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发光涂料的组成

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发光涂料的组成

发光涂料的组成:
1、成膜物质
根据其发光特性和应用环境,发光涂料采用的成膜物质应具有以下特点:无色透明且透光性好,特别是对紫外线透过率高,固含量高,透湿性小且耐水性良好,有超强的附着力,耐酸碱、耐溶剂性能好,耐候性、耐冲击性能优良。在已有的报道中,丙烯酸树脂、有机硅改性丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、醇酸树脂、氟树脂等都可以作为这类涂料的成膜物质。
丙烯酸树脂对光的主吸收峰在太阳光谱范围之外,无色透明,紫外线透过率高,因而具有优异的耐光性及户外老化性。此外,丙烯酸树脂可以通过调节配方满足不同的硬度、柔韧度和其他性能的要求。但热塑性丙烯酸树脂高温易返黏、粘尘,低温易脆裂,使其应用受到限制。经有机硅改性的丙烯酸树脂,制成的涂料不仅具有优良的耐候性,而且耐污性、防尘性能好,可常温固化、施工方便,近年来发展很快。
聚氨酯树脂主链含有强极性氨基甲酸基团,易在大分子间形成氢键,可形成具有高强度、耐磨、耐溶剂、耐高低温性能良好、附着力强的漆膜。并且聚氨酯树脂与其他树脂的共混性好,可与多种树脂并用,制备不同要求的涂料新品种。缺点是原料成本高且毒性大。
环氧树脂含有醚键、羟基等强极性基团,使漆膜具有突出的附着力,极好的韧性、硬度和柔软性,优良的耐水性,固化时收缩率小。制成涂料时可通过改变配方中的组分得到多种性能各异的品种。缺点是价格较高,制品脆性较大,且部分固化剂毒性较大。
醇酸树脂价格低廉,成膜性好、绝缘、涂膜缺陷少,但其耐久性,特别是在户外使用时,往往不及丙烯酸树脂、聚酯和聚氨酯基涂料。此外,该树脂使用寿命短,不耐强溶剂,无法制作高性能油漆,不能添加碱性颜填料。
氟树脂由于结构中含有氟原子.使其具有不同于其他树脂的特殊性能。如低表面自由能、超常的耐候性和优异的耐污染性等特征.为开发高性能发光涂料提供了有利条件。
2、发光颜料
发光颜料通常指光致发光颜料,又称长余辉发光颜料,是使涂料发光的主要物质。发光涂料的余辉亮度、余辉时长和发光颜色主要取决于发光颜料。发光颜料的分类如图1所示。
发光颜料主要分为两大类:无机发光颜料和有机发光颜料。其中,无机发光颜料主要由三大类构成:硫化锌系发光颜料、稀土激活碱土金属铝酸盐系发光颜料和稀土掺杂硅酸盐系发光颜料。
1866年法国化学家Theodore Sidot采用升华法制出了硫化锌晶体,该晶体在夜间发磷光,从此人们就开始硫化锌发光颜料的研究。硫化锌系发光颜料化学性质不稳定。在一定的湿度和紫外线的辐射下会发生分解逐渐衰减褪色变黑,而且发光时间短。要克服这些缺点。需要在此颜料中加入少量的放射性物质如氘、Co、Pm等作为激活剂,但加入的放射性物质会对人体和环境造成危害,因此大大限制了硫化锌系发光颜料的使用。
稀土掺杂硅酸盐系发光颜料具有良好的化学稳定性和热稳定性,耐水性强、发光颜色范围宽,且高纯度SiO2,原料价廉易得,长期以来都是人们研究和开发的热点。其中,蓝色硅酸盐发光颜料弥补了蓝色铝酸盐体系发光颜料发光性能不佳的缺陷。1992年,肖志国等成功研制出数种耐水性好、紫外辐照性稳定、发光颜色多样、余辉亮度较高、余辉时间较长的硅酸盐体系发光颜料,并获得多项国内外授权发明专利。但稀土掺杂硅酸盐体系发光性能特别是发光亮度和余辉时间尚未达到铝酸盐体系水平,且大部分成果目前还处于实验室研究阶段。要使其走向实际应用,仍需要更多的努力和探索。
