CN109504203B

CN109504203B - 一种适用于室内娱乐的彩光水性功能涂料及其制备方法和用途

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Publication number: CN109504203B
Application number: CN201811312256.0A
Authority: CN
Inventors: 刘雪峰; 马学文; 李勇; 董川
Original assignee: Shanxi University
Current assignee: Shanxi University
Priority date: 2018-11-06
Filing date: 2018-11-06
Publication date: 2020-11-10
Anticipated expiration: 2038-11-06
Also published as: CN109504203A

Abstract

一种适用于室内娱乐的彩光水性功能涂料及其制备方法和用途，属于涂料技术领域，现有功能性的涂料中的添加剂对涂料性能的影响的问题，通过将高荧光量子效率的红色、黄色、绿色量子点的胶体水分散液与涂料原料以一定比例混合均匀制得，其中25‑75%的乳液、15‑70%荧光量子点胶体水分散液、0.05‑0.1%的防腐剂以及12‑20%的其它涂料助剂和余量的水。本发明所使用量子点材料为高荧光材料，由此可以赋予涂料以彩光光学特性。将该涂料涂覆于室内娱乐场所，可以在普通照明条件或安全波长的激光器照射下，使墙面显现红、绿、蓝的多彩效果。该涂料适合在学校、家庭、办公及餐厅等需要娱乐氛围的房间涂覆使用，具有很好的娱乐性。

Description

一种适用于室内娱乐的彩光水性功能涂料及其制备方法和用途

技术领域

本发明属于涂料技术领域，具体涉及一种适用于室内娱乐的彩光水性功能涂料及其制备方法和用途。

背景技术

涂料作为装饰材料广泛应用于工业及生活领域的表面界面。基于其化学界面特性，不同领域的表面界面需要不同组分和功能的涂料进行涂装。随着材料技术的不断发展深入，功能涂料的开发有了很大的发展，相应的需求也得到了满足。

在室内墙面应用中，涂料的涂覆起到了保护和美化墙面的作用，更有一些场所赋予了涂料更多的功能，如近年来发展的教学场所的墙面有可书写功能性，替代投影幕布可投影性，磁悬挂等功能特性及娱乐场所墙面具有可涂鸦功能等。

由此，赋予涂料更多的功能性是涂料工业发展的重要途径。随着人们的生活水平不断提高，娱乐活动在生活时间占比越来越多，在生活的各个场所都会有墙面，增加墙面的娱乐性可以带给人们不一样的娱乐体验，有益身心。通过具有娱乐功能涂料的涂覆即可实现墙面的娱乐性。类似的案例很多，如专利1中国专利CN1123300A在涂料中添加闪光粉，通过发光特效，使墙面具有五光十色的效果；也有专利2中国专利CN 103012174 B通过在涂料里面添加不同颜色的荧光材料塑造五彩缤纷的墙面。然而专利1所述类型的涂料所加闪光粉自身并不发光，只依赖闪光粉不同角度的反光特性产生多彩娱乐性，且需要较强光照射才能实现，夜晚效果差；专利2所述类型的涂料解决了闪光类涂料存在的一些问题，使用荧光粉加入实现发光效果，但其荧光材料往往荧光效率低且会出现自淬灭的现象，使多彩娱乐效果不理想；另外，上述两类涂料中的闪光粉和荧光粉颜色单一，粒度大（大于100纳米），且需要较大的添加量才可以实现多彩娱乐效果，添加剂在涂料中的分散性差，在成膜中的均匀性差，这都会影响到涂料的基本性能，由此开发娱乐性强，不牺牲涂料本身功能性质的且功能性质稳定的娱乐性多彩涂料制备方法对于娱乐性功能涂料的发展具有重要的意义。

