CN105646766A - 一种水性荧光乳胶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种水性荧光乳胶及其制备方法，合成水性荧光乳胶所用的原料单体及其相对含量百分比分别为：单丙烯酸酯基四苯基乙烯0.1～5％、甲基丙烯酸甲酯30～70％、苯乙烯10～40％、丙烯酸异辛酯5～30％、丙烯酸丁酯5～20％、丙烯酸0.5～5％，制备方法为：首先将所有原料单体按其配比混合成混合单体，再与水混合，加入乳化剂、引发剂、缓冲剂，经高速搅拌预乳化，预乳化物逐步滴入去离子水中，在加热下搅拌反应，最终得到水性荧光乳胶，其固体含量在20～60％。本发明的水性荧光乳胶通过直接合成得到，摒除了传统荧光涂料需要加入荧光粉末才能实现的功能，符合环保要求，具有荧光特性，可应用于荧光涂料，摒除了传统荧光分子在固态状态下出现的荧光猝灭效应。

Description

一种水性荧光乳胶及其制备方法
技术领域
本发明属于涂料技术领域，具体涉及一种水性荧光乳胶及其制备方法。
背景技术
荧光是一种光致发光现象，所谓“荧光涂料”是指经过紫外灯照射而发光的涂料。其特点是在照射紫外线时发光，停止照射就完全无光。复合型荧光涂料是指将荧光化合物掺杂到涂料聚合物基体中，使得固化涂层具有荧光效果。荧光涂层由于具有防伪作用，故又称安全涂层。如今荧光涂层在军事伪装、道路与高空作业的防护服、日用品、特种感光材料及信息存贮材料等领域的应用越来越广泛。
复合型荧光涂料具有如下特点：所发出光的波长范围宽，光的颜色可以通过所加入的荧光粉的种类来改变；操作简单，工艺可以有据可循；但缺陷在于材料的机械性能总体不佳，且荧光粉末易脱落，传统荧光分子虽在溶液状态下具有较强的荧光特性，但在固态状态下荧光特性急剧下降甚至消失。现象受其分子结构所决定影响，传统荧光分子一般都具有大共轭公平面的分子结构，导致分子之间具有较强的分子间作用力即π-π堆叠(类似于H-聚集体作用)，其所产生的分子内部电子跃迁偶极矩现象导致当其处于聚集状态时(固体状态或分散于劣溶剂中)，激发基团能够在荧光分子之间形成，这通常会导致激发能量以非辐射的形式耗散，荧光分子所发出的荧光会红移且强度减弱，这个现象称为聚集诱导猝灭(ACQ)。这导致涂层的荧光效果减弱，无法直接应用于实际领域中。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种不加入荧光粉末，通过直接合成的具有环保性的水性荧光乳胶及其制备方法，该水性荧光乳胶具有荧光特性，可应用于荧光涂料，摒除传统荧光分子在固态状态下出现的荧光猝灭效应。
为了达到上述技术效果，本发明采用的技术方案是：
一种水性荧光乳胶，采用的原料单体包括单丙烯酸酯基四苯基乙烯、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸丁酯和丙烯酸，所述的各原料单体的相对质量百分比分别为：
进一步地，所述的单丙烯酸酯基四苯基乙烯为邻丙烯酸酯基四苯基乙烯、间丙烯酸酯基四苯基乙烯或对丙烯酸酯基四苯基乙烯中的一种或几种。
一种制备水性荧光乳胶的方法，依次包括以下的步骤：
首先，将符合配比要求的所有原料单体混合均匀，得到混合单体，在混合单体中加入相对于混合单体质量一半的水，加入相对于混合单体质量2～5％的乳化剂、0.1～2％的引发剂以及0.5％的pH缓冲剂,以500～2000转/分的速度高速搅拌10～20分钟，得到预乳化物；
其次，将预乳化物逐步滴加到去离子水中，滴加时间控制在0.5～3小时，同时反应温度控制在50～75℃，预乳化物相对于去离子水的质量比为3:7～9:1；
最后，在预乳化物滴加完毕后，反应温度控制在75～90℃，反应进行1～6小时，然后降温，使得固体含量在20～60％，得到水性荧光乳胶。
