一种光扩散剂及其应用方法与流程

1.本发明涉及光学领域，具体地说，涉及一种光扩散剂及其应用方法。


背景技术：

2.光扩散剂是通过产生与基体具有不同的折射率的具有合适的尺寸的岛相，对光产生了散射、反射和折射，而实现对光的调控。光扩散剂是在保持光的透过率在一定合理的范围的同时，对光产生雾化，以提供好的观感。使用光扩散剂的领域，包括了柔和了来自光源的强光的lcd显示中用的光扩散膜和led灯具中的灯罩，lcd显示中用的光扩散膜构成一般是在聚对笨二甲酸乙二醇酯(pet)膜上形成含有光扩散剂的聚丙烯酸酯涂层；而led灯具中的灯罩则是在高分子如聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚苯乙烯(ps)和聚碳酸酯(pc)中掺入光扩散剂；用于遮盖缺陷如皱纹的化妆品是在形成的皮肤涂层中引入光扩散剂。
3.光扩散剂大体上包括有机材料丙烯酸型、有机硅型，聚乙烯型等，和无机材料纳米硫酸钡，二氧化硅、碳酸钙等。现在使用的中空粒子类光扩散剂存在诸多的缺陷，如在制备过程中，会形成大量，包括对环境危害的副产物和难以除去的杂质，如公开号为cn112433279a的中国专利和专利号为wo2016/152872的欧洲专利。现有技术中使用碳酸钙为模板制备的中空二氧化硅纳米粒子，会使用大量的盐酸，产生大量的盐和二氧化碳，氨水会难以除去；在形成光学涂层时，加工性较差，如光扩散剂和加工介质如溶剂或基体材料较易分相或形成沉淀；形成的光学涂层中，光扩散剂剂与基材的相容性差，性能有待进一步提高。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术上的问题，本发明提供一种光扩散剂及其应用方法，经过高分子和有机物的改性，提高光扩散剂在分散介质和基体中的分散性，从而提高了在应用中光的扩散性能。
5.本发明提供以下技术方案：
6.一种光扩散剂，包括中空二氧化硅粒子，还包括与中空二氧化硅粒子壳层交织的高分子，所述高分子为聚醚。
7.进一步的，所述中空二氧化硅粒子直径为5纳米至20微米，所述的粒子壳层厚度为1纳米至1微米。
8.进一步的，所述聚醚的质量百分含量为10-80％，
9.进一步的，所述聚醚为聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚四氢呋喃中的一种或几种，聚醚为均聚物、无规共聚物或嵌段共聚物。
10.进一步的，所述聚醚的数均分子量为500到200,000，分子量分布为1.05到3.0。
11.进一步的，所述聚醚为聚环氧乙烷和聚环氧丙烷的嵌段共聚物，其中环氧乙烷重复单元和环氧丙烷重复单元的摩尔比为从1：10到10：1。
12.进一步的，所述聚醚为聚环氧乙烷/聚环氧丙烷/聚环氧乙烷的三嵌段共聚物，其
中环氧乙烷重复单元和环氧丙烷重复单元的摩尔比为从1：8到8：1。
13.一种光扩散剂，包括中空二氧化硅粒子，和与中空二氧化硅粒子壳层交织的高分子，所述高分子为聚醚，高分子修饰的二氧化硅粒子经硅氧烷改性，由二氧化硅与硅氧烷反应，所述硅氧烷化学式为(r1)
x
(r2o)
4-xsi
，其中,x为1到3；r1和r2为含碳数为1到10的烷基、烯基、炔基和芳香基，r1和r2也可以为卤代、胺基、硝基和磺酸基取代1到10的烷基、烯基、炔基和芳香基；r1、r2相同或不同。
14.进一步的，所述硅氧烷为二甲基二甲氧基硅氧烷、二甲基二乙氧基硅氧烷、三甲基甲氧基硅氧烷、二乙基二乙氧基硅氧烷、丙基三甲氧基硅烷或3-氨基丙基三乙氧基硅烷。
15.一种将光扩散剂用于光扩散膜的用途。
16.一种将用于光扩散板材的用途。
17.一种将光扩散剂用于光扩散乳液的用途。
18.采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
