邓小艳

（广东工贸职业技术学院，广东 广州 511447）

摘 要：以PC 为基材的光扩散材料，因具有较好的光散射性、较强的透光性以及良好的力学性能，在LED 照明行业应用逐渐广泛，有关这种新材料的研究活动也在蓬勃开展。以PC 为基材的光扩散材料的研究主要集中在以下两个方面：一是PC 光扩散材料的制备方法，二是散射体微粒对材料的性能影响。研究PC 光扩散材料的性能及具体应用，可以使这种新材料的应用得到更好的推广。

关键词：PC 光扩散材料；散射体粒子；研制；应用

光扩散材料，指的是可以透过光线、又能够使光线发生散射的材料。光扩散材料可以将点、线状的光源转化为面状的光源，其散射范围较大、透光性良好，且光线分布均匀。评价光扩散材料性能的两个重要指标是光线透过率和雾度，前者代表着一种材料的透明程度，而后者代表着材料散射光线能力的强弱。聚碳酸酯（PC）无色透明，耐热，抗冲击，在普通使用温度内都有良好的机械性能，同时透光率高达百分之九十以上，兼有易成型、密度低等特点，是一种综合性能良好的热塑性塑料。

1 PC 光扩散材料的制备方法

光扩散材料在制备方法上，一般有两种，一种是聚合法，另一种为共混改性法，这两种方法各有自己的特点。聚合法是根据光折射的原理，选择折射存在一定的差异、相容性不好的两种聚合物单体共同聚合或者是采用分段聚合，用来进一步制备光散射的材料。

常用的聚合法是将两种反应活性不同的单体进行聚合制备，因为散射体单体与形成基体的单体反应活性不相同，散射体单体产生自聚或与基体单体嵌段共聚，这样两种单体对于各自聚合链内所形成的凝聚核其光学性质是均匀，在凝聚核的边界光发生反射和折射，因此形成了散射。

聚合法在聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）基光扩散的材料制备中应用广泛，对于PC 基光扩散这种材料的制备上却是用的比较少，相关的报道和研究也非常少见。

共混改性法是在PC 树脂中添加光扩散剂，光扩散剂呈球形，均匀分散在PC 树脂中形成海岛结构，由于PC 树脂和光扩散剂的折射率不同，光线在光扩散剂表面类似镜面反射，经过多次反射达到光扩散效果。同时，光扩散剂的添加量，粒径大小和分布，折射率决定了材料的光学性能。

目前，很多新型的光扩散材料都是使用方法产生的，因为这种方法类似聚合物掺杂，工艺简单，尤其是在用量非常大的光扩散板材方面，这种方法能够进行连续生产，生产效率高。简单介绍几款常用共混法生产的光扩散材料：

（1）分散颗粒用聚硅氧烷和PC 材料进行共混，可以制备出一种新型的PC 光漫散射片，这种散射片具有高强度的散射性能，并且能够使所有的光源成平均性散射。

（2）分散颗粒用甲基丙烯酸的聚合物粒子，同样加入到PC 材料进行共混，形成新型有效的高光扩散和高光透过率，其最大的特点就是不会出现银斑，树脂色斑点，有稳定的光扩散性。

2 散射体粒子对共混制备PC 光扩散材料的影响因素

散射体粒子的种类大致可以分为：有机粒子、无机粒子和复合材料三类。而散射体粒子需要符合以下三点：

（1）光学性质和基体材料有一定差别。

（2）对透过的光线应无吸收或少吸收。

（3）粒子的尺寸必须满足一定要求。

在研究初期，无机的散射体微粒应用范围较广，但这类微粒坚硬、形状不规则，加工时容易损坏设备，且分散的粒子不够均匀。如果粒子自身体积偏大，还会导致聚合材料表面不光滑。因此，无机粒子在生产实践中逐渐被取代。

有机散射微粒和基材的相容性比无机粒子好，因此逐渐代替了无机粒子。研究发现壳核结构的散射微粒具有更大的优势，因为这种结构的粒子由核及外壳构成，最外层的核壳与材料能够很好地互容，从而提升了散射微粒的分散特性。同时，由于粒子之间的结合比较紧密，复合材料的力学性能也得到了改善。如果采用较为坚韧的原料来制作内核，反而会提升材料的冲击性能。简单介绍几个共混光扩散材料：

（1）美国曾研究表明用橡胶核热塑壳散射体粒子，核内聚物的折射率可以调节，并且该物质可以很好地分散在基体中，使得基体的抗冲击性能不受影响，也保证了良好的透光率。

（2）国内也有研究显示，用包裹的方法将微小球体进行两层包裹或者更多层的壳体包裹，可以将微小球体通过各种不同的方式共混到高透明基体材料当中，来得到光散射材料。

2.1 微粒折射率

通过光散射理论可知，掺入了相同体积相同直径微粒的不同散射微粒聚合物，光散射效果的好坏与折光率直接相关。在PC 光扩散材料中，散射体微粒与基体树脂的折光率之差的大小，直接决定了光扩散材料的扩散效果和透光效果好坏。

2.2 微粒直径

散射体微粒分散存在于基体树脂材料内部，这些微粒的直径也影响到了复合材料的性能。研究发现，在一定掺杂浓度下，随着微粒直径的增大，透光率逐渐加；而扩散率迅速增大，达到顶点之后又开始下滑。随着粒子直径的不断增大，反向的散射作用减弱，而正向散射作用增强，使透光率增强。如果在PC 中掺入纳米等微小颗粒，那么扩散率的高低将主要取决于微粒的散射能力，这时散射系数较小，扩散率也很低。当粒子的直径逐渐增大时，微粒的散射能力增强，导致扩散率增加。如果粒子的直径继续增大，那么散射能力不再受到很大的影响，而散射的光线多集中于正前方，因此扩散率呈现下降趋势。

2.3 微粒浓度

散射体微粒的浓度，也是决定材料散射效果的一个重要因素。数值模拟研究时发现，散射微粒的浓度可以决定输出光面的均匀程度。如果介质中散射体微粒的浓度超过临界点时，输出光线最强的部分就会出现在距离光源较远的位置；而当微粒的浓度正好处于临界点的时候，输出的光线强度分布就十分均匀。随着散射体微粒浓度的加大，输出光线的最强值由远向近移动。因此，我们只要有效控制了微粒的浓度，就可以获得均匀分布的光线。

3 总结

PC 光的扩散材料，具有良好的光扩散效果，较高的透光率以及优异的力学性能。未来对于PC 光扩散材料的研究应该分层进行，先研究选择出优异性能的散射体粒子，进而制备出和基体树脂能够相容的、有优异光学性能的复合材料。

应该着手四个方面进行细致的研究工作：

（1）侧重研究基体树脂与散射体粒子的相互包容性，来提高光散射的效果。

（2）认真分析在PC 光扩散材料中有哪些因素是影响其光散射性能，通过对影响因素的分析与研究，从而进一步加强PC 光扩散材料的光散射效果。

（3）在PC 光扩散材料上应该注重与聚合法制备的联系，大力开发与研究聚合法的应用及性能。

（4）通过高科技细致化的对PC 光扩散材料中，材料的细微观察，对其物理性能的分析与研究，进一步提高PC 光扩散材料的性能。

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