CN109265719A - 一种具有超疏水、自清洁功能的荧光玻璃及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于有机玻璃改性的技术领域，提供了一种具有超疏水、自清洁功能的荧光玻璃及制备方法。该方法分别在有机玻璃的上下表面依次沉积具有粗糙微观结构的钇铝石榴石膜层、聚甲基丙烯酸甲酯薄层、两性表面活性剂聚磺基丙烯酸二甲氨基乙酯接枝层，制得具有超疏水、自清洁功能的荧光玻璃。与传统方法相比，本发明制备的荧光玻璃，不仅水接触角大，超疏水性能优异，而且滚动角小，自清洁能力强。

Description

一种具有超疏水、自清洁功能的荧光玻璃及制备方法
技术领域
本发明属于有机玻璃改性的技术领域，提供了一种具有超疏水、自清洁功能的荧光玻璃及制备方法。
背景技术
在日常生产及生活中，经常遇到照明条件差，抑或缺少照明条件的环境及物品，如野外的目标指示、物体的辨识、仪表的读取等。目前，解决这类问题的主要方法是另外设置光源，用于照明被辨识的目标，或者采取被动反射式的映射方式，如高速公路的各种标志牌等。但这些方法繁琐不便，对于附加光源及电源的依赖性大，限制了实际应用。因此，研究可自发光的荧光玻璃成为解决上述问题的新型技术。
荧光玻璃又称夜间发光玻璃，萤火玻璃或自发光玻璃，该玻璃可以吸收白天的可见光，并转化成夜间持续发光的能量并发出璀璨的绿色荧光，可以实现夜间不间断发出荧光，实现指向、标志、装饰等功能。荧光玻璃的主要方法是添加荧光材料，如长余辉发光材料等。根据玻璃材质的不同，分为有机玻璃和无机玻璃等，其中荧光玻璃主要为有机玻璃。
有机玻璃作为荧光发光材料的良好基础，具有优异的光学、机械绝缘耐酸碱等性能，易染色、易加工、外观优美、抗拉伸和抗冲击性能高等优点，应用领域广泛，可进行改性用于光学性能。目前常用的荧光材料主要有硫化锌等，新型的荧光材料，如钇铝石榴石粉末等的研究受到人们关注。另外，荧光玻璃的耐久性及使用性受外界环境影响较大，这也是目前荧光玻璃发展应用的重要课题。
中国发明专利申请号201710521860.3公开了一种高强度耐磨荧光玻璃制品及制备方法，包括如下组分：二氧化硅、三氧化二铝、氧化钙、氧化镁、石墨烯、二氧化钛、三氧化二硼、硅酸钠、氧化钾、氧化锑、氧化砷、夜光粉。制备方法包括：先将各组分混合熔融制备得到熔融体，然后将熔融体升温至1400~1500℃，保温12~14h；然后将玻璃熔融体送入成型机中，制成不同形状及规格的玻璃制品，然后对玻璃制品进行退火处理，即可。该发明的缺陷是制得的荧光玻璃的表面疏水性差，易受污染。
中国发明专利申请号201710648484.4公开了一种低熔点荧光玻璃的制备方法，其特征在于通过对玻璃组分的优化设计，提出一种(NaPO3)6-NaF-CaO-B2O3-Sb2O3-Li2O-ZnO低熔点玻璃体系，并提出具体制备步骤：（1）先制备低熔点原玻璃；（2）然后再将商用的钇铝石榴石结构黄色荧光粉与此低熔点玻璃粉混合置于氧化铝坩埚之中，并进行烧制成型。该发明的缺陷是制得的荧光玻璃的表面疏水性差，自清洁能力差，影响了荧光玻璃的使用耐久性。
综上所述，现有技术中的荧光玻璃，普遍存在疏水性较差、易污染、自清洁能力差等缺点，限制了荧光玻璃的应用和发展，因此开发一种疏水性优异、具有自清洁功能的抗污染荧光玻璃，有着重要的意义。
发明内容
可见，现有技术制备的荧光玻璃，具有疏水性较差、易污染、自清洁能力差的缺点。针对这种情况，本发明提出一种具有超疏水、自清洁功能的荧光玻璃及制备方法，制得的荧光玻璃不仅水接触角大，超疏水性能优异，而且滚动角小，自清洁能力强。