进一步地，所述的乳化剂为十二烷基苯磺酸钠与烷基酚聚氧乙烯醚-10按照质量比2:1组成的混合物、引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾，缓冲剂为碳酸氢钠。与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的水性荧光乳胶通过直接合成得到，摒除了传统荧光涂料需要加入荧光粉末才能实现的功能，力学性能及整体荧光的稳定性得到了保障，同时体系为水性，符合环保要求，具有荧光特性，可应用于荧光涂料，摒除传统荧光分子在固态状态下出现的荧光猝灭效应。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，加以详细说明。
附图说明
图1为单丙烯酸酯基四苯基乙烯结构分子式。
图2为通过透射电镜所观察的实施例一制备的水性荧光乳胶的粒子的形貌。
图3为通过扫描电镜所观察的实施例一制备的水性荧光乳胶在挥发溶剂后固化成膜的表面形貌。
图4为实施例一制备的水性荧光乳胶分别在紫外灯下和日光灯下照射后的情况。
图5为实施例一～四所制备的不同水性荧光乳胶的光致发光光谱。
图中各标号和对应的名称为：
1.实施例一的水性荧光乳胶的光致发光光谱；2.实施例二的水性荧光乳胶的光致发光光谱；3.实施例三的水性荧光乳胶的光致发光光谱；4.实施例四的水性荧光乳胶的光致发光光谱；11.邻丙烯酸酯基四苯基乙烯；12.间丙烯酸酯基四苯基乙烯；13.对丙烯酸酯基四苯基乙烯；4a.紫外灯下照射后的情况；4b.日光灯下照射后的情况。
具体实施方式
本发明的采用的单丙烯酸酯基四苯基乙烯，其结构分子式如图1所示，分别为邻丙烯酸酯基四苯基乙烯11，间丙烯酸酯基四苯基乙烯12，对丙烯酸酯基四苯基乙烯13。
实施例一：
合成的水性荧光乳胶的有机原料单体及其相对质量百分比为：
本发明的新型环保水性荧光乳胶的制备方法，包括如下步骤：
首先，将有机原料单体混合均匀后加入相对于单体质量一半的水，加入相对于混合单体质量5％的乳化剂，乳化剂的组成为十二烷基苯磺酸钠与烷基酚聚氧乙烯醚-10按照质量比2:1组成的混合物，0.1％的引发剂过硫酸铵以及0.5％的pH缓冲剂碳酸氢钠,以2000转/分速度，高速机械搅拌10分钟，得到预乳化物。
其次，预乳化物逐步滴加至去离子水中，滴加时间控制于0.5小时同时反应温度控制在75℃，这里的预乳化物相对于去离子水的质量比为3:7。
最后，预乳化物滴加完毕后，反应控制在90℃，反应进行1小时，然后降温，使得体系固含量在20％，得到水性荧光乳胶。
图2所示为实施例一制备的水性乳胶的粒子的形貌，明显呈现核壳形貌，疏水的邻丙烯酸酯基四苯基乙烯11分子被聚合束缚于乳胶粒子核层内部，丙烯酸、乳化剂等亲水物质在壳层。由于邻丙烯酸酯基四苯基乙烯11分子的运动在核层受到束缚，当其受到紫外光辐照时，发出强烈荧光。
图3为实施例一水性荧光乳胶在常温下挥发水分干燥后，所成漆膜的表面形貌的扫描电镜图像，随着水分的逐步挥发，乳胶粒子逐步靠近，利用粒子间的相互毛细管作用力，乳胶粒子互相间聚并且发生变形，最终形成凭证均匀的漆膜。
图4为实施例一制备的水性荧光乳胶分别在紫外灯下4a与日光灯下4b照射后的情况，在紫外灯辐照下4a，水性荧光乳胶出现强烈的光致发光现象。
实施例二：
合成的水性荧光乳胶的有机原料单体及其相对质量百分比为：
首先，将有机原料单体混合均匀后加入相对于单体质量一半的水，加入相对于混合单体质量2％的乳化剂，乳化剂的组成为十二烷基苯磺酸钠与烷基酚聚氧乙烯醚-10按照质量比2:1组成的混合物，2％的引发剂过硫酸钾以及0.5％的pH缓冲剂碳酸氢钠,以500转/分速度，高速机械搅拌20分钟，得到预乳化物。
其次，预乳化物逐步滴加至去离子水中，滴加时间控制于3小时同时反应温度控制在50℃，这里的预乳化物相对于去离子水的质量比为3:5。
最后，预乳化物滴加完毕后，反应控制在75℃，反应进行6小时，然后降温，使得体系固含量在25％，得到水性荧光乳胶。
实施例三：
合成的水性荧光乳胶的有机原料单体及其相对质量百分比为：