19.1、本发明的光扩散剂将中空二氧化硅粒子进行表面改性，有效地将通过溶胶-凝胶途径形成的中空二氧化硅粒子分隔开来，因而，在合成过程和后处理阶段，中空二氧化硅粒子不会接触形成粒子间的硅氧键，从而，有效地避免了粒子间的聚集。
20.2、本发明的光扩散剂，在使用过程中，因为中空二氧化硅粒子间没有聚集，以及高分子和来自与硅氧烷反应形成的有机物质成分与加工分散介质的相容性，使中空二氧化硅粒子可以较好地分散到加工分散介质中，从而形成均匀的体系。
21.3、本发明的光扩散剂，在制备固体光扩散产品，如光扩散膜中的涂层在时，在分散介质中形成均匀的体系，提高了加工性能，如防止加工过程的管道堵塞，从而，提高了生产效率和产品的质量。
22.4、本发明的光扩散剂，在固体光扩散产品，如光扩散膜中的涂层中，因为中空二氧化硅粒子间没有聚集，以及高分子和来自与硅氧烷反应形成的有机物质成分与基体材料，如光扩散膜中的聚丙烯酸酯间的相容性，使中空二氧化硅粒子在基材中得到均匀的分散，从而，能充分实现了中空二氧化硅粒子的光扩散性能，从而，得到性能好的产品。
23.5、本发明的光扩散剂，在制备液体光扩散产品，如化妆品乳液时，在分散介质中形成均匀的体系，有助于在皮肤上形成均匀的涂层，大幅减少皮肤皱纹的可见度，又不妨碍自然观感；要得到这个效果，皮肤上的乳液层的雾化度要求大于50％，透过率在30％和90％之间，本专利可以满足要求。
附图说明
24.图1本发明光扩散剂2的tem图结果；
25.图2是本发明两种光扩散剂和聚(乙二醇)
132-聚(1,2-丙二醇)
50-聚(乙二醇)
132
三元嵌段共聚物(巴斯夫pluronic f108)在dmso-d6中的核磁共振氢谱图结果；
26.图3是本发明二氧化硅及两种光扩散剂的热失重曲线图。
具体实施方式
27.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的结构图及具体实施例仅用以解释本
发明，并不用于限定本发明。
28.下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书进行。
29.实施例1
30.本发明提供了一种光扩散剂，包括中空二氧化硅粒子，还包括与中空二氧化硅粒子壳层交织的高分子，所述高分子为聚醚。优选的，中空二氧化硅粒子直径为5纳米至20微米，所述的粒子壳层厚度为1纳米至1微米。聚醚的质量百分含量为10-80％，聚醚为聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚四氢呋喃中的一种或几种，聚醚为均聚物、无规共聚物或嵌段共聚物。聚醚的数均分子量为500到200,000，分子量分布为1.05到3.0。
31.聚醚为聚环氧乙烷和聚环氧丙烷的嵌段共聚物，其中环氧乙烷重复单元和环氧丙烷重复单元的摩尔比为从1：10到10：1。
32.聚醚为聚环氧乙烷/聚环氧丙烷/聚环氧乙烷的三嵌段共聚物，其中环氧乙烷重复单元和环氧丙烷重复单元的摩尔比为从1：8到8：1。
33.本发明提供了一种光扩散剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
34.步骤一、将240质量份35.5％盐酸与960质量份的去离子水混合；
35.步骤二、在搅拌条件下，向混合液中加入80质量份聚(乙二醇)
132-聚(1,2-丙二醇)
50-聚(乙二醇)
132
三元嵌段共聚物(巴斯夫pluronic f108)，全部溶解后加入93质量份均三甲苯；
36.步骤三、向混合液中滴加86质量份的正硅酸四乙基酯，反应24小时后离心分离，用去离子水洗涤，得到光扩散剂1。
