用于測定熱塑性材料的退化的方法
【技術領域】
[0001] 本公開涉及用于測定例如當經受熱和光時熱塑性材料的退化（degradation)如 不透明的、半透明的和透明的聚碳酸酯的變色速率的方法。
【背景技術】
[0002] 熱塑性材料包括大家族的聚合物，其中大部分具有高分子量。分子間作用力是分 子鏈締合的原因，這使得熱塑性材料被加熱和重塑。在高于它們的玻璃化轉變溫度但低于 它們的熔點的溫度下，熱塑性材料變得柔韌和可模制，并且在熱塑性材料的模制之后且在 冷卻時，分子間作用力改良，導致模制品具有與在模制之前的材料基本上相同的物理性能。
[0003] 聚碳酸酯屬于熱塑性材料家族并且包含碳酸酯基團-0_(C= 0)-0-。由于它們 的優異的強度和耐沖擊性，聚碳酸酯發現在整個產業中的廣泛應用。另外，可以容易機器制 造、冷成型、擠出、熱成型和熱模制聚碳酸酯。
[0004] 已知熱塑性材料暴露于光會誘導聚合物的變化。特別地，不透明的、半透明的和透 明的聚碳酸酯暴露于藍色LED(發光二極管）光對于有效的照射裝置如燈和其他類型的照 明設備的制造是有興趣的。將透明的定義為當根據ASTM D1003-00(2000)(在此，通過引用 并入）以3. 2mm厚的測試樣品的形式進行測試時至少80%的透光率。將半透明的定義為 當根據ASTM D1003-00(2000)以2. 5mm厚的測試樣品的形式進行測試時大于或等于40% 的透光率。將不透明的定義為當根據ASTM D1003-00(2000)以3. 2mm厚的測試樣品的形式 進行測試時10%或更大的透光率。根據ASTM D1003-00(2000)的測試使用程序A以及在 CE7000A上的CIE光源C和2度觀測器，利用具有8° /漫射幾何形狀的積分球、包含鏡面 分量、包含UV、大透鏡、以及大區域視圖，以取自CIE 1931三刺激值XYZ的Y(光透射率）記 錄百分比透射率值。
[0005] 具有400納米（nm)至500nm的峰強度以及3, 500瓦特/平方米（W/m2)至 120, 000W/m2的輻照度的藍色LED光是特別感興趣的。類似地，具有400nm至500nm的峰強 度以及小于120, 000W/m2的輻照度的白色LED光也是感興趣的。
[0006] 例如，使用混合有聚碳酸酯制劑的二氧化鈦，可以形成不透明和半透明聚碳酸酯。 此外，可以將也稱為"發光轉換材料"的遠程磷混合到聚碳酸酯中。發光轉換材料的實例包 括摻雜有稀土元素的釔鋁石榴石（YAG)、摻雜有稀土元素的鋱鋁石榴石、摻雜有稀土元素的 硅酸鹽（BOSE);摻雜有稀土元素的次氮基硅酸鹽；摻雜有稀土元素的正硅酸鹽氮化物、以 及摻雜有稀土元素的氧代次氮基錯娃酸鹽（oxonitridoaluminosilicate)。
[0007] 利用散射劑如光漫射體形成半透明聚碳酸酯。光漫射體通常采取光漫射顆粒的形 式并用于具有良好亮度的制品的制造。這樣的制品提供了入射光（如通過窗戶或天窗的自 然光、或人造光）的高水平透射，具有通過反射或散射的最小光損失，其中不期望在制品的 另一側看到光源或其他物體。
[0008] 制品，例如具有高遮蓋力程度（S卩，亮度）的板允許顯著量的光通過，但是充分擴 散的，以致光源或圖像是通過面板無法辨別的。光漫射體可以是（甲基）丙烯酸類的并且 包括聚（丙烯酸烷基酯）和聚（甲基丙烯酸烷基酯）。實例包括聚（甲基丙烯酸烷基酯）， 具體地，聚（甲基丙烯酸甲酯）（PMMA)。還可以使用聚（四氟乙烯）（PTFE)。光漫射體還包 括硅酮如聚（烷基倍半硅氧烷），例如聚（烷基倍半硅氧烷）如聚（甲基倍半硅氧烷），其 在商品名TOSPEARL?下可獲得自 Momentive Performance Materials Inc.。在聚（丙 烯酸烷基酯）、聚（甲基丙烯酸烷基酯）和聚（烷基倍半硅氧烷）中的烷基可以包含1至 12個碳原子。光漫射體還可以是交聯的。例如，PMMA可以與另一種共聚物如聚苯乙烯或乙 二醇二甲基丙烯酸酯交聯。在一種【具體實施方式】中，聚碳酸酯組合物包含光散射交聯的聚 (甲基丙烯酸甲酯）、聚（四氟乙烯）、聚（甲基倍半硅氧烷）、或包含前述中的至少一種的 組合。