首先，将有机原料单体混合均匀后加入相对于单体质量一半的水，加入相对于混合单体质量3％的乳化剂，乳化剂的组成为十二烷基苯磺酸钠与烷基酚聚氧乙烯醚-10按照质量比2:1的混合物，0.5％的引发剂过硫酸钾以及0.5％的pH缓冲剂碳酸氢钠,以1000转/分速度，高速机械搅拌15分钟，得到预乳化物。
其次，预乳化物逐步滴加至去离子水中，滴加时间控制于2小时同时反应温度控制在70℃，这里的预乳化物相对于去离子水的质量比为3:2。
最后，预乳化物滴加完毕后，反应控制在85℃，反应进行3小时，然后降温，使得体系固含量在40％，得到水性荧光乳胶。
实施例四：
合成的水性荧光乳胶的有机原料单体及其相对质量百分比为：
首先，将有机原料单体混合均匀后加入相对于单体质量一半的水，加入相对于混合单体质量4％的乳化剂，乳化剂的组成为十二烷基苯磺酸钠与烷基酚聚氧乙烯醚-10按照质量比2:1组成的混合物，0.4％的引发剂过硫酸氨以及0.5％的pH缓冲剂碳酸氢钠,以1500转/分速度，高速机械搅拌12分钟，得到预乳化物。
其次，预乳化物逐步滴加至去离子水中，滴加时间控制于2.5小时同时反应温度控制在65℃，这里的预乳化物相对于去离子水的质量比为9:1。
最后，预乳化物滴加完毕后，反应控制在80℃，反应进行4小时，然后降温，使得体系固含量在60％，得到水性荧光乳胶。
参照图5所示，1～4分别对应实施例一～实施例四制备的水性荧光乳胶的光致发光谱的谱图，从图中可看出在波长为460nm左右有强烈的荧光发光谱峰，因此水性乳胶荧光显示出蓝色的荧光。
综上，本发明摒除传统荧光分子在固态状态下出现的荧光猝灭效应，选择的具有聚集诱导发光效应的单丙烯酸酯基四苯基乙烯，将其与不同的丙烯酸酯单体共混后，进行乳液聚合，利用物理包裹与化学共聚，使得单丙烯酸酯基四苯基乙烯的分子运动受到束缚，实现光致发光，得到水性乳胶具有荧光特性。通过直接合成得到水性荧光乳胶，摒除了传统荧光涂料需要加入荧光粉末才能实现的功能，力学性能及整体荧光的稳定性得到了保障，同时体系为水性，符合环保要求。
本发明不局限于上述具体的实施方式，对于本领域的普通技术人员来说从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所作出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种水性荧光乳胶，其特征在于，所述的水性荧光乳胶通过采用原料单体直接合成得到，原料单体包括单丙烯酸酯基四苯基乙烯、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸丁酯和丙烯酸，所述的各原料单体的相对质量百分比分别为：
2.根据权利要求1所述的一种水性荧光乳胶，其特征在于，所述的单丙烯酸酯基四苯基乙烯为邻丙烯酸酯基四苯基乙烯、间丙烯酸酯基四苯基乙烯或对丙烯酸酯基四苯基乙烯中的一种或几种。
3.制备权利要求1所述的一种水性荧光乳胶的方法，其特征在于，依次包括以下的步骤：
首先，将符合配比要求的所有原料单体混合均匀，得到混合单体，在混合单体中加入相对于混合单体质量一半的水，加入相对于混合单体质量2～5％的乳化剂、0.1～2％的引发剂以及0.5％的pH缓冲剂,以500～2000转/分的速度高速搅拌10～20分钟，得到预乳化物；
其次，将预乳化物逐步滴加到去离子水中，滴加时间控制在0.5～3小时，同时反应温度控制在50～75℃，预乳化物相对于去离子水的质量比为3:7～9:1；
最后，在预乳化物滴加完毕后，反应温度控制在75～90℃，反应进行1～6小时，然后降温，使得固体含量在20～60％，得到水性荧光乳胶。
4.根据权利要求3所述的一种水性荧光乳胶的制备方法，其特征在于，
所述的乳化剂为十二烷基苯磺酸钠与烷基酚聚氧乙烯醚-10按照质量比2:1组成的混合物、引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾，缓冲剂为碳酸氢钠。
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