37.本发明提供了光扩散剂1用于光扩散乳液的制备方法，包括以下步骤：
38.步骤一、将2.5份光扩散剂1分散到97.5份聚环氧乙烷/聚环氧丙烷-18/18聚二甲基硅氧烷的12.5％(质量百分比)的环戊硅氧烷溶液(道康宁(dow corning)5225)中，搅拌分散均匀得到光扩散乳液；
39.步骤二、将得到的光扩散乳液刮涂到玻璃板上，形成30微米涂层，在空气中放置1小时后，得到光扩散乳液涂层；
40.在cs-720清晰度雾度仪上检测透过率和雾化度，结果为透过率为83.5％，雾化度为25.0％。
41.根据本实验结果可知，因为在中空二氧化硅粒子壳层的聚醚高分子，使二氧化硅粒子在分散介质中，能形成较为均匀的体系，进而有助于形成比较均匀的涂层，较为有效地实现了中空二氧化硅粒子对光的扩散性能，所以，光扩散乳液透具有较好的光透过率和雾化度。
42.实施例2
43.本发明提供了一种光扩散剂，包括中空二氧化硅粒子，和与中空二氧化硅粒子壳层交织的聚醚，并且，经硅氧烷改性，由二氧化硅与硅氧烷反应，所述硅氧烷化学式为(r1)
x
(r2o)
4-xsi
，其中,x为1到3；r1和r2为含碳数为1到10的烷基、烯基、炔基和芳香基，r1和r2也可以为卤代、胺基、硝基和磺酸基取代1到10的烷基、烯基、炔基和芳香基；r1、r2相同或不同。硅氧烷为二甲基二甲氧基硅氧烷、二甲基二乙氧基硅氧烷、三甲基甲氧基硅氧烷、二乙基二乙氧基硅氧烷、丙基三甲氧基硅烷或3-氨基丙基三乙氧基硅烷。
44.本发明提供了一种光扩散剂的制备方法，包括以下步骤：
45.步骤一、将240质量份35.5％盐酸与960质量份的去离子水混合；
46.步骤二、在搅拌条件下，向混合液中加入80质量份聚(乙二醇)
132-聚(1,2-丙二醇)
50-聚(乙二醇)
132
三元嵌段共聚物(巴斯夫pluronic f108)，全部溶解，加入93质量份均三甲苯；
47.步骤三、向混合物中滴加86质量份的正硅酸四乙基酯，反应24小时后，滴加46质量份的二甲基二甲氧基硅烷，48小时后，离心分离，用去离子水洗涤，得到光扩散剂2。
48.本发明提供了一种光扩散膜的制备方法，包括以下步骤：
49.步骤一、将0.5质量份的光扩散剂2分散到5质量份、质量份比为28：22的甲苯和乙酸乙酯混合溶液中，搅拌分散；
50.步骤二、将1.5-4质量份步骤一的混合液与1.5质量份聚丙烯酸酯多元醇(wdu-938,含固量50％，羟值50，dic公司产品)和0.33质量份多异氰酸酯(desmodur i,nco含量37％)混合均匀；
51.步骤三、在90度下，将混合溶液涂到厚度为100微米的聚对笨二甲酸乙二醇酯(pet)膜上，热风干燥20分钟，得到干膜厚度约为10微米的涂层，在40度下，保持48小时，得到光学光扩散膜。
52.其中，步骤二中取用步骤一的混合液的质量份为1.8份、2.5份、3.2份或4份，可制备光扩散膜a、光扩散膜b、光扩散膜c、光扩散膜d。
53.在cs-720清晰度雾度仪上检测透过率和雾化度，结果如下：
[0054] 光扩散膜a光扩散膜b光扩散膜c光扩散膜d透过率87.5％89.0％90.2％88.3％雾化度50％66.9％80.9％90.7％
[0055]
从实验结果可以看出，因为高分子和来自与硅氧烷反应形成的有机物质成分，可以防止中空二氧化硅粒子间在扩散膜中形成聚集，提高与基体材料聚丙烯酸酯间的相容性，使中空二氧化硅粒子在基材中得到均匀的分散，从而，充分实现了中空二氧化硅粒子的光扩散性能，因此，得到高的光透过率和雾化度。如市售通用系列bdn光扩散膜的光透过率小于75％，雾化度小于86％的膜；公开号为cn203149141u的中国专利在其技术方案中使用了中空微球后，性能有所提高，但其透过率小于80％，雾化度小于89％，而本专利的扩散膜的透过率和雾化度都得到了提高，分别可以达到88.3％和90.7％。