[0009] 光漫射體還包括某些無機材料，如包含銻、鈦、鋇、和鋅的材料，例如銻、鈦、鋇和鋅 的氧化物或硫化物，或包含前述中的至少一種的組合。由于漫射效應取決于在聚合物基體 和光漫射體（尤其是光漫射顆粒）之間的界面面積，因此漫射體的顆粒尺寸可以小于或等 于10微米（ym)。例如，聚（烷基倍半硅氧烷）如聚（甲基倍半硅氧烷）的顆粒尺寸可以 是1. 6 ym至2. 0 ym，并且交聯的PMMA的顆粒尺寸可以是3 ym至6 ym。基于組合物的總 重量，光漫射顆粒可以以按重量計〇至1.5%，具體地，0.001至1.5%，更具體地，0.2%至 0.8%的量存在于聚碳酸酯組合物中。例如，基于組合物的總重量，聚（烷基倍半硅氧烷） 的存在量可以為〇至1. 5wt %，并且，基于組合物的總重量，交聯的PMMA的存在量可以為0 至 1. 5wt% 〇
[0010] 盡管物理特性強度和耐沖擊性使得聚碳酸酯期望用作LED照射的蓋和透鏡，但聚 碳酸酯暴露于LED的藍光（以及有機LED的光）引起以變色形式的聚碳酸酯的退化。例如， 已知，在暴露于藍光的情況下，透明聚碳酸酯變成黃色，甚至變暗至棕色。透明聚碳酸酯的 這種退化是不可接受的，這是因為黃變的聚碳酸酯吸收光，從而降低燈的效率。此外，黃變 改變從燈發射的光的顏色，這也是不可接受的。另外，當它構成LED燈的一部分時，透明聚 碳酸酯還要經受高溫。高溫可能在透明聚碳酸酯的黃變中發揮作用。
[0011] 對于測定當暴露于光時熱塑性材料制劑的退化，尤其是不透明、半透明和透明聚 碳酸酯制劑的變色速率的方法存在明顯需要，從而能夠針對它們適用于LED燈來評估和比 較不同的制劑。期望的是，所述方法提供熱塑性材料的加速測試，其不太慢以致是不實用 的，并且不太快以致在可以在制劑之間進行有意義的比較之前破壞樣品。

【發明內容】

[0012] 本發明涉及用于測定熱塑性材料如透明聚碳酸酯的退化的方法。
[0013] 在一種實施方式中，用于測定熱塑性材料的退化的方法可以包括：用具有集中在 400nm至500nm波長處的峰強度以及3, 500W/m2至120, 000W/m2的輻照度的光照射熱塑性材 料持續第一時間段；在第一時間段期間將熱塑性材料周圍的環境空氣維持在23°C至175°C 的溫度；以及重復照射和維持步驟持續多個連續時間段。
[0014] 在另一種實施方式中，用于測定熱塑性材料的退化的方法可以包括：用具有集中 在400nm至500nm波長處的峰強度以及3, 500W/m2至120, 000W/m2的輻照度的光照射熱塑性 材料持續第一時間段；以及在第一時間段期間將熱塑性材料周圍的環境空氣維持在23°C 至175°C的溫度；其中熱塑性材料包括聚碳酸酯，并且其中退化是變色速率。
[0015] 以下鑒于附圖和【具體實施方式】來更具體地描述這些和其他特征和特性。
【附圖說明】
[0016] 以下是附圖的簡要描述，其中相似的要素（元件）編號相似并且呈現其用于說明 本文公開的示例性實施方式的目的，而并非用于限制其的目的。
[0017] 圖1是示出了用來執行用于測定熱塑性材料如不透明、半透明或透明聚碳酸酯的 退化的方法的實施例裝置的示意圖。
[0018] 圖2是示出了用于測定熱塑性材料的退化的示例性方法的流程圖。
[0019] 圖3和圖4是示出了用于測量透明熱塑性材料樣品的變色度的示例性方法的流程 圖。
【具體實施方式】
[0020] 圖1示出了實施例裝置10,其可用于測定熱塑性材料的退化，尤其是，用于表征和 比較不透明、半透明和透明聚碳酸酯的變色速率。裝置10包括爐室12,其中放置加熱元件 14。加熱元件14將室12內的環境空氣建立和維持在適用于特定測試協議的期望溫度下。 在一個實際實施例中，加熱元件14可以是電阻加熱器。也將至少一個光源16設置在室12 內，選擇光源16以在適合于測試要求的期望頻率范圍內發射光。在一個具體實施例中，光 源16可以包括其光由石英玻璃波導管20引導，以撞擊設置在室12內的用于測試的熱塑性 材料樣品22的多個LED 18。
