水性内墙发光涂料的制备与研究
日期：2022-05-05
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129 核心提示：水性内墙发光涂料的制备与研究张晓伟1，张定军1，顾玉芬1，席发臣2，吴有智1，熊阳1(1.兰州理工大学材料学院，甘肃省有色金属新
水性内墙发光涂料的制备与研究
张晓伟1，张定军1，顾玉芬1，席发臣2，吴有智1，熊阳1
(1.兰州理工大学材料学院，甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室，兰州730050; 2.兰州理工大学石化学院，兰州730050)
1引言
与传统的夜光材料相比较，长余辉光致发光功能涂料能预先吸收太阳光或电灯光，将光能储存起来，然后在暗处发光，发光时间持续10h以上。该涂料具有超长余辉、亮度高、发光时间长、无放射性、施工方便、易于装饰和附着力强等特点，被广泛用于日常家装和建筑工程等各行各业，如建筑材料、装演设计、铁路、公路、飞机场标志、广告牌、涂料、油墨、人行道等。同时其作为隐蔽照明和低度应急照明，给人们的夜间生活带来极大的方便.
水性内墙发光涂料是以发光材料为颜料，加入到水性涂料中配制而成的。然而由于目前常用的一些长余辉发光材料如CaS:Cu,CaSrS: Bi)的化学性能不稳定，遇到空气中的湿气易水解变质，所以在各领域中使用很不方便，进行技术处理也比较麻烦。一些发光材料虽然性能比较稳定，余辉较长，但在低度应急照明中使用，人们还嫌它的余辉长度和亮度不够理想。经过多年研究，人们发现了新型碱土铝酸盐掺杂稀土元素的光致发光材料，该新型发光材料性能稳定可靠，具有高亮度、超长余辉时间、安全无毒、不含任何放射性元素等特点，但耐水性有待提高。本研究以改性聚丙烯酰胺为处理剂，成功地开发了新型碱土铝酸盐掺杂稀土元素的光致发光材料，以其为添加剂，苯丙乳液为基料制备了新型的水性内墙发光涂料，并对其性能进行了测试和表征。
2试验部分
2. 1原料
原料见表1.
表1 试验用原料名称、规格及产地
2.2试验仪器
试验仪器有:7811一1型恒温磁力搅拌机，江苏金坛市医疗仪器厂;80一I型离心分离机I台，姜堰市新康医疗器械有限公司;GZX一9070MBE型数显鼓风干燥机1台，上海博讯实业仪器有限公司。PHl试纸，50ml,烧杯1个，100ml烧杯2个，研钵1个，A L204型天平1台(梅特勒一托利多中国地区)。
2.3试验配方
试验配方综合考虑了涂料的各项性能指标要能满足内墙涂料的国家标准要求，涂料的发光时间和发光亮度应达到一定的要求，环境友好、价格合理等因素。拟采用不同参量的长余辉发光粉进行试验，再基于发光特性亮度)、物理机械性能、成本等，确定了水性发光涂料的配方(见表2).
2.4试验过程
2.4.1发光粉的包膜处理
一般乳液用量为5%一30%的稀土金属铝酸盐发光涂料在使用中存在极性较大、耐水性差、在水中易水解而使发光亮度降低、寿命较短、与有机物相容性差、长时间放置会出现沉淀结块等缺点，从而限制了它的进一步应用。需要对材料进行表面改性或包覆处理，改变颜料的表面特性，提高产品的耐水性和耐候性，并改善发光颜料在涂料中的分散性、相容性。本试验中采用二硫代聚丙烯酞胺盐在酸性条件下发生反应生成的聚合物来包覆发光材料。表面处理的工艺流程见图1。
2.4.2发光涂料的配制
(1)先将发光材料进行研磨处理，然后称取一定量的发光材料放入烧杯中，加入适量的无水乙醉高速搅拌30 min，加入N一二硫代甲酸钾聚丙烯酞胺，待其充分溶解，滴几滴盐酸调节ph,使其达到2一3,高速搅拌让其充分反应，需要3一4 h。然后采用离心法除去其中的盐和其它物质，干燥以备下一步操作使用。
(2)计量乳液，先将一定量的苯丙乳液放入一个烧杯中，然后分别计量各种助剂，再将除了消泡剂以外的助剂装入另一烧杯中，充分搅拌，形成混合助剂;将混合好的助剂缓缓加入到一半乳液之中，继续搅拌10min，待用:将称量好的发光颜料、钦白粉、滑石粉、云母粉放入空烧杯中，初步搅拌均匀后，加入另一半乳液，搅拌均匀，研磨细化处理:然后再将前面混合好的混合添加剂和乳液再次加入到研磨过的乳液和颜料、填料混合物中，持续搅拌30 rnin，加入ph调节剂，使ph达8一9，然后再加入水或增稠剂，调节薪度，过滤，制成发光涂料。将其试涂在板上，本试验采取接受太阳光和灯光照射一定时间，夜晚观察涂膜的发光亮度和发光持续的时间，配制浓度不同的数个配方，连续观察数日，调整并确定配方。涂料配制的流程见图2.