为实现上述目的，本发明涉及的具体技术方案如下：
一种具有超疏水、自清洁功能的荧光玻璃的制备方法，所述超疏水、自清洁功能的荧光玻璃制备的具体步骤如下：
（1）将钇铝石榴石粉末加入丙酮中，超声分散，形成悬浊液，然后喷雾沉积于有机玻璃的上表面，再加热使丙酮挥发，重复5~10次，在有机玻璃的上表面形成具有粗糙微观结构的钇铝石榴石膜层；
（2）将聚甲基丙烯酸甲酯溶于丙酮中，喷雾沉积于钇铝石榴石膜层表面，再加热使丙酮挥发，重复2~4次，以钇铝石榴石膜层的粗糙结构为基础，形成聚甲基丙烯酸甲酯薄层；
（3）将聚磺基丙烯酸二甲氨基乙酯、光引发剂溶于丙酮中，涂覆于聚甲基丙烯酸甲酯薄层表面，紫外辐射引发聚合，将聚磺基丙烯酸二甲氨基乙酯接枝于聚甲基丙烯酸甲酯薄层表面，再加热使丙酮挥发；
（4）将有机玻璃翻转，使下表面朝上，重复上述操作，使下表面也依次沉积钇铝石榴石膜层、聚甲基丙烯酸甲酯薄层、聚磺基丙烯酸二甲氨基乙酯接枝层，制得具有超疏水、自清洁功能的荧光玻璃。
优选的，步骤（1）所述超声分散的超声波频率为40~80kHz，功率密度为0.4~0.8W/cm2，时间为20~40min。
优选的，步骤（1）所述沉积液中，钇铝石榴石粉末5~10重量份、丙酮90~95重量份。
优选的，步骤（2）所述沉积液中，聚甲基丙烯酸甲酯20~30重量份、丙酮70~80重量份。
优选的，步骤（3）所述涂覆液中，聚磺基丙烯酸二甲氨基乙酯15~20重量份、光引发剂1~2重量份、丙酮78~84重量份。
优选的，步骤（3）所述光引发剂为安息香双甲醚、安息香乙醚、安息香异丙醚、安息香丁醚、苯甲酰异丁基醚中的至少一种。
优选的，步骤（4）所述紫外辐射的强度为300~500μW/cm2。
优选的，步骤（4）所述接枝聚合反应的时间为60~90min。
本发明以钇铝石榴石粉末作为荧光材料，通过层层沉积的方式附着于有机玻璃表面，使钇铝石榴石膜层呈现出类似于裙带褶皱的表面形貌，增加了微观表面的粗糙结构，再以该粗糙结构为基础，沉积聚甲基丙烯酸甲酯薄层，促进钇铝石榴石膜层的牢固负载。进一步的，以两性高分子表面活性剂聚磺基丙烯酸二甲氨基乙酯与聚甲基丙烯酸甲酯进行自由基聚合，使两性高分子表面活性剂接枝于聚甲基丙烯酸甲酯薄层表面，赋予表面良好的超疏水能力，不仅水接触角明显增大，而且滚动角减小，自清洁能力增强。
本发明还提供了一种上述制备方法制备得到的一种具有超疏水、自清洁功能的荧光玻璃。所述荧光玻璃是通过分别在有机玻璃的上下表面依次沉积具有粗糙微观结构的钇铝石榴石膜层、聚甲基丙烯酸甲酯薄层、两性表面活性剂聚磺基丙烯酸二甲氨基乙酯接枝层而制得。
本发明提供了一种具有超疏水、自清洁功能的荧光玻璃及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：
1.本发明制备的荧光玻璃，水接触角大，超疏水性能优异。
2.本发明制备的荧光玻璃，滚动角小，自清洁能力强。
3.本发明的制备方法，原料易得、工艺简单、能耗低、环境友好，适于推广应用。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本发明的范围内。
实施例1
（1）将钇铝石榴石粉末加入丙酮中，超声分散，形成悬浊液，然后喷雾沉积于有机玻璃的上表面，再加热使丙酮挥发，重复7次，在有机玻璃的上表面形成具有粗糙微观结构的钇铝石榴石膜层；超声分散的超声波频率为55kHz，功率密度为0.5W/cm2，时间为28min；沉积液中，钇铝石榴石粉末7重量份、丙酮93重量份；
