CN109575726B

CN109575726B - 一种室内用节能增亮功能涂料及其制备方法

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Publication number: CN109575726B
Application number: CN201811341271.8A
Authority: CN
Inventors: 刘雪峰; 张慧林; 芦冬涛; 董川
Original assignee: Shanxi University
Current assignee: Shanxi University
Priority date: 2018-11-12
Filing date: 2018-11-12
Publication date: 2020-11-10
Anticipated expiration: 2038-11-12
Also published as: CN109575726A

Abstract

一种室内用节能增亮功能涂料及其制备方法，属于水性涂料技术领域。（1）按比例将高能激发荧光碳量子点、低能激发上转换荧光碳量子点、纳米碳酸钙、增稠剂、成膜剂、消泡剂、润湿剂、分散剂和水，经过搅拌混合均匀成为混合液；（2）将丙烯酸乳液加入到混合液中高速搅拌混合均匀，即得到一种室内用节能增亮功能涂料半成品；（3）将所述半成品经由200目纱网过滤，得到目标涂料。该发明通过将新型碳量子点与涂料结合，利用碳量子点吸收紫外波段光（200‑380 nm）和红外波段光（>780 nm），发射可见荧光的光学特性，将不可见的紫外线和红外线转化为可见光，大大增加室内光线的利用率，实现节能增亮的效果。

Description

一种室内用节能增亮功能涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种室内用节能增亮功能涂料及其制备方法，属于水性涂料技术领域。

背景技术

涂料是一种材料，其附着在材料的表面，达到美化以及防护的目的。随着社会科学的不断进步与发展，传统的单一涂料已经不能满足使用，在现有技术条件下，通过在涂料中加入不同改性物质来实现涂料的功能化。在地球能源日趋枯竭的大趋势下，全球能源危机日益加剧，节约能源、有效利用能源变得尤为重要，涂料作为重要的工业产业，也有望在此发挥作用。由此，作为室内装饰材料，涂料已经走入千家万户，在装饰美化的同时，如何在低耗能条件下最大程度保持室内亮度也是涂料生产追求的目标，目前的涂料主要通过在涂料中加入无机填料等反光材料来实现增亮，但其效果有限，由此，发展一种对光高利用率的室内用节能增亮功能涂料具有很大的应用价值。

碳量子点作为新型的光活性材料，具有光稳定性好，小尺寸，生物相容无毒性，高荧光量子产率，易于官能化和化学惰性等结构和性质特点，近年来在基础和应用研究方面有很大的发展，在光电器件、生物医学、制药等领域有大的应用价值，部分已经形成产品。

通过优化制备工艺方法，碳量子点可以实现公斤级的宏量制备。在应用方面其光学性质，特别是光的上转换特性备受关注，但目前主要集中在生物成像及标记方面，其它方面的应用很少。如果能将碳量子点与涂料结合，对于新的功能性涂料开发及拓宽碳量子点的应用都有积极的意义。

发明内容

本发明旨在提供具有节能增亮功效的一种室内用节能增亮功能涂料及其制备方法。在涂料的合成过程中加入几种不同光吸收和发射活性的碳量子点，实现室内光线的全光谱利用。另外，碳量子点将光线转换为柔和的近米黄色光，对眼睛不刺激，增加室内舒适度。

本发明通过以下方法实现:

一种室内用节能增亮功能涂料，原料按照质量百分比是：

丙烯酸乳液 40-75%；

纳米碳酸钙 5-10%；

膨润土 5-10%；

滑石粉 1-5%；

消泡剂 0.5-2%；

润湿剂 0.08-1%；

分散剂 0.1-3%；

成膜剂 2-4%；

CDs 0.1-0.5%；

UCPL-CDs 0.05-0.1%；

水余量。

CDs为高能激发荧光碳量子点；UCPL-CDsCDs为低能激发上转换碳量子点。

一种室内用节能增亮功能涂料的制备方法，包括下述内容：

1. CDs的制备

包括高能激发荧光碳量子点(CDs)和低能激发上转换碳量子点(UCPL-CDs)。

（1）CDs由天冬氨酸和葡萄糖为原料经过一步法快速合成，其光学特性见图1，由图可知，CDs材料在290nm波长处有吸收，右边的荧光的激发波长和发射波长谱线为表面，用455nm波长的光激发，该材料可发射542nm波长的荧光，且在该激发条件下荧光强度最强。其具体制备过程包括以下步骤：

