水性苯丙乳液长余辉蓄能发光涂料的制备与性能.pdf

o1, 47 No Apr, 2014
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水性苤丙乳液长余辉蓄能发光涂料的制备与性能
万蜜,佘铜,吴丹,周燕强,易英
(武汉理工大学化工学院,湖北武汉430070)
摘要]为了提高新型碱土铝酸盐掺杂稀土元素发光材料的耐水性能,并保持其良好发光性能,以硅酸納为硅
源,采用液相沉积法在SrA2O2:Eu2+,Dy长余辉荧光粉表面包覆SiO2膜。通过红外光语(IR)、扫描电镜(SEM)、
酸度计考察了包覆效果,优选了包覆反应条件。以包膜发光粉为颜料,水性苯丙乳液为成腹物质,添加适量的助
剂,配制了一种水性蓄能发光涂料。用激发和发射光谱、发光亮度及余辉衰减研究了涂籵及其涂膜的发光特性,优
选了发光粉用量,并对发光涂料及其涂膜的其他性能进行了测试。结果表明:当Si02包覆量为9%(质量分数),反
应温度为80℃时,SiO2能均匀地包覆在SrAl204:Eu2,Dy“长余辉荧光粉表面,使其耐水性提高,而又不影响其发
光性能;日光和一般的荧光灯都可以有效激发该发光涂料,当发光粉含量为20%(质量分数)时,水性蓄能发光涂
料及其涂膜的综合性能优良,余辉时间可达12h以上
关键词]水性发光涂料;SrA20:Eu2',Dy长余辉荧光粉;表面包覆;SiO2;苯两乳液;涂膜;耐水性;
发光性能
[中图分类号]19637.4[文献标识码]A[文章编号]1001-1560(2014)04-0020-04
0前言
且常用手段为有机包覆和无机包覆?。无机物包覆
蓄能发光涂料涂膜在太阳光或灯光等可见光下能
主要是通过化学气相沉淀法在铝酸盐发光粉表面形成
层具有较好化学稳定性和耐水性的无机物膜,此法
够吸收、储存光能,并在黑暗处以可见光的形式持续缓
设备要求高,生产成本高,包覆均匀性较难控制,包覆
慢地释放,吸光蓄光、发光过程可重复进行,且其发光后发光衰减较明显;有机包覆层的耐水性能不如无机
亮度高、循环长效、节能环保,可用于电梯、走廊、广告
牌、交通路标、安全通道、矿井坑道等场所,是功能性涂包覆层,并且包覆制备过程也较复杂。
料研究的一个新领域。目前常见的发光涂料多以溶剂
本工作以稀土激活的SrA204:Eu2+,Dy2'长余辉
发光粉为颜料,以廉价的硅酸钠为包覆膜剂,采用液相
型为主,价格昂贵,且在制备和使用过程中有大量有机
沉积法在发光粉表面包覆上一层致密的SiO2保护膜
溶剂挥发,对人体和环境均有害,所以研究与开发绿色
以提高其耐水性。以色泽浅、干燥快、稳定性好,并与
环保的水性蓄能发光涂料是今后的发展趋势。
发光粉的相容性好的水性苯丙乳液为成膜介质,添加
新型碱土铝酸盐掺杂稀土元素发光材料性能稳
填料及各种功能助剂,配制了水性苯丙乳液长余辉蓄
定,具有高亮度、超长余辉时间、不含任何放射性元素
能发光涂料,并对涂料的耐水性和发光性进行了研究,
等特点,被称为绿色节能材料。但是该类材料的最大
优选了发光粉包覆条件及涂料中发光粉的含量。
缺点是抗湿性差,在水溶液中极易水解,使发光亮度和
余辉时间大幅降低。要将这种铝酸盐系发光材料应用
试验
于水性环境中,必须先对发光粉体进行表面改性,隔绝1.1发光粉的SiO2包覆
其与水的接触,提高其耐水性。目前,此类研究较少
将10g400目SrA12O2:Eu2,Dy'发光粉加入50
[收稿日期]2013-11-02
mL乙二醇分散介质中,超声波分散20min。移至
基金项目]自主创新研究基金本科生项目专项基金DF-101型恒温加热磁力搅拌器中,在200rmin的转速
136820007)