发明内容

本发明针对现有功能性的涂料中的添加剂对涂料性能的影响的问题，提供一种适用于室内娱乐的彩光水性功能涂料及其制备方法和用途。

本发明采用如下技术方案：

一种适用于室内娱乐的彩光水性功能涂料，包括如下质量百分数的组份：丙烯酸乳液：25-75%，量子点胶体水分散液：15-65%，消光粉：1-5%，玻璃粉：2-6%，成膜剂：1-3%，增稠剂：0.3-0.8%，消泡剂：0.2-0.5%，流平剂：0.5-3%，防腐剂：0.05-0.1%，其余为去离子水。

所述消光粉为OK520消光粉，玻璃粉为B-3500玻璃粉，成膜剂为三丙二醇丁醚成膜剂，增稠剂为HF206增稠剂，消泡剂为JLJ-6消泡剂，流平剂为羟乙基纤维素流平剂，防腐剂为华科-981防腐剂。

一种适用于室内娱乐的彩光水性功能涂料的制备方法，包括如下步骤：

第一步，量子点胶体水分散液的制备

（1）不同颜色的油溶性荧光量子点的制备

a. 阴离子前驱体络合物的制备：按不同使用要求将硒粉和硫粉按比例加入到1-3ml三辛基氧膦中，25℃下搅拌溶解，得到阴离子前驱体络合物混合液；

b. 阳离子前驱体络合物的制备：按不同使用要求将氧化镉和醋酸锌按比例加入到5-12ml的ODE中，然后再加入2-4ml油酸，得到混合溶液，将混合溶液置于惰性气体下，升温到150-190℃，在此温度下，加热0.5-1h，使溶液颜色呈淡黄色，然后降温到80-110℃，进行抽真空处理30-50min除去水分后，得到阳离子前驱体络合物；

c. 将所得阳离子前驱体络合物加热到310-350℃，然后将阴离子前驱体络合物混合液加入其中，再将温度调整至290-310℃，保持反应5-15min，停止加热，冷却到45-60℃时，加入8-16ml正己烷溶剂，离心，得到的沉淀分散到正己烷中，得到不同颜色的油溶性荧光量子点；

（2）油溶性荧光量子点水溶性修饰

分别称取0.8-1.6g的不同颜色的油溶性荧光量子点，将其分散到80-130ml氯仿溶剂中，然后向其中加入40-60mmol的巯基丙酸溶液，在惰性气体的保护下，加热到60℃，回流1-2h后，混合液由澄清变为浑浊后，将混合液离心，得到的沉淀，冷冻干燥得到不同颜色的油溶性荧光量子点粉末；

（3）量子点胶体水分散液的制备

分别将所得不同颜色的油溶性荧光量子点粉末分散于水中，得到不同颜色的量子点胶体水分散液，浓度为5-30mg/ml；

第二步，室内娱乐彩光水性功能涂料的制备

按比例分别将不同颜色的量子点胶体水分散液、丙烯酸乳液、、去离子水和1/2的消泡剂加入反应器，在200-300r/min搅拌速度下，搅拌0.5-1h混合均匀后，然后依次加入消光粉、玻璃粉、成膜剂、增稠剂和防腐剂，搅拌2-4h混合均匀，再加入流平剂和剩余的消泡剂，搅拌0.5-1h，混合均匀后，得到不同颜色的室内娱乐彩光水性涂料。

第一步中所述油溶性荧光量子点的制备中，当硒粉的加入量为0.05-0.15mmol、硫粉的加入量为1.2-1.8mmol、氧化镉的加入量为0.02-0.06mmol、醋酸锌的加入量为1.5-3.5mmol时，得到的是绿色的油溶性荧光量子点；当硒粉的加入量为0.3-0.7mmol、硫粉的加入量为0.85-1.35mmol、氧化镉的加入量为0.1-0.3mmol、醋酸锌的加入量为1-3 mmol时，得到的是黄色的油溶性荧光量子点；当硒粉的加入量为0.8-1.4mmol、硫粉的加入量为0.3-0.8mmol、氧化镉的加入量为0.3-0.7mmol、醋酸锌的加入量为0.5-1.5mmol时，得到的是红色的油溶性荧光量子点。

