發(fā)光型人造石的制備與性能檢測*

范志強，楊　敏

(貴州大學化學與化工學院，貴州　貴陽　550025)

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發(fā)光型人造石的制備與性能檢測*

范志強，楊敏

(貴州大學化學與化工學院，貴州貴陽550025)

以環(huán)氧樹脂為粘結劑分別制備了夜光粉含量為10%、15%、20%、30%的蓄光自發(fā)光型人造大理石，研究了不同夜光粉含量對人造大理石的發(fā)光效果、抗折強度的影響。結果表明：夜光粉和廢石粉相對摻量對聚酯型蓄光自發(fā)光人造石的發(fā)光強度有較大影響作用。夜光粉的摻入降低了石材強度，其適宜摻量在20%左右。

夜光粉；人造石；蓄光自發(fā)光；發(fā)光強度

長余輝蓄光發(fā)光材料在太陽能轉換和利用方面具有獨特的優(yōu)勢，蓄光型自發(fā)光材料又稱為光致光超長余輝蓄光材料[1]、非放射性蓄光材料、無電源自發(fā)光材料等[2]。該材料主動吸蓄太陽光、燈光、紫外光、雜散光等可見光5～10 min后，就可在黑暗中持續(xù)發(fā)光12 h以上，并可根據實際需要，使其發(fā)出紅[3]、綠、藍[4]、黃、紫等多種彩色光。

隨著蓄光型自發(fā)光材料的開發(fā)，相繼開發(fā)了由蓄光發(fā)光材料制成的各種發(fā)光制品，在工業(yè)生產以及人們的日常生活中得到廣泛的應用[5]。隨著開發(fā)的不斷深入，發(fā)光制品的種類不斷增多，應用范圍不斷擴大，目前已經生產和應用的有發(fā)光塑料、發(fā)光橡膠、發(fā)光纖維、發(fā)光涂料、發(fā)光油墨、發(fā)光玻璃、發(fā)光陶瓷等多種制品[6]。

本文擬將將蓄光型自發(fā)光材料按照一定比例摻入人造石中以制備出具有人造石材料的各項性能同時又兼具夜光性能的特殊自發(fā)光型人造石，通過在人造石中添加不同含量的夜光粉，討論夜光粉的摻入對聚酯型人造石表面光澤度、發(fā)光效果以及某些力學性能(如抗折強度)的影響。

1　實　驗

1.1實驗原料

環(huán)氧樹脂E-44，三雄化工廠；環(huán)氧樹脂固化劑，三雄化工廠；稀土長效黃綠光夜光粉：ST-G806；勻光劑、氣相二氧化硅A-200、Al(OH)2，其主要指標如表1所示。

表1　氫氧化鋁的主要指標

1.2實驗儀器與設備

101-2AB電熱鼓風干燥箱，天津泰斯儀器有限公司；ST-86LA屏幕亮度計，北京師范大學光學儀器廠；WSM-20KN電子萬能試驗機，長春智能儀器設備有限公司；電子天平；塑料杯；模具等。

1.3發(fā)光型人造石制備

(1)配方

本實驗所用人造石配方見表2所示。

表2　人造石配方表

(2)發(fā)光型人造石制備工藝

①按照配方，稱取Al(OH)3粉末、環(huán)氧樹脂、勻光劑、氣相二氧化硅、夜光粉、環(huán)氧樹脂固化劑；

②將環(huán)氧樹脂倒入料筒中，加入勻光劑、氣相二氧化硅攪拌均勻后加入夜光粉攪拌均勻后加入Al(OH)3，并攪拌均勻；最后加入環(huán)氧樹脂固化劑再攪拌均勻；

③重復以上操作，分別以夜光粉含量為10%，15%，20%，30%(質量分數)，制備含有相應夜光粉含量的樹脂型人造石；

④將四種夜光粉含量不同的混合物倒入各個事先涂好脫模劑的模具中，經3 h常溫固化后脫模；

⑤將脫模后的樹脂型人造石放入烘箱中，并在105℃下恒溫8 h進行后固化。

⑥對人造石進行磨削、拋光。

1.4發(fā)光型人造石性能測試

發(fā)光型人造石發(fā)光強度檢測：采用D65標準光源，照度1000 Lux，激發(fā)時間20 min激發(fā)發(fā)光型人造石，用ST-86La型屏幕亮度計對發(fā)光型人造石的發(fā)光強度進行檢測。

