CN109337548B - 漫反射涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种漫反射涂料，水溶性树脂10‑30份、钛白粉15‑25份、硅铝酸盐15‑25份、蓝光吸收剂0.03‑0.08份、乙醇2‑10份、分散剂0.02‑0.07份、消泡剂0.001‑0.005份、水30‑50份。本发明提出一种漫反射涂料及其制备方法，各组分之间的化学反应，尤其是其中的蓝光吸收剂与硅铝酸盐发生反应，使制得的涂料主要吸收波段为400～450nm的有害蓝光，而对相邻波段的无害蓝光吸收较少甚至无吸收，从而在降低有害蓝光的同时提高漫反射的光效，提高光源的出光效率。

Description

漫反射涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，尤其涉及一种漫反射涂料及其制备方法。
背景技术
白光LED技术可通过多种方式予以实现，主要有两种：一是利用蓝光技术与黄色荧光粉配合形成白光；二是多种单色光混合得到白光。由于不同色彩LED的驱动电压、发光输出、温度特性及寿命各不相同，因此多色混合白光LED的制作方式复杂，成本较高，因此生产厂商普遍采用第一种白光LED技术。
为了追求光效和高利用率，LED产品呈现出高光效、高亮度、大功率、高光通量的发展趋势，使其在日常生活中的使用越来越普遍，导致位于400～450nm波段的有害蓝光成分增加，此波段辐照后引起的光化学作用即视网膜蓝光危害，在LED光源的光辐射危害中起主要作用，且是热损害机理的数倍之多。蓝光危害可造成视网膜的退行性改变，形成光致视网膜炎，对人眼视网膜造成不可逆损伤，且存在致盲的风险。因此，视网膜蓝光危害在LED光源的光生物安全评价研究中占据主导地位。
为了减轻LED直射光线对人眼的危害，通常采用漫反射发光的方式，但是漫反射发光不仅降低光效，而且光线昏暗。通过加入蓝光吸收剂虽然能吸收有害蓝光，但是更大程度地降低了漫反射光效。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出一种漫反射涂料，能够有效吸收波段为400～450nm的有害蓝光。
一种漫反射涂料，包括如下重量份计的各组分：水溶性树脂10-30份、钛白粉15-25份、硅铝酸盐15-25份、蓝光吸收剂0.03-0.08份、乙醇2-10份、分散剂0.02-0.07份、消泡剂0.001-0.005份、水30-50份。
优选的，所述硅铝酸盐为多孔硅铝酸盐，所述硅铝酸盐的颗粒大小为1000-2000目。
优选的，所述硅铝酸盐中硅铝比值范围为0.5-∞。
优选的，所述蓝光吸收剂的吸收波长为380-500nm。
优选的，所述水溶性树脂为水溶性聚氨酯，分子量为4000-10000，钛白粉的颗粒大小为5000-8000目。
一种二维二氧化钛吸附材料的制备方法，方法步骤如下：
S1：将水溶性树脂、钛白粉、硅铝酸盐、蓝光吸收剂、乙醇、分散剂、消泡剂以及水按原料配比混合后研磨40min，制得混料；
S2：用氢氧化钠调节S1制得的混料pH至10.5-11.0；
S3：将调节pH后的混料置于密闭容器中，以110-130℃的反应温度反应3.5-4.5h，制得所述漫反射涂料。
进一步的，所述S1中研磨后的混料颗粒粒径为150-250nm，D50为190-210nm。
本发明提出的一种漫反射涂料所吸收的有害蓝光波长为400-450nm。
本发明还提供了一种如上所述的漫反射涂料在照明灯具中的应用。
在其中一个实施例中，所述漫反射涂料通过雾化喷涂或静电喷涂的方式喷涂于照明灯具中形成反射层。
