基于氟碳树脂的蓄能发光涂料的制备及性能_唐念.pdf

43 【涂料技术【涂料技术/Coating Material】DOI:10.19289/j.1004-227x.2023.04.008 基于氟碳树脂的蓄能发光涂料的制备及性能基于氟碳树脂的蓄能发光涂料的制备及性能 唐念1，吴晓慧2，孙东伟1，周永言1，张曼君1，刘博2，陈文铖2,*，霍延平2,*1.广东电网有限责任公司电力科学研究院，广东 广州 510080 2.广东工业大学轻工化工学院，广东 广州 510006 摘要：摘要：以氟碳聚氨酯为成膜物质，与无机长余辉发光颜料(SrAl2O4:Eu2+,Dy3+)及助剂共混制成了一种蓄能发光涂料。探讨了钛白粉的用量、发光颜料的筛选、单层与双层涂膜的发光性能等方面的影响因素。结果表明，所制备的双层涂膜有高达 21.09 cd/m2的初始亮度，余辉时间长达 8 h，且能够满足电力设备涂料应用中对耐候性、耐热性、耐水性等的要求。关键词：关键词：长余辉涂料；氟碳树脂；稀土掺杂铝酸锶；发光颜料；耐候性 中图分类号：中图分类号：TQ637.4 文献标志码：文献标志码：A 文章编号：文章编号：1004 227X(2023)04 0043 07 Preparation and properties of energy-storage luminescent paint based on fluorocarbon resin TANG Nian 1,WU Xiaohui 2,SUN Dongwei 1,ZHOU Yongyan 1,ZHANG Manjun 1,LIU Bo 2,CHEN Wencheng 2,*,HUO Yanping 2,*1.Electric Power Research Institute of Guangdong Power Grid Co.,Ltd.,Guangzhou 510080,China 2.School of Chemical Engineering and Light Industry,Guangdong University of Technology,Guangzhou 510006,China Abstract:A kind of energy storage luminous coating was prepared with fluorocarbon-polyurethane as film-forming material,inorganic long afterglow luminous pigment(SrAl2O4:Eu2+,Dy3+)and additives.The factors affecting the amount of titanium dioxide,the selection of luminous pigments,and the luminous properties of single and double-layer coatings were discussed.The results show that the initial brightness of the prepared double-layer coating film reaches 21.09 cd/m2 and the afterglow time is as long as 8 hours,which can meet the requirements of weatherability,heat resistance,and water resistance in the application of power equipment coatings.Keywords:long afterglow paint;fluorocarbon resin;rare-earth-doped strontium aluminate;luminescent pigment;weather resistance 蓄能无机发光颜料(又名长余辉发光颜料)能吸收紫外线或阳光的能量，再将储存的能量以可见光的形式缓慢释放，具有发光效率高、余辉时间长、抗氧化、耐紫外线等优点，可以长期在空气和一些特殊的环境下使用1-3。将长余辉发光颜料掺杂在有机涂料中可制得蓄能型发光涂料，能运用到夜间运作的设施上，起到安全警示作用，可大幅降低安全事故发生的概率。目前这种涂料主要应用于公路安全警示和装饰、隧道照明、建筑外墙装饰等方面4-6，极少被用于电力设施。我国电网发展迅速，电力设施随处可见，几乎覆盖了我国的全部国土。由于电力设施覆盖面广、线路错综复杂和延伸范围大，夜间存在着一定的安全隐患。虽然国内电力行业采取了大量措施来消除此类安全隐患，如设置夜间反光警示牌、发光航警球等7-8，但警示设备普遍存在耐候性差、易老化、耗能高等缺点。而蓄能型发光涂料具有发光效率高、余辉时间长，以及耐热性、耐水性和耐候性好等优点，将其应用在电力设施上，可在夜间起到安全警示作用，从而减少安全事故的发生。电力设施大多数为金属材料(如铝、钢等)，用于电力设施上的涂料需要同时具备防水、耐候、耐高温等性能，而现有的蓄能型发光涂料中大多选用环氧树脂、丙烯酸树脂等作为成膜物质，存在一定的弊端，如环氧树脂耐候性较差，丙烯酸树脂耐热性较差9-10。因此，寻找性能优异且兼容长余辉颜料的成膜物质是蓄能型发光涂料领域亟待解决的问题。收稿日期：收稿日期：20221020 修回日期：修回日期：20221129 基金项目：基金项目：南方电网公司科技项目（GDKJXM20200404）。第一作者：第一作者：唐念（1983），男，博士，正高级工程师，研究方向为电气绝缘、电工新材料和电力环境保护。通信作者：通信作者：陈文铖（1988），男，博士，副教授，研究方向为有机光功能材料的设计、合成及应用。霍延平（1974），男，博士，教授，研究方向为有机光功能材料。引用格式：引用格式：唐念,吴晓慧,孙东伟,等.