CN110256888A

CN110256888A - 一种高反射率漫反射涂料及其制备方法和反光器件

Info

Publication number: CN110256888A
Application number: CN201910535764.3A
Authority: CN
Inventors: 赵宁; 黄锦雅; 刘乐华
Original assignee: Shenzhen Polytechnic
Current assignee: Shenzhen Polytechnic
Priority date: 2019-06-20
Filing date: 2019-06-20
Publication date: 2019-09-20
Anticipated expiration: 2039-06-20
Also published as: CN110256888B

Abstract

本发明公开了一种具有高反射率的漫反射涂料及其制备方法和反光器件。该高反射率漫反射涂料包括水性树脂、反射粉体和溶剂，反射粉体按照质量分数计包括30‑70％的二氧化钛复合微粒、30‑70％的硫酸钡、0‑3％的填料，二氧化钛复合微粒包括二氧化钛微粒和包覆在二氧化钛微粒表面的二氧化硅层。二氧化钛在紫外线的照射下，氧离子失去电子转为原子氧，同时具有很高的活性。此时，包覆在二氧化钛微粒上的二氧化硅可以起到屏蔽光催化的作用，而且二氧化硅和二氧化钛在折射率上的较大差异能够让复合微粒有效提升入射光线的漫反射。而且这种复合微粒可以填充硫酸钡的空隙，两者具有很好的协同效应，进一步提升漫反射涂层的反射效果。

Description

一种高反射率漫反射涂料及其制备方法和反光器件

技术领域

本发明涉及涂料领域，尤其是涉及一种高反射率漫反射涂料及其制备方法和反光器件。

背景技术

粗糙表面上光线向各个方向无规则地反射的现象称为漫反射。例如，平行的太阳光照射到墙壁后，会向各个方向发生弥散性的反射，从而使肉眼能够观察到墙壁。漫反射这一普遍的现象也被用来解决LED照明产品中常见的眩光问题。LED照明用灯具一般都采用大功率的LED芯片，这些大功率LED芯片因为体积小、亮度高的原因而容易产生眩光，研究设计人员则通过选取漫反射材料或涂有漫反射涂料的材料作为灯具中的反射腔体来解决这一问题。但是，常用的漫反射材料由于各种问题导致难于加工，所以，现在一般都使用涂有漫反射涂料的材料作为反射腔体。

然而，现有的一些漫反射涂料能够为反射腔体提供的反射率较低，一般在90％左右，无法满足人们对节能减排的要求，同时，在像积分球等一些高精度的光学反射仪器中仅能达到这种标准的漫反射涂料仍然是不适用的。因此，有必要提供一种具有高反射率的漫反射涂料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何提供一种具有高反射率的漫反射涂料及其制备方法和反光器件。

本发明所采取的技术方案是：

一种高反射率漫反射涂料，包括水性树脂、反射粉体和溶剂，基于反射粉体的总质量，反射粉体包括30-70％的二氧化钛复合微粒、30-70％的硫酸钡、0-3％的填料，二氧化钛复合微粒包括二氧化钛微粒和包覆在二氧化钛微粒表面的二氧化硅层。

其中，水性树脂具体可以是本领域所熟知的多种热塑性水性树脂或热固型水性树脂中的至少一种，包括但不仅限于水性丙烯酸树脂、水性甲基丙烯酸树脂、水性聚氨酯树脂、水性聚酯、水性聚酰胺、水性聚醚、水性聚硅氧烷、水性环氧树脂、水性乙烯基树脂及其共聚物或混合物。水性树脂的质量在高反射率漫反射涂料各成分的总质量中所占的百分比具体可以是5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％等，也可以达到90％、80％、70％等，同时可以根据各组分的具体配方和配比进行适应性调整。反射粉体是高反射率漫反射涂料中起主要的反射调节的组分，基于反射粉体的总质量，反射粉体包括30-70wt％的二氧化钛复合微粒、30-70wt％的硫酸钡和0-3wt％的填料。反射粉体可以以任何合适的形式添加，例如颗粒、分散液、溶液、薄片等。