本发明中蓝光吸收剂与硅铝酸盐发生反应，使制得的涂料主要吸收波段为400-450nm的有害蓝光，而对相邻波段的无害蓝光吸收较少甚至无吸收，从而在降低有害蓝光的同时提高漫反射的光效，提高光源的出光效率，使得照明光线健康、柔和、高效。
本发明制备方法制备而成涂料，能够使成膜物质在常温下具有干性、稳定性好、收缩率小、耐候性好的特点。并且本发明的发明人在研究时意外地发现，选用的硅铝酸盐中硅铝比对涂料的耐高温性、耐酸碱性以及耐候性有重要影响，硅铝酸盐中硅铝比越大，即硅铝酸盐中的二氧化硅与三氧化二铝比值越大，涂料耐高温性、耐酸碱性以及耐候性也越好。
多孔硅铝酸盐是一种常见的分子筛结构，该结构特点的硅铝酸盐具有吸附、催化等特点，在本发明制备方法中，多孔硅铝酸盐一方面作为催化剂存在于反应体中，另一方面也作为原料与蓝光吸收剂发生反应，从而改善蓝光吸收剂的吸光特性，使其吸收特定波段的蓝光。
钛白粉的颗粒大小为5000-8000目。该目数条件下的钛白粉与水溶性树脂具有良好的相容性，在原料混合阶段更容易混合均匀而便于随后的研磨，提高研磨效率。
将混料颗粒研磨至粒径为150-250nm，D50为190-210nm能有效提高混料在110-130℃温度条件下的特定反应，增强对蓝光吸收剂分子的改性，增强对400-450nm波段的有害蓝光的吸收，减弱对相邻波段的蓝光的吸收，进一步提高出光效率。
本发明的选用的颗粒原料钛白粉、硅铝酸盐的粒径较大，并研磨至粒径为150-250nm以进行反应。颗粒原料的粒径较大，能够避免在原料混合时出现细小粉末的原料团聚等现象，增加混合的难度以及混合不均匀的风险，而进一步研磨为较小粒径有利于颗粒原料的反应以及制得的涂料中颗粒对光线的漫反射作用。
水溶性聚氨酯的分子量为4000-10000。水溶性聚氨酯是以聚氰酸酯、聚醚为主要原料，进行聚合而成，带有NCO端基的水溶性树脂，将其分子量限定在4000-10000，从而使水溶性聚氨酯在涂料中具有良好的物理性能，并且粘结力强，可以再常温条件下湿固化，能够提高使用本发明涂料的工作效率。
在本发明中，水溶性树脂可以直接用于原料件的混合，也可以使将水溶性树脂先与水按原料配比配制成水溶性树脂液，然后在于其余原料进行混合。进一步可选地，水溶性树脂、钛白粉、硅铝酸盐、蓝光吸收剂、乙醇、分散剂、消泡剂为分析纯。
本发明的蓝光吸收剂选用吸光波段为380-500nm的吸光剂，并且进一步通过本发明的制备方法，将其吸光波段缩短至400-450nm，提高对该波段的有害蓝光的吸收率，降低对波段380-414nm以及波段446-470nm的蓝光吸收率，从而使波段380-414nm以及波段446-470nm的蓝光能够作为漫反射光线被反射出，从而加以利用，提高光源亮度。
本发明制备的漫反射涂料，对波段为400-450nm的有害蓝光具有较强的吸收作用，而对相邻波段的无害蓝光吸收较少甚至无吸收，从而在降低有害蓝光的同时提高漫反射的光效，提高光源的出光效率。
本发明选用的蓝光吸收剂可以是B-60、1,4-二酮吡咯中的一种或两种。上述蓝光吸收剂耐高温、水溶性好、耐候性好、不泛黄，吸光效果稳定、不衰减，并且对其他波段的可见光的透光率没有较大影响。
本发明还提供了一种上述漫反射涂料在照明灯具中的应用。该漫反射涂料应用于照明灯具中，可吸收照明灯具中波段为400～450nm有害蓝光，并且能够避免对相邻波段的蓝光的吸收导致的出光效率的降低，能够使照明灯具的光效在90lm/w以上，整体上提高了照明灯具的出光效率。