稀土激活碱土金属铝酸盐系发光颜料是指以稀土特别是以Eu为激活元素.以碱土金属铝酸盐为基体的发光颜料。目前人们较熟悉并达到实用化程度的铝酸盐体系发光颜料有发蓝紫光的CaAl204:Eu2+、Nd3+,发蓝绿光的Sr4AI14O25:Eu2+、Dy3+和发黄绿光的SrAl2O4:Eu2+、Dy3+。这类发光颜料具有以下优点:发光效率高、余辉时间长、化学稳定性优异、无放射性,能够耐酸、耐碱、耐候、耐辐射,抗氧化性和耐紫外线性强。材料的寿命长。可以长期在空气和一些特殊的环境下使用。正是由于这类材料的化学性质稳定,使其具有荧光猝灭温度高的特点,从而成为制备发光涂料的主要颜料。
但是铝酸盐系列发光颜料在物理化学性能方面有其自身的不足,如铝酸盐在水环境中易分解,耐水性、耐高温性较差,与有机体系的相容性较差等,因此需要对此类发光颜料进行表面改性。国内外的学者针对SrAl2O4:Eu2+、Dy3+发光颜料的表面改性做了大量的研究工作.主要是对发光颜料进行无机包覆和有机包覆。
有机(光致)发光颜料主要分为三大类:有机小分子发光颜料、有机高分子发光颜料和金属配合物发光颜料。
有机小分子发光颜料是指带有多种共轭杂环及各种生色团的小分子化合物,如三苯基胺衍生物、蒽衍生物、1,3-丁二烯衍生物、二唑衍生物、晕苯衍生物以及芘衍生物等。有机小分子的共轭度不同,颜料的发光颜色可以从紫蓝变化到浅蓝。
有机高分子发光颜料主要有2种:共轭聚合物和稀土高分子化合物。
共轭聚合物分子结构中存在相互重叠形成的大π键,其能带结构与半导体相似,可用作有机光致发光颜料。常见的共轭聚合物发光颜料主要有:聚对苯乙炔、聚噻吩及其衍生物、聚嗯二唑以及聚酰亚胺等。稀土高分子化合物的制备方法主要有2种:(1)先合成含稀土单体,然后通过均聚或共聚制备稀土高分子化合物;(2)先制备含有特定官能团(羧基或磺酸基)的高分子,然后用稀土化合物与之反应,可制得稀土高分子化合物。第一种方法制备的发光颜料中稀土离子分布均匀、不成簇,荧光强度随稀土金属含量增大而增强,远好于第二种方法制备的发光颜料。
金属配合物发光颜料的结构主要由中心离子和配体组成。按发光部位的不同可分为配体发光和中心离子发光。配体发光的金属配合物具有如下特点:其配体在自由状态下不发光或发光强度很弱,与金属形成配合物后转变为强发光物质。而中心离子发光的金属配合物正好与之相反,主要是通过稀土离子中电子的能级跃迁而发光。
有机发光颜料种类繁多、可调性好、色彩丰富、色纯度高,但耐候性和耐化学品性普遍较差.因而其应用领域受到了极大的限制。而无机发光颜料具有良好的耐候性、耐化学品性,且发光强度大、余辉时间长,使其成为发光涂料的首选。
3、助剂
发光涂料的助剂包括流平剂、增稠剂、表面活性剂、颜料分散剂、催干剂、稳定剂以及填料等。
发光颜料的耐光性差、易粉化,为了延长其使用寿命,常常需要在配方中加入高性能光稳定剂;加入颜料分散剂、增稠剂和防沉淀剂如气相二氧化硅,有助于发光颜料的分散;少量的滑石粉或钛白粉作为辅助颜料,既可以降低涂料的成本,又可以增强涂料的发光性能。同时,加入适当的配体可以提高涂料的发光强度。


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