1) 将葡萄糖和天冬氨酸放置于100-200 mL烧杯中，然后将2-6mL，浓度为 0.5 -2 mol L^-1NaOH水溶液加入到混合液中，充分搅拌后，放置于油浴中，加热至120-160℃反应30-40分钟，得到固体产物；其中葡萄糖和天冬氨酸的质量比为1.1-2.5，混合液的质量浓度为0.5-1.5%。

2)将步骤1)所得固体产物自然冷却到室温后，分散于8-15 mL去离子水中，并透析处理20-30小时；

3) 将步骤2)透析所得分散液经过冷冻干燥后得到CDs材料。

（2）UCPL-CDs由家用蚕丝为原料经过水热法合成，其光学特性见图2，该图表明该材料具有上转换的光学特性，在800nm波长激发条件下，最大上转换荧光发射峰波长为412nm，其具体制备过程包括以下步骤：

1）从沸腾的白茧中取出丝绸，然后用蒸馏水洗涤，用吹风机吹干；

2）将丝绸分散于0.1mol L^-1 NaOH水溶液中，在150-200℃的水热条件下反应3小时得到UCPL-CDs水分散液；其中丝绸在分散液中的质量浓度为2-20 mg/mL。

3）待反应釜自然冷却后，将UCPL-CDs水分散液通过离心机以15000-20000 rpm的转速离心10-20分钟以除去非荧光沉淀物并得到UCPL-CDs水分散液以供使用；

4）将UCPL-CDs分散液进行透析处理20-30小时。

5）然后通过冷冻干燥得到UCPL-CDs固体粉末材料。

一种室内用节能增亮功能涂料，配料按照质量百分比：

丙烯酸乳液 40-75%

纳米碳酸钙 5-10%

膨润土 5-10%

滑石粉 1-5%

消泡剂 0.5-2%

润湿剂 0.08-1%

分散剂 0.1-3%

成膜剂 2-4%

CDs 0.1-0.5%

UCPL-CDs 0.05-0.1%

水余量

一种室内用节能增亮功能涂料的制备方法，包括如下步骤：

1）按照上述比例将CDs、UCPL-CDs、纳米碳酸钙、增稠剂、成膜剂、消泡剂、润湿剂、分散剂和水，经过搅拌混合均匀成为混合液；

2）将丙烯酸乳液加入到混合液中高速搅拌混合均匀，即得到一种室内用节能增亮功能涂料半成品；

3）将所述半成品经由200 目纱网过滤，得到目标涂料。

其中，所述的成膜助剂为三丙二醇丁醚；所述的分散剂为市售的7703水性防沉分散剂；所述的润湿剂为十二烷基苯磺酸钠；所述的消泡剂为市售的水性涂料消泡剂1349。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1.本发明通过在涂料中加入CDs，有效利用可见光之外的光能量，同时将不可见的紫外线和红外线转化为可见光，大大增加室内光线的利用率，既节能减耗，又为使用者提供最为适应的颜色，是一种集荧光与颜色一体的涂料；

2.与其它无机填料相比较，本发明所用CDs具有很好的结构性质稳定性，与涂料乳液具有很好的相容性，无毒无害，所得涂料绿色环保；

3. 本发明涂料中填料为纳米尺度，分散性好，无团聚态，而且具有高的饱和度，添加后不影响涂料的成膜性、致密度等基本性能。

附图说明

图1是 CDs的紫外吸收和激发发射图；

图2是 UCPL-CDs的上转化荧光特性图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

1、CDs的制备

1) 将0.45g葡萄糖和0.32g天冬氨酸放置于100ml烧杯中，加1mol L^-1NaOH水溶液3ml，充分搅拌后，放置于油浴中，加热至150℃反应30-40分钟，得到固体产物；

