CN107129800B - 一种用于3d打印的高显色性白光荧光粉的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于3D打印的高显色性白光荧光粉的制备方法,是针对白光荧光粉色温高、显色指数低、成膜性能差的情况,采用2‑噻吩甲酰三氟丙酮‑邻菲罗啉‑铕、4‑苯甲酰苯甲酸‑铽、苯并噻唑‑锌、聚苯乙烯‑甲基丙烯酸缩水甘油酯为原料,经物理共混、加热熔融、干燥、研磨、过筛,制得高显色性白光荧光粉,粉体颗粒直径≤1um,制备的粉体材料精度高、纯度好,达99.8%,色坐标X=0.332,Y=0.337,发白光,该制备方法工艺先进,数据精确翔实,是先进的用于3D打印的高显色性白光荧光粉的制备方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于3D打印的高显色性白光荧光粉的制备方法,属发光材料制备及应用的技术领域。
背景技术
白光发光二极管LED因其尺寸小、能耗低、寿命长的优点,被称为第四代绿色照明光源,已广泛应用于工业和民用产品中。
白光作为一种复合光,可通过高能量短波长的紫外光有效激发红、绿、蓝三基色荧光粉发出各自特征单色光,最终复合得到白光;这种方法比蓝光激发黄光荧光粉复合得到白光的技术,显色性高,目前制备高显色指数的三基色白光荧光粉技术有待突破;除此之外,小分子配合物制作LED发光层存在成膜困难、器件寿命短的缺陷;因此,制备快速成膜的高显色性白光荧光粉是白光LED领域的科研热点,尤其是可用于3D打印的高显色白光荧光粉是该领域的研究难点。
发明内容
发明目的
本发明的目的是针对背景技术的不足,以4-苯甲酰苯甲酸-铽、2-噻吩甲酰三氟丙酮-邻菲罗啉-铕、苯并噻唑-锌、苯乙烯和甲基丙烯酸缩水甘油酯为原料,采用先聚合、后配合技术,制成用于3D打印的发白光的高显色性白光荧光粉,以提高白光荧光粉的显色指数和成膜性能。
技术方案
本发明使用的化学物质材料为:4-苯甲酰苯甲酸-铽、2-噻吩甲酰三氟丙酮-邻菲罗啉-铕、苯并噻唑-锌、苯乙烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、偶氮二异丁腈、甲苯、无水乙醇、去离子水、氮气,其准备用量如下:以克、毫升、厘米3为计量单位
(1)配制混合液
量取甲基丙烯酸缩水甘油酯7.107mL±0.0001mL、苯乙烯1.041mL±0.0001mL、甲苯100mL±0.0001mL,称取偶氮二异丁腈0.0087g±0.0001g加入烧杯中,摇匀成混合液;
(2)制备聚合物
聚合物的制备是在三口烧瓶中进行的,是在水浴、加热、磁子搅拌、水循环冷凝、氮气保护下完成的:
①将三口烧瓶置于水浴缸上,水浴缸置于电加热器上,水浴缸内加入水浴水;
水浴水要淹没三口烧瓶体积的4/5;
②在三口烧瓶上由左至右依次设置氮气管、加液漏斗、水循环冷凝管,并固定;
三口烧瓶内底部置放磁子搅拌器;
③向三口烧瓶内加入配制的混合液;
④开启电加热器,加热温度80℃±1℃;
⑤向三口烧瓶内输入氮气,氮气输入速度30cm3/min;
⑥加热、搅拌、输入氮气、水循环冷凝时间10h;
⑦三口烧瓶内的混合液在加热、搅拌、氮气保护下将发生化学反应,反应方程式如下:
式中:聚苯乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯
聚合度n=30
反应结构式如下:
式中:聚苯乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯
聚合度n=30
反应后,停止加热,停止水循环冷凝,停止输氮气,使三口烧瓶内的聚合物混合液随瓶冷却至25℃;
(3)浸渍共聚物
将聚合物混合液倒入烧杯中,然后加入无水乙醇100mL,生成白色絮状物,静置60min,成白色絮状沉淀物;
(4)洗涤,抽滤
将白色絮状沉淀物置于烧杯中,加入无水乙醇100mL,搅拌洗涤5min,然后用三层中速定性滤纸进行抽滤,留存滤饼,弃去洗涤液;