所述油溶性荧光量子点的粒径小于5nm。

所述荧光量子点的量子效率大于60%。

所述彩光水性涂料应用于学校、家庭、办公及餐厅等需要娱乐氛围的房间墙面，在普通照明条件或安全波长的激光器照射下，使墙面显现红、绿、蓝的多彩效果，实现娱乐性。

本发明的有益效果如下：

本发明通过将红色、黄色、绿色荧光量子点的添加制得彩光水性涂料，所选择量子点具有宽的光吸收特性，涂料在大范围波长范围内及单一光波激光下可以激发发出荧光，具有荧光多样性，涂料娱乐性强；所选量子点具有合金组分，结构稳定，荧光量子效率高，涂料具有强发光特性；所使用量子点材料为粒径小，且具有好的水溶性，提高其在水性涂料中的分散稳定性、与涂层材料的相容性和涂层中的均匀性。

1. 本发明涂料所选用的半导体纳米荧光量子点填料，具有合金组分组成，结构稳定，荧光量子效率高（大于60%），发光性质不受涂料其它组分的影响，无自淬灭现象，所得涂料彩光效果更强，娱乐性更好。

2. 本发明涂料所选用的半导体纳米荧光量子点填料粒径小（小于5纳米），且具有很好的水分散性，与单体及树脂基体有很好的相容性，有利于实现其在涂层中的分散均匀性和涂料好的成膜性。

3. 本发明所涉及涂料中半导体纳米荧光量子点填料在添加浓度低的条件下即可达到好的彩光效果，对涂料的本征基本性能如成膜性、耐磨特性等不会有太大影响；

4. 本发明添加红色、黄色、绿色三种荧光颜色量子点，通过调整三种颜色添加量配比即可实现多样化的彩光效果。

5. 本发明所添加不同荧光颜色量子点属同类结构和组分材料，只有尺寸上的微小差别（直径差别小于2纳米），且具有高的吸光系数在微弱光照下即具有强的彩光性质；具有宽波长吸光性，在同一波长激光下可同时激发涂料发出三种颜色荧光；基于此该涂料更适合光线柔和的娱乐房间使用，并可以配备安全波长的激光进行墙面照射娱乐使用。

附图说明

图1为本发明的荧光量子点透射电子显微镜图，其中：A为红色荧光量子点透射电子显微镜图；B为黄色荧光量子点透射电子显微镜图；C为绿色荧光量子点透射电子显微镜图。

具体实施方式

本发明中，水性树脂乳液为山西摩天实业有限公司生产的水性丙烯酸乳液，消光粉为德固赛生产的OK520消光粉，玻璃粉为石家庄仁信有限公司生产的B-3500玻璃粉，成膜剂为北京赛德丽科技有限公司生产的三丙二醇丁醚成膜剂，增稠剂为苏州化工研究所有限公司生产的HF206增稠剂，消泡剂为上海市富畦工贸有限公司生产的JLJ-6消泡剂，流平剂为上海市鼎和化学科技有限公司生产的羟乙基纤维素流平剂，防腐剂为北京神舟晟华技贸有限公司生产的华科-981防腐剂。

实施例1

第一步，量子点胶体水分散液的制备

（1）油溶性荧光量子点的制备

a. 阴离子前驱体络合物的制备：将硒粉和硫粉加入到2ml三辛基氧膦中，25℃下搅拌溶解，得到阴离子前驱体络合物混合液；

b. 阳离子前驱体络合物的制备：将氧化镉和醋酸锌加入到10ml的ODE中，然后再加入3ml油酸，然后将体系置于惰性气体下，之后加热到160℃，保持加热40 min直到溶液颜色呈淡黄色为止，降温到80℃对体系进行抽真空处理30以除去体系中的水分；

c. 将所得阳离子前驱体络合物加热到320 ℃的反应温度，当温度达到预设温度时将步骤1）所得阴离子其躯体混合液利用注射器快速注入，随后将温度调整到310 ℃保持反应10 min，撤去加热装置，自然冷却到60℃时，注入10 ml正己烷溶剂离心沉淀洗涤三次，最后将所得样品分散到正己烷中，得到油溶性荧光量子点；