[0021] 通過設置在室中的溫度測量裝置24,例如產生表明室中空氣溫度的電信號的溫度 計或熱電偶來監測室12中的環境空氣的溫度。將另一種溫度測量裝置26 (再次，例如，熱 電偶）安裝在熱塑性材料樣品22上并用來監測樣品溫度，其可以高于空氣溫度，這是由于 來自光源16的光撞擊。來自溫度測量裝置24和26的信號被提供給控制器28,其使用溫度 信息來在樣品22的測試期間控制加熱元件14和光源16。控制器28可以是，例如，可編程 邏輯控制器或計算機（具有常駐軟件），除接收和解讀溫度信號以及控制光源16和加熱元 件14的操作之外，其還可以記錄和登記來自測試的數據。在該實施例中，經由專用通信線 路30來進行在各種組件和控制器28之間的通信。
[0022] 圖2是概述了根據本發明測定不透明、半透明和透明熱塑性材料的退化的示例性 方法的流程圖。在該實施例中，用光照射熱塑性材料樣品如第一制劑的透明聚碳酸酯持續 期望的時間段，如在方框32中指出的。當測定用于與例如LED燈一起使用的透明聚碳酸 酯的變色時，已經發現，有利的是使用使其峰強度集中在400nm至500nm波長處并且具有 3,500W/m 2至120,000W/m2的輻照度（借助于積分球來校準所有輻照度值）的照射光。
[0023] 如在方框34中指出的，在照射期間，將樣品周圍的環境空氣維持在期望的溫度例 如23°C至175°C，持續期望的時間段。（最高環境空氣溫度通常受限于待測試樣品的玻璃化 轉變溫度。）獲得自該測試的數據可以用來測定樣品退化的瞬時速率，以及用于與具有不 同制劑的其他樣品的比較目的。70, 000W/m2至110, 000W/m2的輻照度也被認為是有用的， 如100,000W/m2的輻照度。90°C至130°C的環境空氣溫度也被認為是有用的，如120°C以及 130°C的空氣溫度。另外，其中光的峰強度集中在410nm至480nm(以輻射度測量）的照射 光波長被認為是有用的，如使其峰強度集中在459nm(以輻射度測量）處的照射光。預期 這些參數允許多達100小時的照射時間段，導致透明聚碳酸酯的可測量變色而沒有破壞樣 品。進一步預期的是，使其峰強度集中在448nm(以輻射度測量）的照射光將是有用的，以 及從LED光源發射并集中在470nm主波長（以光度測量）處的照射光。
[0024] 還可以期望的是，防止在樣品中可能破壞其的過多的熱量積聚。可以在照射期間 通過冷卻樣品來避免過多的熱量積聚。例如，通過提供在樣品和光源之間足以允許樣品周 圍的環境空氣循環的分隔距離并從而允許對流冷卻，可以完成如在方框36中指出的樣品 的冷卻。其他冷卻方法，如利用例如風扇的強制空氣冷卻，也是可行的。
[0025] 在方框38中指出了評估樣品的退化的步驟。例如，通過樣品或樣品的照片的簡單 的目測觀察，可以完成該評估步驟。測量技術也是有用的，如以下參照圖3和圖4詳細說明 的。
[0026] 如在方框40中所描述的，可以重復照射、維持和評估步驟持續多個連續時間段以 提供，例如，作為在其內聚碳酸酯樣品被照射的時間的函數的聚碳酸酯樣品的變色速率。這 可以表明，例如，在將其暴露于光的時間內，變色速率是否增加、減小、或者保持不變。連續 時間段可以是彼此相等的。
[0027] 如在方框42和44中指出的，對于多種具有不同制劑的不同熱塑性材料樣品，可以 重復包括照射、維持和評估步驟的方法持續多個連續時間段。這將允許在不同聚碳酸酯制 劑之間的比較評估以測定它們用于各種應用的相對適用性，如適用于如以下指出的與LED 燈一起使用。
[0028] 如在圖3的方框46和48中所示，透明熱塑性材料退化，在該實施例中為透明聚碳 酸酯變色的測量通過以下實現：在所期望的時間段已經過去之后，用白光照射樣品，并且從 白光的透射通過樣品的部分產生透射光譜。在圖4的方框50和52中概述的替代方法中， 在所期望的時間段已經過去之后，用白光照射樣品并且由白光的從樣品反射的部分產生反 射光譜。預期任一光譜提