洗涤、抽滤重复进行五次;
(5)真空冷冻干燥
将滤饼置于石英容器中,然后置于真空冷冻干燥箱中干燥,冷冻干燥温度-80℃,真空度2Pa,干燥时间10h;干燥后得聚合物聚苯乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯;
(6)真空烧结熔融
称取聚苯乙烯—甲基丙烯酸缩水甘油酯2g±0.0001g、4-苯甲酰苯甲酸-铽0.1166g±0.0001g、2-噻吩甲酰三氟丙酮-邻菲罗啉-铕0.01g±0.0001g、苯并噻唑-锌0.0053g0.0001g,加入石英坩埚中,均匀搅拌5min,成混合粉;
将盛有混合粉的石英坩埚置于真空烧结炉内的工作台上,密闭;
开启真空烧结炉的真空泵,抽取炉内空气,待炉内压强恒定在1Pa;
开启真空烧结炉的微波加热器,加热温度140℃±1℃,加热时间20min;
在加热搅拌过程中化学物质熔融,并发生化学反应,反应方程式如下:
式中:
聚(苯乙烯)—(甲基丙烯酸缩水甘油酯)—(2-噻吩甲酰三氟丙酮-邻菲罗啉-铕)—(4-苯甲酰苯甲酸-铽)—(苯并噻唑-锌)
聚合度n=30
反应结构式如下:
式中:
聚(苯乙烯)—(甲基丙烯酸缩水甘油酯)—(2-噻吩甲酰三氟丙酮-邻菲罗啉-铕)—(4-苯甲酰苯甲酸-铽)—(苯并噻唑-锌)
聚合度n=30
反应后停止加热,石英坩埚中的化学物质固化,随炉冷却至25℃,成高显色性白光荧光粉;
(7)研磨、过筛
将固化后的高显色性白光荧光粉用玛瑙研钵、研棒进行研磨,然后用650目筛网过筛,研磨、过筛反复进行;得终产物高显色性白光荧光粉;
(8)检测、分析、表征
对制备的高显色性白光荧光粉的形貌、发光性能、热性能及成膜后显色性能进行分析、表征、检测;
用荧光光谱仪进行荧光分析;
用热重分析仪进行热重分析;
结论:高显色性白光荧光粉为粉体,粉体颗粒直径≤1um,发白光,色坐标为X=0.332,Y=0.337,产物纯度99.8%;
(9)产物储存
对制备的高显色性白光荧光粉储存于棕色透明的玻璃容器内,密闭避光储存、要防潮、防晒、防酸碱盐侵蚀,储存温度20℃,相对湿度≤10%。
有益效果
本发明与背景技术相比具有明显的先进性,是针对白光荧光粉色温高、显色指数低、成膜性能差的情况,采用2-噻吩甲酰三氟丙酮-邻菲罗啉-铕、4-苯甲酰苯甲酸-铽、苯并噻唑-锌、聚苯乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯为原料,经物理共混、加热熔融、干燥、研磨、过筛,制得高显色性白光荧光粉,粉体颗粒直径≤1um,制备的粉体材料精度高、纯度好,达99.8%,色坐标X=0.332,Y=0.337,发白光,该制备方法工艺先进,数据精确翔实,是先进的用于3D打印的高显色性白光荧光粉的制备方法。
附图说明
图1、聚合物制备状态图
图2、高显色性白光荧光粉真空烧结状态图
图3、高显色性白光荧光粉衍射强度图谱
图4、高显色性白光荧光粉形貌图
图5、高显色性白光荧光粉荧光光谱图
图6、高显色性白光荧光粉红外光谱图
图7、高显色性白光荧光粉色坐标图
图中所示,附图标记清单如下:
1、电加热器,2、水浴缸,3、三口烧瓶,4、水浴水,5、加液漏斗,6、控制阀,7、水循环冷凝管,8、进水口,9、出水口,10、出气口,11、磁子搅拌器,12、混合液,13、氮气瓶,14、氮气阀,15、氮气管,16、氮气,17、第一显示屏,18、第一指示灯,19、第一电源开关,20、加热温度控制器,21、固定座,22、真空烧结炉,23、炉底座,24、炉盖,25、炉腔,26、工作台,27、石英坩埚,28、高显色性白光荧光粉,29、微波加热器,30、真空泵,31、真空阀,32、真空管,33、第二显示器,34、第二指示灯,35、第二电源开关,36、微波加热控制器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步说明:
图1所示,为聚合物制备状态图,各部位置要正确,按量配比,按序操作。
制备使用的化学物质的量值是按预先设置的范围确定的,以克、毫升、厘米3为计量单位。
聚合物的制备是在三口烧瓶中进行的,是在水浴、加热、磁子搅拌、氮气保护、水循环冷凝状态下完成的;
电加热器1为立式,在电加热器1的上部为水浴缸2,在水浴缸2上部为三口烧瓶3,并由固定座21固定,水浴缸2内为水浴水4,水浴水4要淹没三口烧瓶3体积的4/5;在三口烧瓶3上部由左至右依次设置氮气管15、加液漏斗5及控制阀6、水循环冷凝管7及进水口8、出水口9、出气口10;三口烧瓶3内为混合液12、内底部置放磁子搅拌器11、内上部为氮气16;在电加热器1上设有第一显示屏17、第一指示灯18、第一电源开关19、加热温度控制器20。
图2所示,为高显色性白光荧光粉真空烧结状态图,各部位置、连接关系要正确,按序操作。
真空烧结炉为立式,在真空烧结炉22的下部为炉底座23、上部为炉盖24、内部为炉腔25;在炉腔25内底部设有工作台26,工作台26上部置放石英坩埚27,石英坩埚27内置放高显色性白光荧光粉28;在真空烧结炉22的内壁上设有微波加热器29;在真空烧结炉22的右下部设有真空泵30,真空泵20上部设有真空阀31,真空管32,并伸入炉腔25内;炉底座23上设有第二显示屏33、第二指示灯34、第二电源开关35、微波加热控制器36。
图3所示,为高显色性白光荧光粉衍射强度图谱,纵坐标为衍射强度,横坐标为衍射角2θ,图中所示,在18.6°出现宽化的衍射峰,衍射强度指数为213,表明荧光粉为聚合物荧光粉。
图4所示,为高显色性白光荧光粉形貌图,图中所示,高显色性白光荧光粉为粉体,粉体颗粒直径≤1um。
图5所示,为高显色性白光荧光粉荧光光谱图,在458nm处有蓝光成分特征发射峰,488nm、542nm处有绿光成分特征发射峰,在578nm、590nm、612nm、652nm处有红光特征发射峰,证明是由红绿蓝三基色复合得到白光。
图6所示,为高显色性白光荧光粉红外光谱图,在472cm-1445cm-1、418cm-1处分别呈现出锌-氧、铕-氧、铽-氧键特征峰,表明三基色配合物成功与共聚物配合。
图7所示,为高显色性白光荧光粉色坐标图,图中所示,X=0.332,Y=0.337,位于白光区。
Claims (3)
1.一种用于3D打印的高显色性白光荧光粉的制备方法,其特在于:
使用的化学物质材料为:4‐苯甲酰苯甲酸‐铽、2‐噻吩甲酰三氟丙酮‐邻菲罗啉‐铕、苯并噻唑‐锌、苯乙烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、偶氮二异丁腈、甲苯、无水乙醇、去离子水、氮气,其准备用量如下:以克、毫升、厘米3为计量单位
(1)配制混合液
量取甲基丙烯酸缩水甘油酯7.107mL±0.0001mL、苯乙烯1.041mL±0.0001mL、甲苯100mL±0.0001mL,称取偶氮二异丁腈0.0087g±0.0001g加入烧杯中,摇匀成混合液;
(2)制备聚合物
聚合物的制备是在三口烧瓶中进行的,是在水浴、加热、磁子搅拌、水循环冷凝、氮气保护下完成的:
①将三口烧瓶置于水浴缸上,水浴缸置于电加热器上,水浴缸内加入水浴水;
水浴水要淹没三口烧瓶体积的4/5;
②在三口烧瓶上由左至右依次设置氮气管、加液漏斗、水循环冷凝管,并固定;
三口烧瓶内底部置放磁子搅拌器;
③向三口烧瓶内加入配制的混合液;
④开启电加热器,加热温度80℃±1℃;
⑤向三口烧瓶内输入氮气,氮气输入速度30cm3/min;
⑥加热、搅拌、输入氮气、水循环冷凝时间10h;
⑦三口烧瓶内的混合液在加热、搅拌、氮气保护下将发生化学反应,反应方程式如下:
式中:聚苯乙烯‐甲基丙烯酸缩水甘油酯聚合度n=30
反应结构式如下:
式中:聚苯乙烯—甲基丙烯酸缩水甘油酯聚合度n=30
反应后,停止加热,停止水循环冷凝,停止输氮气,使三口烧瓶内的聚合物混合液随瓶冷却至25℃;
(3)浸渍共聚物