按以上步骤分别进行绿色、黄色、和红色荧光量子点的制备，所用化学物质的量分别为：0.05mmol、0.3mmol和0.8mmol硒粉，1.8mmol、1.35mmol和0.3mmol硫粉，0.02mmol、0.1mmol和0.3mmol氧化镉，及1.5mmol、3 mmol和0.5mmol醋酸锌；

（2）油溶性荧光量子点水溶液修饰

称取1g量子点将其分散到100 ml 氯仿溶剂当中，然后将向混合液加入50 mmol巯基丙酸溶液，在惰性气体的保护下加热到60℃回流处理2h，待混合液由澄清态变为浑浊态后，将样品进行离心沉淀三次，冷冻干燥得到固体粉末，得到不同颜色的油溶型荧光量子点粉末；

（3）量子点胶体水分散液的制备

将所得红色荧光量子点粉末分散于水中得到红色的量子点胶体水分散液，其胶体浓度为20mg/ml；

第二步，彩光水性涂料的制备

原料配比：75ml丙烯酸乳液，30ml红色的量子点胶体水分散液，1.58g的OK520消光粉，2.8g的B-3500玻璃粉，1.6g的三丙二醇丁醚成膜剂，0.52g的羟乙基纤维素流平剂，0.54g 的JLJ-6消泡剂，1.12g的HF206增稠剂，0.09g的华科-981防霉剂和13ml去离子水。

按以上所描述组分量将丙烯酸乳液、量子点胶体水分散液、去离子水和1/2的JLJ-6消泡剂在反应器中在260 r/min搅拌速度下搅拌40 min混合均匀，保持搅拌速度不变，然后依次加入OK520消光粉、 B-3500玻璃粉、三丙二醇丁醚成膜剂、HF206增稠剂和华科-981防霉剂，搅拌2h混合均匀，继续保持搅拌速度不变，然后加入羟乙基纤维素流平剂和剩余的JLJ-6消泡剂1h至混合均匀，即可得到红色的彩光水性涂料。

将所得涂料涂覆于学校娱乐房间墙面，黑暗条件下，用400纳米波长的激光器照射可使墙面显现零星红色点效果，犹如星光闪烁。在柔和室内节能灯照射下亦有类似效果。

实施例2

第一步，量子点胶体水分散液的制备

（1）油溶性荧光量子点的制备同实施例1；

（2）油溶性荧光量子点水溶液修饰同实施例1；

（3）量子点胶体水分散液的制备

将三种不同颜色的荧光量子点粉末以1：1：1的质量比配制胶体浓度为20mg/ml的量子点胶体水分散液；

第二步，彩光水性功能涂料的制备同实施例1。

将所得彩光水性功能涂料涂覆于学校、家庭娱乐房间墙面，黑暗条件下，用400纳米波长的激光器照射可使墙面显现零星红、黄、绿色点彩光效果。在柔和室内节能灯照射下亦有类似效果，富有娱乐性。

实施例3

第一步，量子点胶体水分散液的制备

（1）油溶性荧光量子点的制备同实施例1；

（2）油溶性荧光量子点水溶液修饰同实施例1；

（3）量子点胶体水分散液的制备同实施例2；

第二步，彩光水性功能涂料的制备

原料配比：48ml水性丙烯酸乳液，50ml量子点胶体水分散液，1.58g的OK520消光粉，2.8g的B-3500玻璃粉，1.6g的三丙二醇丁醚成膜剂，0.52g的羟乙基纤维素流平剂，0.54g 的JLJ-6消泡剂，1.12g的HF206增稠剂，0.09g的华科-981防霉剂和20ml去离子水。