本发明制得的漫反射涂料在照明灯具中的应用是将漫反射涂料通过雾化喷涂或静电喷涂的方式喷涂于照明灯具中形成反射层。例如，漫反射涂料通过雾化喷涂或静电喷涂的方式喷涂于照明灯具的反射板的表面从而在反射板的表面形成反射层，通过该反射层对照明灯具的光源直接反射的光线进行漫反射，并吸收其中的有害蓝光，最终间接发射出不含有有害蓝光的照明光线，降低照明灯具对健康的危害，并且相对于传统的降蓝光照明灯具，出光率更高，亮度更高。相对于其他喷涂或涂覆涂料的方式，雾化喷涂或静电喷涂能够避免喷涂过程中对涂料颗粒结构的影响，更大程度地保持本发明的漫反射涂料的吸光特性。进一步可选地，本发明的漫反射涂料雾化喷涂在LED灯具的反射板上，使LED光源直射到反射板上的光线通过漫反射，得到健康、高效的照明光线。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果在于：
本发明提出一种漫反射涂料及其制备方法，各组分之间的化学反应，尤其是其中的蓝光吸收剂与硅铝酸盐发生反应，使制得的涂料主要吸收波段为400～450nm的有害蓝光，而对相邻波段的无害蓝光吸收较少甚至无吸收，从而在降低有害蓝光的同时提高漫反射的光效，提高光源的出光效率。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为光源经本发明实施例1漫反射涂料漫反射后得到的光谱图；
图2为光源经对比例1漫反射涂料漫反射后得到的光谱图；
图3为光源经对比例2漫反射涂料漫反射后得到的光谱图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
实施例1
一种漫反射涂料，包括如下重量份计的各组分：水溶性聚氨酯15份、钛白粉18份、硅铝比为6.0的多孔硅铝酸盐22份、蓝光吸收剂B-600.032份、乙醇5份、分散剂0.02份、消泡剂0.002份、水36份。
硅铝酸盐为多孔硅铝酸盐，所述硅铝酸盐的颗粒大小为1000-2000目；
蓝光吸收剂的吸收波长为380-500nm。
水溶性树脂为水溶性聚氨酯，分子量为4000-10000。
钛白粉的颗粒大小为5000-8000目。
一种二维二氧化钛吸附材料的制备方法，方法步骤如下：
S1：将水溶性树脂、钛白粉、硅铝酸盐、蓝光吸收剂、乙醇、分散剂、消泡剂以及水按原料配比混合后研磨40min，制得混料；S1中研磨后的混料颗粒粒径为150-250nm，D50为210nm；
S2：用氢氧化钠调节S1制得的混料pH至10.7；
S3：将调节pH后的混料置于密闭容器中，以120℃的反应温度反应4.0h，制得所述漫反射涂料。
将制得的漫反射涂料雾化喷涂于光滑的反射板上，测定光源经该反射板反射后的光谱图以及光效。
其中，光谱图如图1所示，采用的光源数据以及测定的光度数据如表1和表2所示。从图1中可以看出，波长为419.5nm的相对光谱辐射功率为0.0117，波长为442.5nm的相对光谱辐射功率为0.3186。
表1光源数据
光源型号 US-A01-Q05
标称功率(W) 22
额定电源电压(V) 220
额定光通量(lm) 2069.61
灯具内光源数(只) 1
实测电源电压(V) 220.7
表2测定的光度数据
Figure BDA0001767184930000051
Figure BDA0001767184930000061
实施例2
一种漫反射涂料，包括如下重量份计的各组分：水溶性聚氨酯10份、钛白粉15份、硅铝比为20的多孔硅铝酸盐15份、蓝光吸收剂B-600.03份、乙醇2份、分散剂0.02份、消泡剂0.001份、水30份。
硅铝酸盐为多孔硅铝酸盐，所述硅铝酸盐的颗粒大小为1000-2000目；
蓝光吸收剂的吸收波长为380-500nm。
水溶性树脂为水溶性聚氨酯，分子量为4000-10000。
钛白粉的颗粒大小为5000-8000目。
一种二维二氧化钛吸附材料的制备方法，方法步骤如下：
S1：将水溶性树脂、钛白粉、硅铝酸盐、蓝光吸收剂、乙醇、分散剂、消泡剂以及水按原料配比混合后研磨40min，制得混料；S1中研磨后的混料颗粒粒径为150-250nm，D50为200nm；
