Surpresa! Encontrámos um material que pode não só melhorar eficazmente a difusão da luz, mas também manter uma elevada transmitância

1 prefácio.

Como fonte de luz de quarta geração, o díodo emissor de luz (LED) tem uma série de vantagens, tais como baixo consumo de energia, tamanho reduzido, resposta rápida, elevada fiabilidade, longa duração, etc.

Nos últimos anos, impulsionada pelo conceito de desenvolvimento da poupança de energia e da proteção ambiental, a iluminação LED registou um rápido desenvolvimento, substituindo a fonte de iluminação tradicional, e tem sido amplamente utilizada em ecrãs, iluminação, indicação de sinais e outros campos. No entanto, o calor das fontes de luz LED é grave, pelo que são necessários requisitos mais elevados para a resistência ao calor dos materiais periféricos, como os abajures e os suportes para lâmpadas. O material policarbonato (PC) tem excelentes propriedades ópticas, propriedades mecânicas, resistência ao calor e propriedades dieléctricas, pelo que é um material ideal para o fabrico de lâmpadas e lanternas LED. Devido à elevada eficiência luminosa e à forte directividade, a fonte de luz composta por contas de lâmpadas LED e o seu conjunto é forte, o que é fácil de causar danos aos olhos humanos, pelo que é necessário utilizar material de difusão da luz como cobertura frontal da fonte de luz LED para a transformar numa fonte de luz de superfície mais uniforme e suave. Os materiais de difusão de luz são geralmente preparados através da dispersão de partículas difusoras de luz numa matriz polimérica transparente e têm uma elevada transmitância de luz e nebulosidade, o que pode conseguir um bom efeito de nivelamento sob a condição de uma pequena perda de intensidade de luz [3]. O poliestireno, o polimetacrilato de metilo e a sílica são habitualmente utilizados em materiais de PC de fotodifusão, mas a gama de aplicações destes materiais é limitada em certa medida devido ao seu custo relativamente elevado. Neste trabalho, é estudado o efeito da boehmite no desempenho do PC. Os resultados mostram que a boehmite pode não só manter as excelentes propriedades mecânicas do PC, mas também proporcionar um bom efeito de difusão da luz e fluidez de processamento, o que se espera que proporcione uma solução mais económica para o equipamento de iluminação LED em grande escala.

2. Parte da experiência

2.1 principais matérias-primas e equipamentos.
Resina PC: grau industrial, taxa de fluxo de fusão é de 3 g 10 min, Mitsubishi Co., Ltd.; Boehmite: tamanho de partícula 2 μ m, Anhui Yishitong Co., Ltd. Outros auxiliares: no mercado. Extrusora de parafuso duplo: STS-35, Nanjing Kobelong Machinery Co., Ltd.; máquina de moldagem por injeção: HTF86/TJ, China Haitian plastic Machinery Co., Ltd.; Máquina de ensaio universal: CMT6103, Shenzhen New Sansi material testing Co., Ltd.; máquina de teste de impacto: BPI-5.5STAC, Zwick/Roell, Alemanha; aparelho de ensaio do caudal de fusão: BMF-003, Zwick/Roell, Alemanha; medidor de transmitância de luz visível: BTR-1S, Hebei Xianhe Science and Technology Co., Ltd. Microscópio eletrónico de varrimento: Smur3400N, Beijing Tianmei (China) Scientific Instruments Co., Ltd.

2.2 preparação do PC de fotodifusão
A fórmula experimental do PC de fotodifusão é apresentada no Quadro 1. De acordo com a fórmula, os componentes são totalmente misturados e adicionados ao funil da extrusora. A temperatura de extrusão desde a primeira zona até à décima zona é de 140, 270, 270, 260, 260, 250, 250, 250, 270 °C, a velocidade do parafuso é de 300 r/min e a alimentação é de 30 kg/h. Depois de a tira de extrusão ser cortada e seca, a mecânica e a placa quadrada são preparadas pelo mecanismo de moldagem por injeção. A temperatura de injeção é de 300 °C, a pressão e a velocidade de injeção são de 800,144 MPa e 55% ~ 99%, respetivamente. Depois de as estrias terem sido ajustadas a 25 °C e 50% de humidade durante 24 h, foram realizados os respectivos ensaios.

