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来源:www.sujiaopeise.cn 发布时间:2014/12/16 12:14:30 点击次数: 2213


碱土铝酸盐长余辉发光材料是一种弱酸性盐,一般采用高温固相法合成,经研磨工序后获得微细粉末,因而具有较高的比表面积,在与水接触时,会缓慢发生水解反应,使体系pH值升高,同时生成氢氧化铝沉淀。既破坏了材料的晶体结构,又影响体系的酸碱平衡,极大地限制了发光材料在涂料中的应用。目前虽然已有发光涂料的一些研究报道[1],但是在贮存稳定性和漆膜耐水性能方面仍然不是很理想,需要进一步改善,以满足不同应用环境的需求,特别是户外应用的需求。本文通过表面改性,改善了发光粉的耐水性能,并将其应用在水性涂料当中,获得了综合性能较好的水性乳胶漆。

1实验部分

1.1表面包覆改性

称取50.0g自制的SrAl2O4:Eu2+,Dy3+发光粉(颗粒粒径小于50μm),加入到150.0g乙二醇(化学纯)溶液中,用超声波分散10min,然后转移至水浴锅中。在保持匀速搅拌条件下,用滴管滴加一定量的水玻璃,然后逐滴滴加2mol/L的浓硫酸,调节pH值至9~11。将水浴锅温度设定,恒温加热一段时间。反应结束后将上述悬浮液冷却,经抽滤、洗涤和干燥等工序,即可得到经二氧化硅包覆改性的发光粉产品。

1.2发光涂料的制备工艺

将水先放入搅拌机中,在低速下依次加入杀菌剂、成膜助剂、增稠剂、颜料分散剂。混合均匀后,将发光粉缓慢加入上述混合液中进行分散。分散完毕后,在低速下逐渐加入纯丙乳液,pH调整剂,再加入其他助剂,然后用水调整黏度,过筛出料。



1.3性能测试

采用PHS-10B数字酸度计测量发光粉的耐水性能,测量时通过监测含有发光粉的水溶液pH值的变化速率定性表征耐水性能的好坏。采用HitachiF-2500荧光光度计测试包膜前后发光粉的光谱性能与余辉衰减特性。

2结果与讨论

2.1改性前后耐水性能的变化

以Na2SiO3溶液为包覆材料的二氧化硅包覆过程,实际上是水合二氧化硅(SiO2·xH2O)在发光粉表面的沉积过程。实验过程中采用乙二醇为分散介质,有效地克服了发光粉的水解问题。当滴加硫酸溶液时,Na2SiO3遇到酸会发生如式(1)所示的化学反应,生成不同聚合度的水合二氧化硅。正硅酸或低聚合度水合二氧化硅的粒径很小,具有较高的反应活性,会通过羟基率先吸附在发光粉表面,在发光粉表面形成成核点,进而很快缩聚生成硅的聚合物。随着聚合的不断进行,致密二氧化硅包覆层开始生长,最终在发光粉颗粒表面上形成一层连续的二氧化硅固体膜。



铝酸锶发光粉表面改性及在乳胶漆中应用

式(1)

图1是包覆前后发光粉耐水性能的比较。



铝酸锶发光粉表面改性及在乳胶漆中应用

图1包覆前后样品的耐水性能比较

可以看出,包覆后水溶液的pH值几乎不随时间发生明显变化,耐水性能得到很大提高。表明发光粉颗粒表面沉积的二氧化硅包覆层能够很好地将发光粉颗粒保护起来,防止水与发光颗粒接触。

2.2改性前后发光粉的长余辉发光性能

图2是包覆前后(包覆量为4%)发光粉的激发与发射光谱。



铝酸锶发光粉表面改性及在乳胶漆中应用

图2包覆前后样品的激发与发射光谱

包覆前后样品的激发和发射光谱的峰型与峰位几乎完全一样,在515nm处都有一个发射峰,在252nm、318nm、369nm、420nm处存在多个激发光谱,这些都是Eu2+外层电子的4f7(8S)-4f65d1所产生的。相似的激发与发射光谱进一步表明,包覆后发光颜料的晶体结构未发生任何变化,Eu2+所处的晶格环境与包覆前一样。但是,包覆后激发与发射峰强度有所降低,说明包覆层的存在(因其对光线的反射、散射和吸收等作用)或多或少对发光性能有些影响,影响了发光粉颗粒的量子效率。图3是包覆前后样品发光强度的衰减曲线。



铝酸锶发光粉表面改性及在乳胶漆中应用

图3包覆前后样品发光强度的衰减曲线

从样品余辉衰减曲线(图3),也可发现包覆后样品的初始亮度虽然有一定程度的减小,但衰减趋势和速度与未包覆非常相似。根据长余辉发光性能测试的有关数据(发射峰面积和余辉时间),计算得出包覆后样品的荧光强度为包覆前的97%,余辉寿命为98%,这进一步说明包覆层的存在对发光性能有些影响,但在目前4%的包覆条件下,其影响相当小。

2.3水性发光涂料性能

分别以包覆改性发光粉和未包覆改性发光粉为发光颜料,按相同的配比和工艺条件配置乳胶漆,并对其部分主要综合性能进行了测试,结果如表2所示。从表2可知,两者在贮存性能和耐水性方面有很大差别。以二氧化硅包覆的发光粉为颜料配置的涂料具有很好的贮存稳定性,放置3d后开始分层,放置1个月后无结块,搅拌后混合均匀,pH值亦无明显变化,该涂料涂层的耐水性能也比以未处理的发光粉配置的涂料涂层优越。这些结果说明,经过二氧化硅表面包覆改性后,铝酸盐长余辉发光粉可用于水性涂料当中,所配置的涂料具有较好的贮存稳定性和耐水性能。

表2不同发光粉配成的发光涂料综合性能指标



铝酸锶发光粉表面改性及在乳胶漆中应用

3结语

采用乙二醇为分散介质,以水玻璃(硅酸纳溶液)二氧化硅为包覆剂,对发光粉颗粒进行二氧化硅包覆改性,可以显著提高发光粉颗粒的耐水性,同时对发光粉的长余辉发光特性影响很小。以包覆改性的发光粉为发光颜料配置的水性乳胶漆具有很好的贮存稳定性和耐水性能。

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