發(fā)光型人造石抗折強度檢測：采用WSM-20KN型萬能試驗機對發(fā)光型人造石的抗折強度進行檢測。

2　結果與討論

2.1發(fā)光型人造石外觀情況

圖1　蓄光自發(fā)光型人造石外觀

通過觀察制備出的發(fā)光型人造石，可發(fā)現每個人造石表面完好，色澤均勻一致，見圖1；在黑暗中采用標準光源激發(fā)后，可以觀察到人造石通體均勻透亮；并沒有出現因為夜光粉的分布不均勻導致人造石出現不均勻發(fā)光現象，因為在環(huán)氧樹脂中加入了氣相二氧化硅防沉劑，它在體系中分散后可以通過其表面的硅羥基相互作用形成氫鍵，從而形成一個二氧化硅網絡，在非極性液體中有很大的增稠效應，是一種很理想的防沉劑[7]。

2.2不同夜光粉含量的夜光型人造石發(fā)光效果

發(fā)光亮度的單位為砍德拉每平方米(cd/m2)，對于蓄光自發(fā)光型發(fā)光材料來說，其一小時發(fā)光強度較弱，因此本文所述發(fā)光亮度均采用mcd/m2表示。

原夜光粉亮度參數見表3所示。

表3　ST-G806黃綠光夜光粉亮度參數

不同夜光粉含量的人造石發(fā)光亮度見表4。

表4　不同夜光粉含量的人造石發(fā)光強度測試表

對比表3和表4可以看出當人造石中夜光粉含量低于20%時，人造石的發(fā)光強度沒有原夜光粉的發(fā)光強度強；當夜光粉的含量等于20%時人造石的發(fā)光強度與夜光粉的發(fā)光強度相差不多，原因是當夜光粉的含量低于20%時，夜光粉在人造石中的分布密度較低，發(fā)光也相對分散，因此人造石的發(fā)光強度相對較弱。當夜光粉的含量逐漸增大，達到20%時，夜光粉在人造石中的分布密度相對較大，發(fā)出的光也分布較于集中。因此夜光型人造石的發(fā)光強度較大。從圖3可以看出，夜光型人造石的1 min發(fā)光強度隨著夜光粉含量的增加而增加。圖4為不同夜光粉含量的夜光型人造石發(fā)光強度隨時間的衰減曲線，可以看出衰減曲線呈指數衰減，曲線中后期的變化趨勢可以試著用下式描述：

L=At-n

(1)

式中，L為激發(fā)時間t(s)后的發(fā)光強度：n為衰減常數。

衰減曲線用雙對數表達，以20%夜光粉含量的夜光型人造石發(fā)光強度衰既愛那個區(qū)縣做出lnL-lnt圖，如圖5所示?？梢钥闯龌境梢恢本€，由直線斜率得出衰減常數n值。經過計算直線斜率為-1.0918，可知n值為1.0918，lnA為12.586，得出A值為292435.7，于是夜光型人造石的衰減過程可以用下式來描述：

L=292435.7t-1.0918

(2)

圖3　不同夜光粉含量的蓄光自發(fā)光型人造石1 min的發(fā)光強度

圖4　不同夜光粉含量的蓄光自發(fā)光型人造石發(fā)光強度衰減曲線

圖5　lnL-lnt圖

當夜光粉含量繼續(xù)增多在人造石中的含量達到30%時，可以看到夜光粉含量的提升對于人造石發(fā)光強度的提升并沒有很顯著的影響。

結果表明：隨著夜光粉含量的增加，人造石的發(fā)光強度也增加，但是發(fā)光強度與夜光粉的添加量并不是成正比的關系，當夜光粉含量達到20%后，再增大夜光粉的加入量，人造石的發(fā)光強度的增幅很小。出現這種情況的原因是：在夜光粉含量較高的體系中，夜光粉顆粒并不是都可以作為有效的發(fā)光體，其中一部分發(fā)光顆粒有可能會被周圍的顆粒遮擋，不能有效的吸收光激發(fā)和發(fā)光，因此體系中較高含量的夜光粉對于提高人造石發(fā)光性能并沒有多大的意義。

2.3不同夜光粉含量的蓄光自發(fā)光型人造石的抗折強度

采用WSM-20KN型萬能試驗機對不同含量夜光粉的人造石進行抗折強度檢測，結果如表5～表8所示。

表5　未添加夜光粉人造石抗折強度

表6　添加15%夜光粉蓄光自發(fā)光型人造石抗折強度

表7　添加20%夜光粉蓄光自發(fā)光型人造石抗折強度

表8　添加30%夜光粉蓄光自發(fā)光型人造石抗折強度

通過比較表5～表8中的數據可知，添加夜光粉的蓄光自發(fā)光型人造石的抗折強度對比于未添加夜光粉的人造石的抗折強度有一定的下降：從圖6可以看出，發(fā)光型人造石抗折強度呈下降的趨勢。