将聚合物混合液倒入烧杯中,然后加入无水乙醇100mL,生成白色絮状物,静置60min,成白色絮状沉淀物;
(4)洗涤,抽滤
将白色絮状沉淀物置于烧杯中,加入无水乙醇100mL,搅拌洗涤5min,然后用三层中速定性滤纸进行抽滤,留存滤饼,弃去洗涤液;
洗涤、抽滤重复进行五次;
(5)真空冷冻干燥
将滤饼置于石英容器中,然后置于真空冷冻干燥箱中干燥,冷冻干燥温度‐80℃,真空度2Pa,干燥时间10h;干燥后得聚合物聚苯乙烯‐甲基丙烯酸缩水甘油酯;
(6)真空烧结熔融
称取聚苯乙烯—甲基丙烯酸缩水甘油酯2g±0.0001g、4‐苯甲酰苯甲酸‐铽0.1166g±0.0001g、2‐噻吩甲酰三氟丙酮‐邻菲罗啉‐铕0.01g±0.0001g、苯并噻唑‐锌0.0053±0.0001g,加入石英坩埚中,均匀搅拌5min,成混合粉;
将盛有混合粉的石英坩埚置于真空烧结炉内的工作台上,密闭;
开启真空烧结炉的真空泵,抽取炉内空气,待炉内压强恒定在1Pa;
开启真空烧结炉的微波加热器,加热温度140℃±1℃,加热时间20min;
在加热搅拌过程中化学物质熔融,并发生化学反应,反应方程式如下:
式中:
聚(苯乙烯)—(甲基丙烯酸缩水甘油酯)—(2‐噻吩甲酰三氟丙酮‐邻菲罗啉‐铕)—(4‐苯甲酰苯甲酸‐铽)—(苯并噻唑‐锌)
聚合度n=30
反应结构式如下:
式中:
聚(苯乙烯)—(甲基丙烯酸缩水甘油酯)—(2‐噻吩甲酰三氟丙酮‐邻菲罗啉‐铕)—(4‐苯甲酰苯甲酸‐铽)—(苯并噻唑‐锌)
聚合度n=30
反应后停止加热,石英坩埚中的化学物质固化,随炉冷却至25℃;成高显色性白光荧光粉;
(7)研磨、过筛
将固化后的高显色性白光荧光粉用玛瑙研钵、研棒进行研磨,然后用650目筛网过筛,研磨、过筛反复进行;得终产物高显色性白光荧光粉;
(8)检测、分析、表征
对制备的高显色性白光荧光粉的形貌、发光性能、热性能及成膜后显色性能进行分析、表征、检测;
用荧光光谱仪进行荧光分析;
用热重分析仪进行热重分析;
结论:高显色性白光荧光粉为粉体,粉体颗粒直径≤1um,发白光,色坐标为X=0.332,Y=0.337,产物纯度99.8%;
(9)产物储存
对制备的高显色性白光荧光粉储存于棕色透明的玻璃容器内,密闭避光储存、要防潮、防晒、防酸碱盐侵蚀,储存温度20℃,相对湿度≤10%。
2.根据权利要求1所述的一种用于3D打印的高显色性白光荧光粉的制备方法,其特征在于:
聚合物基质的制备是在三口烧瓶中进行的,是在水浴、加热、磁子搅拌、氮气保护、水循环冷凝状态下完成的;
电加热器(1)为立式,在电加热器(1)的上部为水浴缸(2),在水浴缸(2)上部为三口烧瓶(3),并由固定座(21)固定;水浴缸(2)内为水浴水(4),水浴水(4)要淹没三口烧瓶(3)体积的4/5;在三口烧瓶(3)上部由左至右依次设置氮气管(15)、加液漏斗(5)及控制阀(6)、水循环冷凝管(7)及进水口(8)、出水口(9)、出气口(10);三口烧瓶(3)内为混合液(12)、内底部置放磁子搅拌器(11)、内上部为氮气(16);在电热搅拌器(1)上设有第一显示屏(17)、第一指示灯(18)、第一电源开关(19)、加热温度控制器(20)。
3.根据权利要求1所述的一种用于3D打印的高显色性白光荧光粉的制备方法,其特征在于:
真空烧结炉为立式,在真空烧结炉(22)的下部为炉底座(23)、上部为炉盖(24)、内部为炉腔(25);在炉腔(25)内底部设有工作台(26),工作台(26)上部置放石英坩埚(27),石英坩埚(27)内置放高显色性白光荧光粉(28);在真空烧结炉(22)的内壁上设有微波加热器(29);在真空烧结炉(22)的右下部设有真空泵(30),真空泵(30)上部设有真空阀(31),真空管(32),并伸入炉腔(25)内;炉底座(23)上设有第二显示屏(33)、第二指示灯(34)、第二电源开关(35)、微波加热控制器(36)。
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