将试片用砂纸打磨，然后再依次用酒精、丙酮擦拭并干燥，将试验中按照不同含量的发光粉配制的涂料涂于试板上置于自然光或日光灯下10h，然后在暗室里计时，目测发光时间，看发光亮度、释放时间、光衰减情况，从中找出影响因素，调整配方，最终找到发光涂料的配方方案。然后将较好的试片进行性能测试，得出发光效果较好的发光涂料配方。
2.5 测试方法
光谱测定：采用美国PE 公司的LS -50B 荧光分光光度计在室温下测定样品的激发光谱和发射光谱；涂料的发光亮度及余辉衰减特性：用紫外灯灯光照射30min后，关掉电源，在暗室中用表面亮度计进行测量。
3结果与分析
3.1苯丙乳液对涂料性能的影响
涂料中苯丙乳液用量过高，则涂料薪度太大，不易施工，且透光性差;若用量过少，刷涂时易出现流挂，流平性差，且涂膜的耐水性降低。因此，苯丙乳液用量以50%一80%.为宜。
3.2发光粉的粒度和用量对涂料性能的影响
发光材料的粒径对涂料施工和发光强度有很大影响。若发光粉粒径大，则涂料易沉淀，分散不均匀，影响施工性能，涂料表面粗糙，且发光亮度和发光效率低;若发光粉的粒径太小，发光性可能受到破坏，余辉时间不持久。但从涂料加工性能来看，发光粉粒径越细越好，以大于360目为宜。发光粉用量对涂料性能也有很大影响，发光粉用量少，其总的发光亮度较弱，随着发光粉用量的增加，涂膜发光亮度明显增大，但发光粉达到一定用量后，则发光涂料的发光亮度趋于稳定。另外，由于发光粉价格较贵，其用量过大，会增加涂料的成本。综合以上考虑，发光粉用量以5.4%-
20.0%为宜。发光亮度随发光材料在涂料中的含量的亦让见.图3。
3.3碳酸钙对涂料性能的影响
碳酸钙能改善涂料的平滑性，其价格低，折光率为1.58，与合成树脂的折光率1.55相近，因此对光不具有遮盖力，而且它具有良好的耐候性和耐磨性，与钛白粉和滑石粉一起使用能增加漆膜的厚度和均匀性，增加漆膜的机械强度，使漆膜经久耐磨。
3.4 pH对涂料性能的影响
水性丙烯酸酷类漆的ph必须大于7.0，否则漆膜光泽低。一般以7.5一8.0为宜。苯丙乳液在ph为7时，搅拌生成的泡沫最少。加入氨水可减少消泡剂的用量，如用NaOHl调节pH,涂料成膜时的耐水性严重下降.苯丙乳液中含有梭基，ph在3左右，为了提高乳液的稳定性，需用氨水将乳液ph调至8，得到水溶性聚丙烯酸醋盐。中和后的乳液粘度适中、稳定性明显提高。
3.5发光涂料的发光性质
以300nm，的紫外线激发样品，在300 -- 650nm范围内每隔5s记录一次样品的相对发光强度。图4表明激发谱位于320 -420之间的较宽谱，说明可见光和紫外光部分均对发光材料有有效地激发。因此，SrAI204: Eu2+ , Dy3+水性内墙发光涂料在自然光照射后，可发出明亮的黄绿光。
图5是SrA1204: Eu2+, Dy3+长余辉光致发光涂料的发射谱。由图5可见，SrA1204:Eu2+,Dy3+的发射光谱峰是位于432. 5 nm的宽带谱，这是Eu2+的5d一4f的跃迁所致，这种发光材料的颜色和人眼视觉相近，作为夜光材料有着优异的特性。
3.6发光涂料的余辉衰减特性
用紫外光照射30 min，后，关掉电源，在暗室中用表面亮度计测量样品的发光亮度随时间的变化。发光涂料的余辉衰减曲线见图5，关掉电源1min.后的亮度为1.05cd/m2,10min，之后，发光亮度为0.73 cd/m2，这段时间衰减得很快，以后亮度衰减得很慢，到1.5 h时，发光亮度为0. 45 cd/m2，这比人眼能辨别的最低亮度6.32 cd/m2)还要高。由于此后衰减得很慢，因此在暗
视场环境下，长时间之后仍可辨认其发光，这说明发光涂料的衰减是一个很漫长的过程。
4结语
(1)通过改变工艺，可以提高涂料发光亮度并改善其长余辉性能。试验以苯丙乳液为成膜物质，加入长余辉稀土发光粉及其它助剂，成功地研制出长余辉稀土发光涂料。把制成的样品白天放在较明亮的地方，可以不必日光直接照射，由于受光的作用，吸光蓄能后，在夜晚能继续发光。在暗场的环境下能连续发光6h以上，肉眼仍能明显看清发光样品的标记。
(2)试验中加入的发光粉的含量为5.4%一23.0%，理论上加入发光粉比例越大其发光亮度越好，但由于发光粉的制造成本高，综合价格因素，认为较好发光粉的加入量为8.3%一11.8%
(3)本次研制的发光涂料与各种材质结合性能良好。发光涂料使用方便，便于施工，即使是外形复杂的物品，也可以施工，施工时可以采用直接刷涂或喷涂。
(4)该涂料属于水溶性发光涂料，光泽好，附着力强，节约能源，无毒、无放射性，成本低，耐水、耐候、化学稳定性均较好，长期发光性能优异，发光强度高，持续时间长;并且还具有良好的美化装饰作用及夜间显示等特殊功能，具有良好的推广前景。