圖6　不同含量夜光粉含量的人造石抗折強度下降曲線

人造石抗折強度下降的原因可能是夜光粉的平均粒度較小，在添加到人造石基體中后會導致整體平均粒度減小、小粒子數量增多，造成粉體比表面積過大，而樹脂的用量不變，因此會導致基體不能被環(huán)氧樹脂充分潤濕，使得粉體容易聚集，體系在固化過程中內應力分布不均勻，導致人造石抗折強度降低。

隨著這種平均粒徑很小的夜光粉含量的增加，更多的夜光粉粒子難以被樹脂充分潤濕，使體系內部的內應力分布更加不均勻，從而導致人造石的抗折強度下降。

3　結　論

聚酯型蓄光自發(fā)光人造石的發(fā)光強度隨著夜光粉加入量的增多發(fā)光強度也增強，但是當夜光粉的含量增加到20%之后，對比30%夜光粉含量的夜光型人造石的發(fā)光強度可以發(fā)現：再增加夜光粉的加入量并沒有對發(fā)光人造石的發(fā)光強度起到增強的效果。

添加夜光粉的發(fā)光人造石抗折強度會有所下降，并且隨著夜光粉的含量的增加，抗折強度下降明顯。

添加20%夜光粉的發(fā)光人造石發(fā)光性能較好，此時發(fā)光人造石的抗折性能較好。

4　應用效果與展望

通過本文的研究，可以將夜光粉用于聚酯發(fā)光型人造石的制備，可以利用夜光粉的余暉特性，將人造石用于LED燈間歇打光，維持較強的發(fā)光強度，同時能節(jié)約很多電能。

發(fā)光人造石材發(fā)光顏色多種多樣，適用于室內外裝飾。用于建筑物外裝飾，公路裝飾，白天吸收陽光，晚上發(fā)光，為都市夜生活增光添彩。用于家居衛(wèi)生間、廚房、客廳地面的裝修鑲嵌，既美化家居，給家居房間帶來美麗神奇的效果，也方便人們夜晚在房間活動，避免受到意外的傷害。而且，美麗的發(fā)光效果讓人耳目一新。

[1]洪廣言.稀土發(fā)光材料的研究進展[J].人工晶體學報,2015(10):2641-2651.

[2]劉應亮,雷炳富,鄺金勇,等.長余輝發(fā)光材料研究進展[J].無機化學學報,2009(08):1323-1329.

[3]李隨源,蔣海濤.紅色長余輝發(fā)光材料的研究進展[J].焦作師范高等?？茖W校學報,2014(02):73-76.

[4]尹明,閆世潤,胡建國.藍綠色長余輝發(fā)光粉Sr4Al14O25:Eu2+,Dy3+的制備及性能研究[J].光源與照明,2014(02):12-15.

[5]張錦虹,邵魁武.蓄光型自發(fā)光制品的開發(fā)及應用[J].塑料助劑,2006(06):51-52.

[6]唐明道.蓄光型自發(fā)光材料及制品發(fā)展概況[J].光機電信息,2003(02):8-14.

[7]馮欽邦,劉莉,龍成坤.氣相二氧化硅在樹脂基復合材料中的應用[J].有機硅氟資訊,2007(09):45-46.

Preparation and Properties of Luminescent Artificial Marble*

FAN Zhi-qiang,YANG Min

(School of Chemistry and Chemical Engineering,Guizhou University,Guizhou Guiyang 550025,China)

Epoxy binder was used to prepare Self-luminous artificial marble,luminous powder content of 10%,15%,20%,30%,research the flexural strength and glow with different content of luminous powder.The results showed that the luminous of polyester self-luminous artificial marble intensity increased with the addition of luminous powder,but when the content of the luminous powder was in a certain limit,there was no increase of the luminous intensity.There was a decline of flexural strength of self-luminous artificial marble when added luminous powder,flexural strength decreased significantly with the luminous powder content increased,preferably with 20% luminous the light emitting and flexural strength of artificial performance.

luminous powder; artificial marble; self-luminous artificial marble; luminous intensity; flexural strength

貴州省科技廳科技計劃項目_利用石材加工廢棄石粉制備仿生合成石材關鍵技術研究(黔科合SY字[2013]3088號)；貴陽市科技局工業(yè)類項目——石材浸漬防護切割新技術研究(筑科合同(2012101)2-19號)。

范志強(1991-)，男，研究生。

楊敏(1978-)，女，副教授，研究生導師。

TU56+4.22

A

1001-9677(2016)011-0081-04