下,缓慢滴加2mol/工硅酸钠溶液0~16mL,同时逐滴滴
通信作者]易英(1964-),工学博士,教授,主要从事加适量10%(质量分数)稀硫酸,用氨水调节pH值为10
功能涂料的研究,E-mal; yyingt630@gmal.左右,在20-9%5℃条件下搅拌反应2~3h,反应式如下:
Na2SiO3+H2SO。+H20=Si(OH)4↓+Na2SO4
第47卷?第4期·2014年4月
形成的Si(OH)4活性很高,沉积在发光粉表面并脱水,光谱仪在室温下测定包膜发光粉涂料凃膜的发射光谱
与发光粉表面的羟基牢固结合,形成结合点。结合点和激发光谱。将涂料涂膜试板放人暗室,在标准光源
继续吸引Si(OH)4,并缩聚成SiO2水合物,逐渐形成致D65光源200k光照度下激发20min后撤除光源,放
密的SiO2水合物包覆层,将发光粉紧密包裹起来。反于暗处,采用1980A表面亮度计测试涂料涂层的发光
应结束后进行离心分离,并用无水乙醇洗涤数次,于烘亮度并分析其余辉性能。
箱中70℃干燥后,用石英研钵研磨,过筛,即得包膜发
3)其他性能根据CB/T9755-2001测试涂料
光粉。发光粉的粒径太大,则发光粉分散不均匀,易沉在容器中的状态、涂膜于燥时间、外观、耐水性和耐酸
淀,涂膜表面粗糙,影响施工性能;粒径太小,发光性能碱性;根据GB/T1720-1979测试涂膜附着力;根据
可能受到破坏,余辉不持久,易发生余辉碎灭现象。通GB/T6739-2006測试涂膜硬度;根据GB/T9276
过乙醇浮选法除去尺寸过小发白的粉末,控制包膜发1996测试涂膜的耐候性。
光粉的细度为400目为宜。
2结果与讨论
1.2水性蓄能发光涂料的配制
称取5%~40%(质量分数,下同)包膜发光粉放2.1包覆条件对发光粉性能的影响
人烧杯,加入20mL无水乙醇,在CJB-22型磁力搅拌
1.1SiO2包覆量
器上以400r/min的转速搅拌20min。然后将40%~
SiO2包覆量直接影响SiO2包覆层的厚度,其含量
75%苯丙乳液(固含量为40%)放入另一个烧杯,加入过低,难以形成完整的SiO2膜,发光粉耐水性能提高不
已搅拌均匀的发光粉,并依次加人0.2%bッk-163分散明显:含量太高,包覆层太厚,耐水性虽好,但会影响发
剂,0.2%byk-019分散剂,0.1%byk-331流平剂
光粉的长余辉发光性能。因此,需控制SiO2包覆量。
0.1%X-4050润湿剂,1.5%byk-346成膜助剂,8%蒸
图1为包覆温度为80℃时,不同SiO2包覆量时浆
馏水,5%滑石粉(1250目)及5%硫酸钙等(800目),液的值,其中,由于Na2SiO2完全参与反应,SiO2包
以100vmin的转速持续搅拌30min,加入氮水调节覆量通过硅酸钠用量计算而来。由图1可以看出:未
pH值至8~9,然后再加入0.3%增稠w-250,包覆时,浆液pH值为12.5,发光粉耐水性能极差,且在
调节至所需黏度(涂-4杯,1008左右)后,筛网过滤,制浆液上面漂浮着一层白色物质,发光粉的颜色由黄绿
成水性蓄能发光涂料。
色变至乳白色;随着SiO2包覆量的增加,SiO2逐渐形成
3发光涂料涂膜的制备
包覆膜,但不完整,pH值明显下降,发光粉耐水性能明
基材为马口铁,尺寸为115.0mmx50.0mx0.2显得到改善,SiO2包覆量达到9%(质量分数)时,SiO2
mm,用200号砂纸打磨,依次用酒精、丙酮擦拭多次,包覆膜趋于完整,发光粉耐水性能很好,之后继续增加
放入真空干燥箱中干燥。将水性蓄能发光涂料搅拌均SiO2包覆量,发光粉耐水性能提升不明显。
匀后,用羊毛刷刷涂在马口铁试片表面,室温下