2.3 ensaio de desempenho.
A transmitância da luz e a nebulosidade foram medidas por uma placa quadrada com uma espessura de 2,0 mm. A condição de teste do índice de fusão é 300 °C 1,2 kg. As propriedades mecânicas são testadas pela norma ASTM. A velocidade do ensaio de tração é de 50 mm/min e a velocidade do ensaio de flexão é de 2 mm/min.

3 resultados e discussão.
3.1 Efeito da boehmite nas propriedades ópticas do PC

A composição da boehmite é γ-AlOOH e o seu cristal é branco à temperatura ambiente. A morfologia da boehmite é um cristal cúbico com um tamanho de partícula de cerca de 2 μ m por SEM, e a sua forma e tamanho são regulares e uniformes (Fig. 1a), que é a base para o seu bom efeito ótico. Quando a boehmite é adicionada à resina de PC, pode ser bem dispersa, não existe um agregado de tamanho grande, o número de partículas dispersoras de luz no sistema não será reduzido devido à aglomeração e, devido à falta de interação, a ligação entre a boehmite e a resina de PC é fraca, existe um certo intervalo entre elas (figura 1b), o que também aumenta o efeito de dispersão da luz na interface [6].

A figura 2 mostra o efeito da boemite na transmissão da luz e na opacidade do PC. Com o aumento do teor de boehmite, a transmissão da luz do PC diminuiu linearmente. Quando o teor de boehmite atingiu 3,0%, a transmissão da luz diminuiu de 89,1% do PC puro para 58,8%, que se manteve a um nível elevado. A razão é que o índice de refração da boehmite é de 1,63 a 1,67, que é próximo do do PC. Em termos de nebulosidade, quando o conteúdo de boehmite é de 0,5%, a nebulosidade aumenta acentuadamente de 5,0% de PC puro para 74,7%. Quando o teor de boehmite é de 2,0%, a opacidade é superior a 90% (93,2%), mas quando o teor é aumentado para 3,0%, a opacidade só aumenta para 94,5%. A aplicação prática dos produtos correspondentes neste domínio não é significativa.

Na estrutura molecular do PC, a estabilidade das ligações de carbonato é fraca. No ambiente de processamento, a boehmite, como um tipo de hidróxido, pode catalisar a hidrólise das ligações de carbonato, resultando na diminuição do peso molecular do PC. Pode ver-se na figura 3 que, com o aumento do teor de boehmite, o índice de fusão do PC aumenta rapidamente de 3,5 g 10 min para 20,0 g 10 min. Em termos de tenacidade, a resistência ao impacto entalhado do PC foi reduzida de 935,7 Jago para 725,0 Jago com a adição de 3,0% de boehmite, mas ainda se manteve num nível elevado. Considerando que as partículas de boehmite dispersas no PC são um ponto defeituoso, que deve ter um efeito negativo na resistência ao impacto, especula-se que a diminuição do peso molecular do PC e o seu efeito na tenacidade são limitados, e o aumento substancial da fluidez do sistema depende principalmente do efeito plastificante dos produtos de baixo peso molecular produzidos pela hidrólise do PC. Por outro lado, a boehmite pode reforçar o PC até certo ponto, e a resistência à flexão e o módulo do PC podem ser aumentados de 100,5 MPa e 2471 MPa para 106,5 MPa e 2701 MPa, respetivamente, com a adição de 3,0% (Fig. 4).

4 conclusão

A adição de boehmite ao PC pode melhorar eficazmente a nebulosidade e manter uma elevada transmitância da luz, conseguindo assim um bom efeito de difusão da luz; a boehmite pode melhorar o PC, mas em certa medida conduz à hidrólise da ligação de carbonato e à diminuição do peso molecular do PC, o que aumenta consideravelmente a fluidez e reduz ligeiramente a tenacidade do PC. Quando o teor de boehmite é de 2,0%, as propriedades do material são ideais em termos de efeito de difusão da luz, propriedades mecânicas e fluidez de processamento, e têm boas propriedades globais.