S2：用氢氧化钠调节S1制得的混料pH至10.5；
S3：将调节pH后的混料置于密闭容器中，以110℃的反应温度反应3.5h，制得所述漫反射涂料。
将制得的漫反射涂料雾化喷涂于光滑的反射板上，采用与实施例1相同的光源测定经该反射板反射后的光效为92.6lm/W。
实施例3
一种漫反射涂料，包括如下重量份计的各组分：水溶性聚氨酯30份、钛白粉25份、硅铝比为80的多孔硅铝酸盐25份、蓝光吸收剂1,4-二酮吡咯0.08份、乙醇10份、分散剂0.07份、消泡剂0.005份、水50份。
硅铝酸盐为多孔硅铝酸盐，所述硅铝酸盐的颗粒大小为1000-2000目；
蓝光吸收剂的吸收波长为380-500nm。
水溶性树脂为水溶性聚氨酯，分子量为4000-10000。
钛白粉的颗粒大小为5000-8000目。
一种二维二氧化钛吸附材料的制备方法，方法步骤如下：
S1：将水溶性树脂、钛白粉、硅铝酸盐、蓝光吸收剂、乙醇、分散剂、消泡剂以及水按原料配比混合后研磨40min，制得混料；S1中研磨后的混料颗粒粒径为150-250nm，D50为200nm；
S2：用氢氧化钠调节S1制得的混料pH至11.0；
S3：将调节pH后的混料置于密闭容器中，以130℃的反应温度反应4.5h，制得所述漫反射涂料。
将制得的漫反射涂料静电喷涂于光滑的反射板上，采用与实施例1相同的光源测定经该反射板反射后的光效为96.3lm/W。
实施例4
一种漫反射涂料，包括如下重量份计的各组分：水溶性聚氨酯20份、钛白粉20份、硅铝比为150的多孔硅铝酸盐20份、蓝光吸收剂1,4-二酮吡咯0.05份、乙醇6份、分散剂0.05份、消泡剂0.003份、水40份。
硅铝酸盐为多孔硅铝酸盐，所述硅铝酸盐的颗粒大小为1000-2000目；
蓝光吸收剂的吸收波长为380-500nm。
水溶性树脂为水溶性聚氨酯，分子量为4000-10000。
钛白粉的颗粒大小为5000-8000目。
一种二维二氧化钛吸附材料的制备方法，方法步骤如下：
S1：将水溶性树脂、钛白粉、硅铝酸盐、蓝光吸收剂、乙醇、分散剂、消泡剂以及水按原料配比混合后研磨40min，制得混料；S1中研磨后的混料颗粒粒径为150-250nm，D50为190nm；
S2：用氢氧化钠调节S1制得的混料pH至10.8；
S3：将调节pH后的混料置于密闭容器中，以120℃的反应温度反应4.0h，制得所述漫反射涂料。
将制得的漫反射涂料静电喷涂于光滑的反射板上，采用与实施例1相同的光源测定经该反射板反射后的光效为99.9lm/W。
实施例5
一种漫反射涂料，包括如下重量份计的各组分：水溶性聚氨酯15份、钛白粉22份、硅铝比为200的多孔硅铝酸盐18份、蓝光吸收剂1,4-二酮吡咯0.05份、乙醇8份、分散剂0.06份、消泡剂0.004份、水45份。
硅铝酸盐为多孔硅铝酸盐，所述硅铝酸盐的颗粒大小为1000-2000目；
蓝光吸收剂的吸收波长为380-500nm。
水溶性树脂为水溶性聚氨酯，分子量为4000-10000。
钛白粉的颗粒大小为5000-8000目。
一种二维二氧化钛吸附材料的制备方法，方法步骤如下：
S1：将水溶性树脂、钛白粉、硅铝酸盐、蓝光吸收剂、乙醇、分散剂、消泡剂以及水按原料配比混合后研磨40min，制得混料；S1中研磨后的混料颗粒粒径为150-250nm，D50为190nm；
S2：用氢氧化钠调节S1制得的混料pH至10.6；
S3：将调节pH后的混料置于密闭容器中，以118℃的反应温度反应4.0h，制得所述漫反射涂料。
将制得的漫反射涂料静电喷涂于光滑的反射板上，采用与实施例1相同的光源测定经该反射板反射后的光效为98.4lm/W。
对比例1
参照实施例1的制备方法，将实施例1中的蓝光吸收剂组分去除，其他组分不变，制得对比例1的漫反射涂料。
