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呂興棟

(1.江西財經大學電子學院,南昌310013；2.清華大學材料科學與工程系,北京100084)

摘要：采用化學沉淀法對SrAl2O4：Eu2+,Dy3+長余輝發光粉進行二氧化硅包覆改性處理,可以有效改善發光粉的耐水性能,同時對發光粉的長余輝發光特性影響不大。以改性后的發光粉為顏料配置的乳膠漆具有貯存穩定性、耐水性好等優點。

關鍵詞：長余輝；鋁酸鍶；乳膠漆；耐水性

0引言

堿土鋁酸鹽長余輝發光材料是一種弱酸性鹽,一般采用高溫固相法合成,經研磨工序后獲得微細粉末,因而具有較高的比表面積,在與水接觸時,會緩慢發生水解反應,使體系pH值升高,同時生成氫氧化鋁沉淀。既破壞了材料的晶體結構,又影響體系的酸堿平衡,極大地限制了發光材料在涂料中的應用。目前雖然已有發光涂料的一些研究報道[1],但是在貯存穩定性和漆膜耐水性能方面仍然不是很理想,需要進一步改善,以滿足不同應用環境的需求,特別是戶外應用的需求。本文通過表面改性,改善了發光粉的耐水性能,并將其應用在水性涂料當中,獲得了綜合性能較好的水性乳膠漆。

1實驗部分

1.1表面包覆改性

稱取50.0g自制的SrAl2O4：Eu2+,Dy3+發光粉(顆粒粒徑小于50μm),加入到150.0g乙二醇(化學純)溶液中,用超聲波分散10min,然后轉移至水浴鍋中。在保持勻速攪拌條件下,用滴管滴加一定量的水玻璃,然后逐滴滴加2mol/L的濃硫酸,調節pH值至9～11。將水浴鍋溫度設定,恒溫加熱一段時間。反應結束后將上述懸浮液冷卻,經抽濾、洗滌和干燥等工序,即可得到經二氧化硅包覆改性的發光粉產品。

1.2發光涂料的制備工藝

將水先放入攪拌機中,在低速下依次加入殺菌劑、成膜助劑、增稠劑、顏料分散劑?；旌暇鶆蚝?將發光粉緩慢加入上述混合液中進行分散。分散完畢后,在低速下逐漸加入純丙乳液EA125(三木集團公司生產),pH調整劑,再加入其他助劑,然后用水調整黏度,過篩出料。涂料配方見表1。

表1水性發光涂料配方

鋁酸鍶發光粉表面改性及在乳膠漆中應用

1.3性能測試

采用PHS-10B數字酸度計測量發光粉的耐水性能,測量時通過監測含有發光粉的水溶液pH值的變化速率定性表征耐水性能的好壞。采用HitachiF-2500熒光光度計測試包膜前后發光粉的光譜性能與余輝衰減特性。

2結果與討論

2.1改性前后耐水性能的變化

以Na2SiO3溶液為包覆材料的二氧化硅包覆過程,實際上是水合二氧化硅(SiO2·xH2O)在發光粉表面的沉積過程。實驗過程中采用乙二醇為分散介質,有效地克服了發光粉的水解問題。當滴加硫酸溶液時,Na2SiO3遇到酸會發生如式(1)所示的化學反應,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徑很小,具有較高的反應活性,會通過羥基率先吸附在發光粉表面,在發光粉表面形成成核點,進而很快縮聚生成硅的聚合物。隨著聚合的不斷進行,致密二氧化硅包覆層開始生長,最終在發光粉顆粒表面上形成一層連續的二氧化硅固體膜。

鋁酸鍶發光粉表面改性及在乳膠漆中應用

式(1)

圖1是包覆前后發光粉耐水性能的比較。

鋁酸鍶發光粉表面改性及在乳膠漆中應用

圖1包覆前后樣品的耐水性能比較

可以看出,包覆后水溶液的pH值幾乎不隨時間發生明顯變化,耐水性能得到很大提高。表明發光粉顆粒表面沉積的二氧化硅包覆層能夠很好地將發光粉顆粒保護起來,防止水與發光顆粒接觸。

2.2改性前后發光粉的長余輝發光性能

圖2是包覆前后(包覆量為4%)發光粉的激發與發射光譜。

鋁酸鍶發光粉表面改性及在乳膠漆中應用

圖2包覆前后樣品的激發與發射光譜

包覆前后樣品的激發和發射光譜的峰型與峰位幾乎完全一樣,在515nm處都有一個發射峰,在252nm、318nm、369nm、420nm處存在多個激發光譜,這些都是Eu2+外層電子的4f7(8S)-4f65d1所產生的。相似的激發與發射光譜進一步表明,包覆后發光顏料的晶體結構未發生任何變化,Eu2+所處的晶格環境與包覆前一樣。但是,包覆后激發與發射峰強度有所降低,說明包覆層的存在(因其對光線的反射、散射和吸收等作用)或多或少對發光性能有些影響,影響了發光粉顆粒的量子效率。圖3是包覆前后樣品發光強度的衰減曲線。

鋁酸鍶發光粉表面改性及在乳膠漆中應用

圖3包覆前后樣品發光強度的衰減曲線

從樣品余輝衰減曲線(圖3),也可發現包覆后樣品的初始亮度雖然有一定程度的減小,但衰減趨勢和速度與未包覆非常相似。根據長余輝發光性能測試的有關數據(發射峰面積和余輝時間),計算得出包覆后樣品的熒光強度為包覆前的97%,余輝壽命為98%,這進一步說明包覆層的存在對發光性能有些影響,但在目前4%的包覆條件下,其影響相當小。

2.3水性發光涂料性能

分別以包覆改性發光粉和未包覆改性發光粉為發光顏料,按相同的配比和工藝條件配置乳膠漆,并對其部分主要綜合性能進行了測試,結果如表2所示。從表2可知,兩者在貯存性能和耐水性方面有很大差別。以二氧化硅包覆的發光粉為顏料配置的涂料具有很好的貯存穩定性,放置3d后開始分層,放置1個月后無結塊,攪拌后混合均勻,pH值亦無明顯變化,該涂料涂層的耐水性能也比以未處理的發光粉配置的涂料涂層優越。這些結果說明,經過二氧化硅表面包覆改性后,鋁酸鹽長余輝發光粉可用于水性涂料當中,所配置的涂料具有較好的貯存穩定性和耐水性能。

表2不同發光粉配成的發光涂料綜合性能指標

鋁酸鍶發光粉表面改性及在乳膠漆中應用

3結語

采用乙二醇為分散介質,以水玻璃(硅酸納溶液)二氧化硅為包覆劑,對發光粉顆粒進行二氧化硅包覆改性,可以顯著提高發光粉顆粒的耐水性,同時對發光粉的長余輝發光特性影響很小。以包覆改性的發光粉為發光顏料配置的水性乳膠漆具有很好的貯存穩定性和耐水性能。