2)自然冷却后，透析24小时；

3) 将步骤2)透析过的碳量子点水分散液经过冷冻干燥后得到纯化后的目标碳量子点。

2、UCPL-CDs的制备

2）将0.04g丝和4mL 0.1mol L^-1 NaOH水溶液放到到25mL聚四氟乙烯反应釜中并在190℃下加热3小时，得到UCPL-CDs水分散液；

3）待反应釜自然冷却后，将UCPL-CDs水分散液通过离心机以16500rpm的转速离心15分钟以除去非荧光沉淀物并得到UCPL-CDs水分散液以供使用；

4）将UCPL-CDs水分散液进行透析；然后通过冷冻浓缩并在真空下干燥得到UCPL-CDs干粉。

3、室内用节能增亮功能涂料的制备方法

1）将3g CDs，60g纳米碳酸钙，60g纳米碳酸钙，60g膨润土，40g滑石粉，10g 1349消泡剂，1g十二烷基苯磺酸钠，10g 7703水性防沉分散剂，6g三丙二醇丁醚成膜剂和400mL水，搅拌混合均匀；

2）将500mL丙烯酸乳液加入到混合液中高速搅拌混合均匀，即得到一种米黄色节能荧光涂料半成品

3）将所述半成品经由200目纱网过滤，得到室内用节能增亮功能涂料。

实施例2

将实施例1中步骤3中第1步的CDs用UCPL-CDs替代，投料量不变，其它步骤与实施例1相同，得到室内用节能增亮功能涂料。

实施例3

将实施例1中步骤3中第1步的基础上加入UCPL-CDs，投料量分别为1.5g CDs和1.5g UCPL-CDs，其它步骤与实施例1相同，得到室内用节能增亮功能涂料。

Claims

1.一种室内用节能增亮功能涂料，其特征是原料按照质量百分比是：

丙烯酸乳液 40-75%；

纳米碳酸钙 5-10%；

膨润土 5-10%；

滑石粉 1-5%；

消泡剂 0.5-2%；

润湿剂 0.08-1%；

分散剂 0.1-3%；

成膜剂 2-4%；

CDs 0.1-0.5%；

UCPL-CDs 0.05-0.1%；

水余量；

CDs为高能激发荧光碳量子点；

UCPL-CDs为低能激发上转换荧光碳量子点；

所述UCPL-CDs制备方法包括以下步骤：

2）将丝绸分散于0.1mol L^-1 NaOH水溶液中，在150-200℃的水热条件下反应3小时成为UCPL-CDs水分散液；其中丝绸在分散液中的质量浓度为2-20 mg/mL；

3）将UCPL-CDs水分散液通过离心机以15000-20000 rpm的转速离心10-20分钟以除去非荧光沉淀物并得到UCPL-CDs水分散液以供使用；

4）将UCPL-CDs水分散液进行透析处理20-30小时；然后通过冷冻干燥得到UCPL-CDs固体粉末材料；

所述CDs的制备方法包括下述内容：

1) 将葡萄糖和天冬氨酸放置于100-200 mL烧杯中混合为混合液，然后将2-6mL且浓度为 0.5 - 2 mol L^-1NaOH水溶液加入到混合液中，充分搅拌后，放置于油浴中，加热至120-160℃反应30-40分钟，得到固体产物；其中葡萄糖和天冬氨酸的质量比为1.1-2.5：1，混合液的质量浓度为0.5-1.5%；

2)将固体产物自然冷却到室温后，分散于8-15 mL去离子水中，并透析处理20-30小时获得分散液；

3) 将分散液经过冷冻干燥后得到CDs材料。

2.根据权利要求1所述一种室内用节能增亮功能涂料，其特征是所述的成膜剂为三丙二醇丁醚。

3.根据权利要求1所述一种室内用节能增亮功能涂料，其特征是所述的分散剂为市售的7703水性防沉分散剂。

4.根据权利要求1所述一种室内用节能增亮功能涂料，其特征是所述的润湿剂为十二烷基苯磺酸钠。

5.根据权利要求1所述一种室内用节能增亮功能涂料，其特征是所述的消泡剂为市售的水性涂料消泡剂1349。