（2）将聚甲基丙烯酸甲酯溶于丙酮中，喷雾沉积于钇铝石榴石膜层表面，再加热使丙酮挥发，重复3次，以钇铝石榴石膜层的粗糙结构为基础，形成聚甲基丙烯酸甲酯薄层；沉积液中，聚甲基丙烯酸甲酯26重量份、丙酮74重量份；
（3）将聚磺基丙烯酸二甲氨基乙酯、光引发剂溶于丙酮中，涂覆于聚甲基丙烯酸甲酯薄层表面，紫外辐射引发聚合，将聚磺基丙烯酸二甲氨基乙酯接枝于聚甲基丙烯酸甲酯薄层表面，再加热使丙酮挥发；光引发剂为安息香双甲醚；涂覆液中，聚磺基丙烯酸二甲氨基乙酯17重量份、光引发剂1重量份、丙酮82重量份；
（4）将有机玻璃翻转，使下表面朝上，重复上述操作，使下表面也依次沉积钇铝石榴石膜层、聚甲基丙烯酸甲酯薄层、聚磺基丙烯酸二甲氨基乙酯接枝层，制得具有超疏水、自清洁功能的荧光玻璃；紫外辐射的强度为380μW/cm2；接枝聚合反应的时间为70min。
实施例2
（1）将钇铝石榴石粉末加入丙酮中，超声分散，形成悬浊液，然后喷雾沉积于有机玻璃的上表面，再加热使丙酮挥发，重复6次，在有机玻璃的上表面形成具有粗糙微观结构的钇铝石榴石膜层；超声分散的超声波频率为50kHz，功率密度为0.5W/cm2，时间为35min；沉积液中，钇铝石榴石粉末6重量份、丙酮94重量份；
（2）将聚甲基丙烯酸甲酯溶于丙酮中，喷雾沉积于钇铝石榴石膜层表面，再加热使丙酮挥发，重复2次，以钇铝石榴石膜层的粗糙结构为基础，形成聚甲基丙烯酸甲酯薄层；沉积液中，聚甲基丙烯酸甲酯22重量份、丙酮78重量份；
（3）将聚磺基丙烯酸二甲氨基乙酯、光引发剂溶于丙酮中，涂覆于聚甲基丙烯酸甲酯薄层表面，紫外辐射引发聚合，将聚磺基丙烯酸二甲氨基乙酯接枝于聚甲基丙烯酸甲酯薄层表面，再加热使丙酮挥发；光引发剂为安息香乙醚；涂覆液中，聚磺基丙烯酸二甲氨基乙酯16重量份、光引发剂1重量份、丙酮83重量份；
（4）将有机玻璃翻转，使下表面朝上，重复上述操作，使下表面也依次沉积钇铝石榴石膜层、聚甲基丙烯酸甲酯薄层、聚磺基丙烯酸二甲氨基乙酯接枝层，制得具有超疏水、自清洁功能的荧光玻璃；紫外辐射的强度为350μW/cm2；接枝聚合反应的时间为80min。
实施例3
（1）将钇铝石榴石粉末加入丙酮中，超声分散，形成悬浊液，然后喷雾沉积于有机玻璃的上表面，再加热使丙酮挥发，重复9次，在有机玻璃的上表面形成具有粗糙微观结构的钇铝石榴石膜层；超声分散的超声波频率为70kHz，功率密度为0.7W/cm2，时间为25min；沉积液中，钇铝石榴石粉末9重量份、丙酮91重量份；
（2）将聚甲基丙烯酸甲酯溶于丙酮中，喷雾沉积于钇铝石榴石膜层表面，再加热使丙酮挥发，重复4次，以钇铝石榴石膜层的粗糙结构为基础，形成聚甲基丙烯酸甲酯薄层；沉积液中，聚甲基丙烯酸甲酯28重量份、丙酮72重量份；
（3）将聚磺基丙烯酸二甲氨基乙酯、光引发剂溶于丙酮中，涂覆于聚甲基丙烯酸甲酯薄层表面，紫外辐射引发聚合，将聚磺基丙烯酸二甲氨基乙酯接枝于聚甲基丙烯酸甲酯薄层表面，再加热使丙酮挥发；光引发剂为安息香异丙醚；涂覆液中，聚磺基丙烯酸二甲氨基乙酯18重量份、光引发剂2重量份、丙酮80重量份；
（4）将有机玻璃翻转，使下表面朝上，重复上述操作，使下表面也依次沉积钇铝石榴石膜层、聚甲基丙烯酸甲酯薄层、聚磺基丙烯酸二甲氨基乙酯接枝层，制得具有超疏水、自清洁功能的荧光玻璃；紫外辐射的强度为450μW/cm2；接枝聚合反应的时间为70min。
实施例4
（1）将钇铝石榴石粉末加入丙酮中，超声分散，形成悬浊液，然后喷雾沉积于有机玻璃的上表面，再加热使丙酮挥发，重复8次，在有机玻璃的上表面形成具有粗糙微观结构的钇铝石榴石膜层；超声分散的超声波频率为40kHz，功率密度为0.4W/cm2，时间为40min；沉积液中，钇铝石榴石粉末5重量份、丙酮95重量份；