[0056]
实施例3
[0057]
本发明提供了一种光扩散乳液的制备方法，包括以下步骤：
[0058]
步骤一、将2.5份光扩散剂2分散到97.5份聚环氧乙烷/聚环氧丙烷-18/18聚二甲基硅氧烷的12.5％(质量百分比)的环戊硅氧烷溶液(道康宁5225c)中，搅拌分散均匀得到光扩散乳液；
[0059]
步骤二、将得到的光扩散乳液刮涂到玻璃板上，形成30微米涂层。在空气中放置1小时后，在cs-720清晰度雾度仪上检测透过率和雾化度，结果为透过率为71.7％，雾化度为62.4％。
[0060]
实施例4
[0061]
本发明提供了一种光扩散乳液的制备方法，包括以下步骤：
[0062]
步骤一、将0.75-1.8质量份制备的光分散剂2，分散到16份环戊硅氧烷(pmx-0245)，搅拌均匀；
[0063]
步骤二、将上述混合液加入到10质量份的聚环氧乙烷/聚环氧丙烷-18/18聚二甲基硅氧烷的12.5％(质量百分比)的环戊硅氧烷溶液(道康宁5225c)和1质量份的聚甘油-3二硅氧烷聚二甲基硅氧烷(信越有机硅kf6100)中，搅拌均匀，得到乳液a；
[0064]
步骤三、将5质量份甘油，0.4质量份防腐剂，65.80-66.85质量份去离子水混合，搅拌均匀，得到乳液b；
[0065]
步骤四、将乳液b加到乳液a，混合均匀得到光扩散乳液；乳液a的制备中取用光分散剂2的份数为0.75、1.0、1.1或1.2质量份；乳液b制备中去离子水取用65.8、66.1、66.4或66.5质量份。制得光扩散乳液a、光扩散乳液b、光扩散乳液c和光扩散乳液d。
[0066]
将得到的乳液刮涂到玻璃板上，形成30微米涂层，在空气中放置1小时后，在cs-720清晰度雾度仪上检测透过率和雾化度，结果如下：
[0067][0068][0069]
从实验结果可以看出，因为高分子和来自与硅氧烷反应形成的有机物质成分，可以防止中空二氧化硅粒子间在乳液中形成聚集，提高与基体材料间的相容性，使中空二氧化硅粒子在乳液中得到均匀的分散，从而，能充分实现了中空二氧化硅粒子的光扩散性能，因此，得到高的光透过率和雾化度。在制备化妆品乳液，要大幅减少皮肤皱纹的可见度，又不妨碍自然观感，皮肤上的乳液层的雾化度要求大于50％，透过率在30％和90％之间，本专利可以满足要求。
[0070]
实施例5
[0071]
材料结构表征和测试实验
[0072]
透过电子显微镜(tem)图从philips cm300 fegtem得到，操作电压为300k，将高分子改性的中空二氧化硅粒子在超声下，分散到乙醇中，将覆盖有碳膜的铜样品网浸渍到样品的乙醇溶液中，取出后晾干后，进行tem测试。核磁氢谱(1h-nmr)从bruker drx-400波谱仪得到。热失重分析(tga)是在氮气气氛下，从thermal analysis tga 2050仪上得到，氮气流速为60毫升/分钟，加热速度为15℃/分钟，从100℃升到800℃。光的雾度和透光率在cs-720清晰度雾度仪上测得。
[0073]
图1是光扩散剂2的tem图，结果显示粒子的直径是30纳米左右，壳层厚度在8纳米左右。
[0074]
图2是聚(乙二醇)
132-聚(1,2-丙二醇)
50-聚(乙二醇)
132
三元嵌段共聚物(巴斯夫pluronic f108),光扩散剂1和光扩散剂2在dmso-d6中的核磁共振氢谱图。
[0075]
聚(乙二醇)
132-聚(1,2-丙二醇)
50-聚(乙二醇)
132
三元嵌段共聚物的1h峰的位置在1.00ppm和3.3ppm左右处，光扩散剂1和光扩散剂2的核磁共振氢谱图中，也有这些峰，所以光扩散剂1和光扩散剂2含有聚(乙二醇)
132-聚(1,2-丙二醇)
50-聚(乙二醇)
