，顯著減輕了高能量藍(lán)光對人體健康的潛在危害。