（2）将聚甲基丙烯酸甲酯溶于丙酮中，喷雾沉积于钇铝石榴石膜层表面，再加热使丙酮挥发，重复2次，以钇铝石榴石膜层的粗糙结构为基础，形成聚甲基丙烯酸甲酯薄层；沉积液中，聚甲基丙烯酸甲酯20重量份、丙酮80重量份；
（3）将聚磺基丙烯酸二甲氨基乙酯、光引发剂溶于丙酮中，涂覆于聚甲基丙烯酸甲酯薄层表面，紫外辐射引发聚合，将聚磺基丙烯酸二甲氨基乙酯接枝于聚甲基丙烯酸甲酯薄层表面，再加热使丙酮挥发；光引发剂为安息香丁醚；涂覆液中，聚磺基丙烯酸二甲氨基乙酯15重量份、光引发剂1重量份、丙酮84重量份；
（4）将有机玻璃翻转，使下表面朝上，重复上述操作，使下表面也依次沉积钇铝石榴石膜层、聚甲基丙烯酸甲酯薄层、聚磺基丙烯酸二甲氨基乙酯接枝层，制得具有超疏水、自清洁功能的荧光玻璃；紫外辐射的强度为300μW/cm2；接枝聚合反应的时间为60min。
实施例5
（1）将钇铝石榴石粉末加入丙酮中，超声分散，形成悬浊液，然后喷雾沉积于有机玻璃的上表面，再加热使丙酮挥发，重复10次，在有机玻璃的上表面形成具有粗糙微观结构的钇铝石榴石膜层；超声分散的超声波频率为80kHz，功率密度为0.8W/cm2，时间为20min；沉积液中，钇铝石榴石粉末10重量份、丙酮90重量份；
（2）将聚甲基丙烯酸甲酯溶于丙酮中，喷雾沉积于钇铝石榴石膜层表面，再加热使丙酮挥发，重复4次，以钇铝石榴石膜层的粗糙结构为基础，形成聚甲基丙烯酸甲酯薄层；沉积液中，聚甲基丙烯酸甲酯30重量份、丙酮70重量份；
（3）将聚磺基丙烯酸二甲氨基乙酯、光引发剂溶于丙酮中，涂覆于聚甲基丙烯酸甲酯薄层表面，紫外辐射引发聚合，将聚磺基丙烯酸二甲氨基乙酯接枝于聚甲基丙烯酸甲酯薄层表面，再加热使丙酮挥发；光引发剂为苯甲酰异丁基醚；涂覆液中，聚磺基丙烯酸二甲氨基乙酯20重量份、光引发剂2重量份、丙酮78重量份；
（4）将有机玻璃翻转，使下表面朝上，重复上述操作，使下表面也依次沉积钇铝石榴石膜层、聚甲基丙烯酸甲酯薄层、聚磺基丙烯酸二甲氨基乙酯接枝层，制得具有超疏水、自清洁功能的荧光玻璃；紫外辐射的强度为500μW/cm2；接枝聚合反应的时间为90min。
实施例6
（1）将钇铝石榴石粉末加入丙酮中，超声分散，形成悬浊液，然后喷雾沉积于有机玻璃的上表面，再加热使丙酮挥发，重复8次，在有机玻璃的上表面形成具有粗糙微观结构的钇铝石榴石膜层；超声分散的超声波频率为60kHz，功率密度为0.6W/cm2，时间为30min；沉积液中，钇铝石榴石粉末8重量份、丙酮92重量份；
（2）将聚甲基丙烯酸甲酯溶于丙酮中，喷雾沉积于钇铝石榴石膜层表面，再加热使丙酮挥发，重复3次，以钇铝石榴石膜层的粗糙结构为基础，形成聚甲基丙烯酸甲酯薄层；沉积液中，聚甲基丙烯酸甲酯25重量份、丙酮75重量份；
（3）将聚磺基丙烯酸二甲氨基乙酯、光引发剂溶于丙酮中，涂覆于聚甲基丙烯酸甲酯薄层表面，紫外辐射引发聚合，将聚磺基丙烯酸二甲氨基乙酯接枝于聚甲基丙烯酸甲酯薄层表面，再加热使丙酮挥发；光引发剂为安息香双甲醚；涂覆液中，聚磺基丙烯酸二甲氨基乙酯18重量份、光引发剂1重量份、丙酮81重量份；
（4）将有机玻璃翻转，使下表面朝上，重复上述操作，使下表面也依次沉积钇铝石榴石膜层、聚甲基丙烯酸甲酯薄层、聚磺基丙烯酸二甲氨基乙酯接枝层，制得具有超疏水、自清洁功能的荧光玻璃；紫外辐射的强度为400μW/cm2；接枝聚合反应的时间为75min。
对比例1
制备过程中，未采用聚磺基丙烯酸二甲氨基乙酯进行表面接枝，其他制备条件与实施例6一致。
性能测试：