基于氟碳树脂的蓄能发光涂料的制备及性能J.电镀与涂饰,2023,42(4):43-49.TANG N,WU X H,SUN D W,et al.Preparation and properties of energy-storage luminescent paint based on fluorocarbon resin J.Electroplating&Finishing,2023,42(4):43-49.基于氟碳树脂的蓄能发光涂料的制备及性能 44 氟碳树脂是指含氟树脂或者分子结构中含有大量 CF 键的聚合物11。由于氟原子的电负性大，因此碳氟键能较强，氟原子紧密地排列在碳主链周围，可起到较好的保护作用。特殊的结构赋予了氟碳树脂优异的耐候、耐化学品、耐热、耐低温等性能。应用比较广泛的氟碳树脂主要有 PTFE(聚四氟乙烯)、PVDF(聚偏二氟乙烯)和 FEVE(氟烯烃与烷基乙烯基醚或酯的共聚物)三大类型。PTFE 和 PVDF 氟碳树脂属于烘烤型，需要高温才能成膜，不能在常温下固化成膜；FEVE 氟碳树脂主要是含OH 或COOH 等官能团，能溶于一般有机溶剂，可常温固化成膜，广泛用于户外建筑防护领域12-14。虽然氟碳树脂具有非常多的优点，但目前氟碳树脂在蓄能型发光涂料中应用的研究报道较少15。本文采用 FEVE 氟碳树脂作为主要成膜物质，结合长余辉无机颜料，开发了一种新型蓄能型发光涂料，考察其耐热性、耐候性、耐水性、发光亮度、余辉持续时间等关键参数，并研究了单层与双层涂层结构对发光性能的影响，以及探讨了该涂料在金属铝基材料上的成膜能力与发光性能，为将其应用于电力设施提供依据。1 实验实验 1.1 原料与器材原料与器材 FEVE 氟碳树脂：上海金丝帝实业有限公司；六亚甲基二异氰酸酯(HDI)固化剂：上海金丝帝实业有限公司；稀释剂乙酸丁酯：上海金丝帝实业有限公司；SrAl2O4:Eu2+,Dy3+发光材料：浙江明辉发光科技有限公司；金红石型钛白粉(纳米级，粒径 20 30 nm)：上海笛柏生物科技有限公司；F291 消泡剂、F4250 分散剂：佛山市奥纳聚合物有限公司。SFX 550W 超声波分散仪：美国 BRANSON 公司；SDF-1100 高速分散机：颖旭化工机械有限公司；Photoresearch PR745 光电特性测量仪：美国 Photo Research 公司；FLS980 稳态瞬态荧光光谱仪：英国爱丁堡仪器公司；LH-150 亮度计测量仪：深圳市联辉诚科技有限公司。1.2 发光涂料与涂膜的制备发光涂料与涂膜的制备 取适量的氟碳树脂(FEVE)、分散剂(F4250)、稀释剂(乙酸丁酯)和消泡剂(F291)放入烧杯中，用分散机高速搅拌 15 min。然后加入适量无机发光颜料或钛白粉，用超声波分散仪分散 10 min。再加入适量固化剂，以低速搅拌均匀，得到浅黄绿色的蓄能发光涂料。用 10 cm 10 cm 的 1060 铝板(鑫盛五金材料有限公司)作为基材，制备厚度为 0.5 mm 的涂膜。1.3 涂膜性能的测试涂膜性能的测试 按 GB/T 17282020漆膜、腻子膜干燥时间测定法、GB/T 17291979漆膜颜色及外观测定法、GB/T 67392006色漆和清漆 铅笔法测定漆膜硬度、GB/T 17352009色漆和清漆 耐热性的测定、GB/T 17331993漆膜耐水性测定法和 GB/T 92761996涂层自然气候曝露试验方法对所制备的蓄能型发光涂膜的干燥时间、外观、铅笔硬度、耐热性、耐水性和耐候性进行测试。2 结果与讨论结果与讨论 2.1 发光颜料粒径对涂膜性能的影响发光颜料粒径对涂膜性能的影响 目前，在市面上比较常见且价廉的发光颜料的发光颜色主要为天蓝色或黄绿色。考虑到人眼对黄绿色较为敏感，能起到很好的警示作用，因此本研究优选了 SrAl2O4:Eu2+,Dy3+黄绿色发光颜料为长余辉光源16，用荧光光谱仪(光源为 150 W 氙灯)测得其激发光谱如图 1 所示，激发波长在 290 440 nm 之间，说明紫外光和可见光的短波部分(400 480 nm)均可有效激发该发光颜料。该发光颜料经自然光激发后的发射光谱如图 2 所示。粒径对发光颜料的发光性能和对涂料的性能均有很大的影响。发光颜料粒径越大，其吸光后初始的亮度就会越高，余辉时间也会越长。但粒径太大的话，在涂装过程容易产生沉淀，对涂料成膜后的蓄能发光性能也有较大的影响。因此，本文进行了粒径梯度测试，选用了 5 种不同粒径(5、10、30、50 和 70 m)的发光颜料，按照相同的质量比例掺入成膜物质中，配方(以质量分数表示)为：氟碳树脂 46.3%，发光颜料 32.5%，固化剂 11.5%，稀释剂 9.2%，分散剂 0.3%，消泡剂 0.2%。每组涂料样品制备了 5 个涂层试样，经太阳光照射 1 h后用光电特性测量仪测试其发光性能，结果如图 3 所示。基于氟碳树脂的蓄能发光涂料的制备及性能 45 图图 1 发光颜料的激发光谱发光颜料的激发光谱 Figure 1 Excitation spectrum of luminescent pigment 图图 2 发光颜料的发射光谱发光颜料的发射光谱 Figure 2 Emission spectrum of luminescent pigment (a)(b)图图 3 光停止照射光停止照射 5 min(a)和)和 12 h(b)后含不同粒径颜料的涂膜的发光亮度)后含不同粒径颜料的涂膜的发光亮度 Figure 3 Luminance of the coatings with different diameter sizes of pigment after stopping light irradiation for 5 minutes(a)and 12 hours(b),respectively 从图 3a 可以看出，含大粒径发光颜料的复合涂膜展现出比较高的余辉亮度，如含 50 m 发光颜料的复合涂膜在光停止