制备方法同实施例1。

本实施例中荧光量子点的质量比有所提高，将所得彩光水性功能涂料涂覆于学校、家庭娱乐房间墙面，黑暗条件下，用400纳米波长的激光器照射可使墙面显现红、黄、绿色点彩光效果较实施例2中所得涂料更好。且在柔和室内节能灯照射下亦有类似效果，更富有娱乐性，是相对最优配比。

实施例4

第一步，量子点胶体水分散液的制备

（1）油溶性荧光量子点的制备同实施例1；

（2）油溶性荧光量子点水溶液修饰同实施例1；

（3）量子点胶体水分散液的制备同实施例2；

第二步，彩光水性功能涂料的制备

原料配比：32ml水性丙烯酸乳液，40ml量子点胶体水分散液，1.58g的OK520消光粉，2.8g的B-3500玻璃粉，1.6g的三丙二醇丁醚成膜剂，0.52g的羟乙基纤维素流平剂，0.54g 的JLJ-6消泡剂，1.12g的HF206增稠剂，0.09g的华科-981防霉剂和46ml去离子水。

制备方法同实施例1。

本实施例中水性丙烯酸乳液加入量较少，成膜后荧光量子点在涂料中的分散性相对较差，将所得彩光水性功能涂料涂覆墙面后，黑暗条件下，用400纳米波长的激光器照射可使墙面显现一定的红、黄、绿色点彩光效果，具有一定的娱乐性，但较实施例1，2和3在彩光均匀度方面较差。

Claims

1.一种适用于室内娱乐的彩光水性功能涂料的制备方法，所述彩光水性功能涂料，包括如下质量百分数的组份：丙烯酸乳液：25-75%，量子点胶体水分散液：15-65%，消光粉：1-5%，玻璃粉：2-6%，成膜剂：1-3%，增稠剂：0.3-0.8%，消泡剂：0.2-0.5%，流平剂：0.5-3%，防腐剂：0.05-0.1%，其余为去离子水，所述彩光水性功能涂料应用于在普通照明条件或安全波长的激光器照射下的墙面，其特征在于：所述制备方法包括如下步骤：

第一步，量子点胶体水分散液的制备

（1）不同颜色的油溶性荧光量子点的制备

（2）油溶性荧光量子点水溶性修饰

（3）量子点胶体水分散液的制备

第二步，室内娱乐彩光水性功能涂料的制备

按比例分别将不同颜色的量子点胶体水分散液、丙烯酸乳液、去离子水和1/2的消泡剂加入反应器，在200-300r/min搅拌速度下，搅拌0.5-1h混合均匀后，然后依次加入消光粉、玻璃粉、成膜剂、增稠剂和防腐剂，搅拌2-4h混合均匀，再加入流平剂和剩余的消泡剂，搅拌0.5-1h，混合均匀后，得到不同颜色的室内娱乐彩光水性涂料。

2.根据权利要求1所述的一种适用于室内娱乐的彩光水性功能涂料的制备方法，其特征在于：第一步中所述油溶性荧光量子点的制备中，当硒粉的加入量为0.05-0.15mmol、硫粉的加入量为1.2-1.8mmol、氧化镉的加入量为0.02-0.06mmol、醋酸锌的加入量为1.5-3.5mmol时，得到的是绿色的油溶性荧光量子点；当硒粉的加入量为0.3-0.7mmol、硫粉的加入量为0.85-1.35mmol、氧化镉的加入量为0.1-0.3mmol、醋酸锌的加入量为1-3 mmol时，得到的是黄色的油溶性荧光量子点；当硒粉的加入量为0.8-1.4mmol、硫粉的加入量为0.3-0.8mmol、氧化镉的加入量为0.3-0.7mmol、醋酸锌的加入量为0.5-1.5mmol时，得到的是红色的油溶性荧光量子点。

3.根据权利要求1所述的一种适用于室内娱乐的彩光水性功能涂料的制备方法，其特征在于：所述油溶性荧光量子点的粒径小于5nm。

4.根据权利要求1所述的一种适用于室内娱乐的彩光水性功能涂料的制备方法，其特征在于：所述荧光量子点的量子效率大于60%。