将制得的漫反射涂料雾化喷涂于光滑的反射板上，采用与实施例1相同的光源测定光源经该反射板反射后的光谱图如图2所示，测得的光效为99.12lm/W。
从图2中可以看出，波长为419.5nm的相对光谱辐射功率为0.0151，波长为442.5nm的相对光谱辐射功率为0.3607。与实施例1制得的漫反射涂料的光谱图对比可知，对比例1由于没有添加蓝光吸收剂，其波段419.5～442.5nm的蓝光含量明显高，且相对于光源的蓝光含量没有变化，对比例1尽管与实施例1的制备方法相同，但是由于没有添加蓝光吸收剂，不能对蓝光进行吸收，其制得的漫反射涂料对蓝光也没有降低作用。
对比例2
采用与实施例1相同的组分，将各组份混合搅拌均匀，再纳米研磨40min，至颗粒直径在150-250nm，D50在200nm。用氢氧化钠水溶液调节pH至10.5～11.0后置于反应釜中密封，室温存放24h后搅拌均匀，制得对比例2的漫反射涂料。
将制得的漫反射涂料雾化喷涂于光滑的反射板上，采用与实施例1相同的光源测定光源经该反射板反射后的光谱图如图3所示，测得的光效为78.47lm/W。
从图3可以看出，波长为419.5nm的相对光谱辐射功率为0.0074，波长为442.5nm的相对光谱辐射功率为0.2264。与实施例1制得的漫反射涂料的光谱图对比可知，对比例2由于制备方法不同，其波段419.5～442.5nm的蓝光含量虽然相对于光源明显降低，但是其相邻波段的蓝光含量也降低较大，导致显色指数大大降低，光照强度以及光效降低。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种漫反射涂料的制备方法，其特征在于，所述漫反射涂料包括如下重量份计的各组分：水溶性树脂10-30份、钛白粉15-25份、硅铝酸盐15-25份、蓝光吸收剂0.03-0.08份、乙醇2-10份、分散剂0.02-0.07份、消泡剂0.001-0.005份、水30-50份；
所述漫反射涂料制备的方法步骤如下：
S1：将水溶性树脂、钛白粉、硅铝酸盐、蓝光吸收剂、乙醇、分散剂、消泡剂以及水按原料配比混合后研磨40min，制得混料；
S2：用氢氧化钠调节S1制得的混料pH至10.5-11.0；
S3：将调节pH后的混料置于密闭容器中，以110-130℃的反应温度反应3.5-4.5h，制得所述漫反射涂料；
其中：所述蓝光吸收剂为B- 60。
2.根据权利要求1所述的一种漫反射涂料的制备方法，其特征在于，所述硅铝酸盐为多孔硅铝酸盐，所述硅铝酸盐的颗粒大小为1000-2000目。
3.根据权利要求2所述的一种漫反射涂料的制备方法，其特征在于，所述硅铝酸盐中硅铝比值范围为0.5-∞。
4.根据权利要求1所述的一种漫反射涂料的制备方法，其特征在于，所述蓝光吸收剂的吸收波长为380-500nm。
5.根据权利要求1所述的一种漫反射涂料的制备方法，其特征在于，所述水溶性树脂为水溶性聚氨酯，分子量为4000-10000，钛白粉的颗粒大小为5000-8000目。
6.根据权利要求1所述的一种漫反射涂料的制备方法，其特征在于，所述S1中研磨后的混料颗粒粒径为150-250nm，D50为190-210nm。
7.根据权利要求1-5任一项所述的一种漫反射涂料的制备方法，其特征在于，所述漫反射涂料所吸收的有害蓝光波长为400-450nm。
8.权利要求1-5任一项所述的方法制备的一种漫反射涂料在照明灯具中的应用。
9.根据权利要求8所述的漫反射涂料在照明灯具中的应用，其特征在于，所述漫反射涂料通过雾化喷涂或静电喷涂的方式喷涂于照明灯具中形成反射层。
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