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抗紫外线、抗黄变

行业知识——谈谈发光涂料及蓄能型发光涂料

       发光涂料常见的可分为荧光涂料、自发光涂料、蓄能型发光涂料三大类。荧光涂料是指在紫外线照射下可以发出荧光的涂料,停止照射后则完全不发光。1938年4月1日,美国通用公司发明荧光灯。这只荧光灯是一根玻璃管,管内充进一定量的水银,管的内壁有荧光粉。在灯管的管两端各有一个灯丝做电极。当通电后,首先是水银蒸汽放电,同时产生紫外线,紫外线激发管内壁的荧光物质而发出可见光。因为这种的成分和日光很相似,所以,荧光灯也称日光灯。

       自发光涂料是无需外来能源刺激可持续发光的涂料,这种涂料配方中添加了含放射性物质的发光颜料,利用放射性物质产生的能量使涂料持续发光。

       蓄能型发光涂料是指在太阳光或灯光照射下能吸收并储存光能,在没有光照时,通过释放存储的能量而发出特殊荧光的涂料。这种涂料配方中含有的发光颜料无放射性、安全且发光特性稳定 。以下具体来谈谈这种类型发光涂料。

       与普通涂料类似,蓄能型发光涂料是由成膜物、发光颜料及助剂等组成的功能性涂料。

       一、成膜物质。根据涂料发光特性和应用环境不同,蓄能型发光涂料采用的成膜物质应具有这些特点: 无色透明、透光性好,特别是对紫外线透过率高;固含量高;耐水性良好,耐酸碱、耐溶剂性能好;耐候性、耐冲击性能优良;有良好的附着力丙烯酸树脂、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,具有优异的耐光性及户外老化性;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。


       二、 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成分。蓄能型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。发光颜料主要分为两大类: 无机发光颜料和有机发光颜料。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,使其成为蓄能型发光涂料的首选。

       无机发光颜料主要由三大类型,即硫化锌系发光颜料、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。

       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。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。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,从而成为制备发光涂料的主要颜料。但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。

       三、助剂。同普通涂料类似,蓄能型发光涂料的助剂包括流平剂、增稠剂、表面活性剂、分散剂、催干剂、紫外线吸收剂、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紫外线吸收剂、光稳定剂等; 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。       

      下面谈谈蓄能型发光涂料的结构与性能 。蓄能型发光涂料的余辉亮度与发光颜料的粒径相关,一般选用的发光颜料的粒径在20 ~40 μm 之间。如果粒径过小,达到纳米级时,由于小尺寸效应的影响,涂料的发光强度会降低,甚至不发光 ; 如果粒径过大,发光颜料在体系中的分散和相容性变差,导致涂膜不均匀。夜光粉粒径越大,其吸光后初始亮度越高,余辉时间也越长,但是粒径过大的夜光粉在制备成涂料后也就越容易沉淀,同时,也会使得涂料表面过于粗糙。相对的,粒径过小的夜光粉在涂料中的分散性更好且不易沉淀,制备成涂料后其表面也更加光滑,但是粒径过小的夜光粉无论是吸光后的初始亮度还是余辉时间均不如大粒径夜光粉。合理的选取夜光粉的粒径对夜光涂料的制备显得尤为重要。

       蓄能型发光涂料的余辉亮度和余辉时间还与发光颜料的加入量、涂层厚度和光源有关。发光涂料的余辉亮度随着发光颜料掺入量的增加而升高,但发光颜料含量高于50%时,余辉强度增加已不再明显,而且涂料性能变差。涂料余辉亮度随膜层厚度的增加而增加,但在一定程度会达到饱和。

       蓄能型发光涂料常用的方法有共混法、原位聚合法以及粉末涂料法。其中共混法是制备蓄能型发光涂料最通用的方法,主要是通过高速研磨搅拌,将发光颜料在助剂的作用下均匀分布在成膜物质中,得到性能优异的蓄能型发光涂料。一般水性发光涂料制备过程如下: 首先将去离子水、增稠剂加入到高速分散釜中,接着加入填料如滑石粉、钛白粉等,继续高速搅拌,达到所需要的细度; 在中速搅拌的条件下加入乳液、成膜助剂; 之后加入发光颜料、防沉剂及其他助剂; 调节涂料的黏度和pH,即得水性蓄能型发光涂料。

       蓄能型发光涂料无毒、无害、无放射性,耐候性、耐光性较好,环保、吸附能力强,久用不脱色,发光效果好,因此在建筑、纺织物等方面有广泛应用。蓄能型发光涂料对光能具有特殊的吸收、释放、再吸收、再释放的作用,这种循环可以进行无数次,这一特性在人们的日常生活、工业生产和国防建设中可以发挥重要的作用。

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