（1）接触角：取任意形状的本发明制得的荧光玻璃，采用OCA20视频光学接触角测定仪表面疏水性能的测试，测试在室温下进行，所用水滴大小为5μL，分别在5个以上不同的位置测量并计算平均值；
（2）滚动角：取任意形状的本发明制得的荧光玻璃，采用德国LAUDA LSA200-T水滴滚动角测量仪测试玻璃表面的自清洁性能，测试在室温下进行，所用水滴大小为5μL，分别在5个以上不同的位置测量并计算平均值；
所得数据如表1所示。
表1：

Claims (9)

1.一种具有超疏水、自清洁功能的荧光玻璃的制备方法，其特征在于，所述超疏水、自清洁功能的荧光玻璃制备的具体步骤如下：
（1）将钇铝石榴石粉末加入丙酮中，超声分散，形成悬浊液，然后喷雾沉积于有机玻璃的上表面，再加热使丙酮挥发，重复5~10次，在有机玻璃的上表面形成具有粗糙微观结构的钇铝石榴石膜层；
（2）将聚甲基丙烯酸甲酯溶于丙酮中，喷雾沉积于钇铝石榴石膜层表面，再加热使丙酮挥发，重复2~4次，以钇铝石榴石膜层的粗糙结构为基础，形成聚甲基丙烯酸甲酯薄层；
（3）将聚磺基丙烯酸二甲氨基乙酯、光引发剂溶于丙酮中，涂覆于聚甲基丙烯酸甲酯薄层表面，紫外辐射引发聚合，将聚磺基丙烯酸二甲氨基乙酯接枝于聚甲基丙烯酸甲酯薄层表面，再加热使丙酮挥发；
（4）将有机玻璃翻转，使下表面朝上，重复上述操作，使下表面也依次沉积钇铝石榴石膜层、聚甲基丙烯酸甲酯薄层、聚磺基丙烯酸二甲氨基乙酯接枝层，制得具有超疏水、自清洁功能的荧光玻璃。
2.根据权利要求1所述一种具有超疏水、自清洁功能的荧光玻璃的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述超声分散的超声波频率为40~80kHz，功率密度为0.4~0.8W/cm2，时间为20~40min。
3.根据权利要求1所述一种具有超疏水、自清洁功能的荧光玻璃的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述沉积液中，钇铝石榴石粉末5~10重量份、丙酮90~95重量份。
4.根据权利要求1所述一种具有超疏水、自清洁功能的荧光玻璃的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述沉积液中，聚甲基丙烯酸甲酯20~30重量份、丙酮70~80重量份。
5.根据权利要求1所述一种具有超疏水、自清洁功能的荧光玻璃的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述涂覆液中，聚磺基丙烯酸二甲氨基乙酯15~20重量份、光引发剂1~2重量份、丙酮78~84重量份。
6.根据权利要求1所述一种具有超疏水、自清洁功能的荧光玻璃的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述光引发剂为安息香双甲醚、安息香乙醚、安息香异丙醚、安息香丁醚、苯甲酰异丁基醚中的至少一种。
7.根据权利要求1所述一种具有超疏水、自清洁功能的荧光玻璃的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述紫外辐射的强度为300~500μW/cm2。
8.根据权利要求1所述一种具有超疏水、自清洁功能的荧光玻璃的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述接枝聚合反应的时间为60~90min。
9.权利要求1~8任一项所述制备方法制备得到的一种具有超疏水、自清洁功能的荧光玻璃。
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