132
三元嵌段共聚物；所得的产物是在用水充分洗涤后得到的，聚(乙二醇)
132-聚(1,2-丙二醇)
50-聚(乙二
醇)
132
三元嵌段共聚物可以被水洗除，因此，产品中的聚(乙二醇)
132-聚(1,2-丙二醇)
50-聚(乙二醇)
132
三元嵌段共聚物是与二氧化硅层交织在一起，而不会被水洗涤除去。
[0076]
图3是二氧化硅,光扩散剂1和光扩散剂2和的热失重图。
[0077]
在800度时，二氧化硅具有很好的热稳定性，而光扩散剂1和光扩散剂2中的聚醚成分和不耐热的有机成分被除去。根据二氧化硅和光扩散剂1的热失重曲线，可以计算其中的聚醚含量在34％左右。根据光扩散剂1和光扩散剂2的热失重曲线，可以计算出，经与二甲基二甲氧基硅氧烷反应改性后，不耐热的有机成分为增加了2％左右。
[0078]
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种光扩散剂，包括中空二氧化硅粒子，其特征在于，还包括与中空二氧化硅粒子壳层交织的高分子，所述高分子为聚醚。2.根据权利要求1所述的光扩散剂，其特征在于，所述中空二氧化硅粒子直径为5纳米至20微米，所述的粒子壳层厚度为1纳米至1微米。3.根据权利要求1所述的光扩散剂，其特征在于，所述聚醚的质量百分含量为10-80％。4.根据权利要求1所述的光扩散剂，其特征在于，所述聚醚为聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚四氢呋喃中的一种或几种，聚醚为均聚物、无规共聚物或嵌段共聚物。5.根据权利要求4所述的光扩散剂，其特征在于，所述聚醚的数均分子量为500到200,000，分子量分布指数为1.05到3.0。6.根据权利要求5所述的光扩散剂，其特征在于，所述聚醚为聚环氧乙烷和聚环氧丙烷的嵌段共聚物，其中环氧乙烷重复单元和环氧丙烷重复单元的摩尔比为从1：10到10：1。7.根据权利要求6所述的光扩散剂，其特征在于，所述聚醚为聚环氧乙烷/聚环氧丙烷/聚环氧乙烷的三嵌段共聚物，其中环氧乙烷重复单元和环氧丙烷重复单元的摩尔比为从1：8到8：1。8.一种光扩散剂，包括中空二氧化硅粒子，和与中空二氧化硅粒子壳层交织的高分子，所述高分子为聚醚，其特征在于，高分子修饰的二氧化硅粒子经硅氧烷改性，由二氧化硅与硅氧烷反应生成的有机物，所述硅氧烷化学式为(r1)
x
(r2o)
4-xsi
，其中,x为1到3；r1和r2为含碳数为1到10的烷基、烯基、炔基和芳香基，r1和r2也可以为卤代、胺基、硝基和磺酸基取代1到10的烷基、烯基、炔基和芳香基；r1、r2相同或不同。9.根据权利要求8所述的光扩散剂，其特征在于，所述硅氧烷为二甲基二甲氧基硅氧烷、二甲基二乙氧基硅氧烷、三甲基甲氧基硅氧烷、二乙基二乙氧基硅氧烷、丙基三甲氧基硅烷或3-氨基丙基三乙氧基硅烷。10.一种将权利要求1-9中任一项所述的光扩散剂用于光扩散膜的用途。11.一种将权利要求1-9中任一项所述的光扩散剂用于光扩散板材的用途。12.一种将权利要求1-9中任一项所述的光扩散剂用于光扩散乳液的用途。

技术总结
本发明提供了一种光扩散剂，包括中空二氧化硅粒子，还包括与中空二氧化硅粒子壳层交织的高分子，所述高分子为聚醚。也包括高分子修饰的二氧化硅粒子经硅氧烷改性，由二氧化硅与硅氧烷反应生成的有机物。本发明的光扩散剂，在使用过程中，因为中空二氧化硅粒子间没有聚集，以及高分子和来自与硅氧烷反应形成的有机物质成分与加工分散介质以及基体材料的相容性，使中空二氧化硅粒子可以较好地分散到加工分散介质以及基体材料中，从而形成均匀的体系。系。系。


技术研发人员：刘业
受保护的技术使用者：刘业
技术研发日：2023.07.25
技术公布日：2023/9/20