优选的，二氧化钛复合微粒的粒径为3-5μm。

进一步优选的，二氧化钛微粒的粒径为2-3μm。显然，当二氧化钛微粒的粒径为3μm时，二氧化钛复合微粒的粒径大于3μm；当二氧化钛复合微粒的粒径为3μm时，二氧化钛微粒的粒径小于3μm。

优选的，硫酸钡的粒径为70-90μm。

优选的，二氧化钛微粒为金红石型。

优选的，填料为氟石、白云母粉、氟金云母粉中的至少一种。

优选的，基于高反射率漫反射涂料的总质量，水性树脂占20-40％、反射粉体占20-40％、余量为溶剂。

进一步优选的，水性树脂的质量在高反射率漫反射涂料总质量中的百分比下限选自20％、22％、24％、26％、28％、30％，上限选自40％、38％、36％、34％、32％；更进一步优选的，水性树脂的质量在高反射率漫反射涂料各组分的总质量中的百分比为30％。

进一步优选的，还包括助剂，助剂占高反射率漫反射涂料各组分的总质量的百分比可以是1-6％或其它根据具体的配方和配比进行适应性调整后可以得到的比例。

更进一步优选的，助剂为流平剂、消泡剂中的至少一种。

再进一步优选的，流平剂占高反射率漫反射涂料各组分的总质量的百分比可以是1-4％，消泡剂占高反射率漫反射涂料各组分的总质量的百分比可以是1-4％。

上述高反射率漫反射涂料的制备方法中，包括制备二氧化钛复合微粒的步骤，具体包括：

取或制备二氧化钛悬浮液；

在二氧化钛悬浮液中加入碱液和原硅酸调节pH在7.5-8.0；

熟化后加入硅氧烷并继续调节pH在6.0-8.0；

继续熟化，过滤、干燥、粉碎即得。

一种反光器件，包括反射涂层，反射涂层包括上述的高反射率漫反射涂料，其中，这里的反光器件具体可以是制备或组装LED设备或装置的LED反光器件。

本发明的有益效果是：

一般的二氧化钛在紫外线的照射下，氧离子失去电子转为原子氧，同时具有很高的活性。而包覆在二氧化钛微粒上的二氧化硅则可以起到屏蔽光催化的作用，而且二氧化硅的折射率在1.46-1.48、二氧化钛折射率在2.7左右，两者在折射率上的较大差异可以使包覆后的微粒有效提升入射光线的漫反射。而且这种包覆后的微粒可以填充硫酸钡的空隙，两者具有很好的协同效应，进一步提升漫反射涂层的反射效果。

本发明的进一步效果还在于，填料萤石的主要成分是氟化钙，其结晶为八面体或立方体、或八面体立方体相交组合晶体，而白云母粉或氟金云母粉同样为八面体结构，这些填料的少量适度添加可以有效提高涂料体系的反射率。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。

实施例1

一种高反射率漫反射涂料，按照涂料的总质量计包括以下组分：

其中，反射粉体占涂料总质量的40％，包括15％的二氧化钛复合微粒(即占反射粉体总质量的37.5％)、24％的硫酸钡(即占反射粉体总质量的60％)和1％的氟化钙(即占反射粉体总质量的2.5％)。

二氧化钛复合微粒通过以下步骤制得：

(1)取300g二氧化钛初品(粒径在2-3μm)，加入到1000mL去离子水中(所得浓度约为300g/L)，高速搅拌打浆，加热到90-95℃，用氢氧化钠调节pH为8.5形成二氧化钛水悬浮液。

(2)在搅拌条件下向二氧化钛水悬浮液中滴加150g/L的原硅酸溶液(以SiO₂计)和10％的氢氧化钠，使悬浮液pH值保持在7.5-8.0之间。滴加过程中，加入的硅的质量为二氧化钛质量的1.5％，在90min内滴加完毕。

(3)滴加结束后，熟化120min。

(4)并流加入500g/L的硅氧烷，其加入质量为二氧化钛质量的1％，在此过程中维持pH为6.0-8.0，90min内加完硅氧烷。

(5)熟化60min，调节pH到7.0，再熟化30min。

(6)过滤、洗涤、干燥、气流粉碎，即得二氧化钛复合微粒。

通过上述方法制得的二氧化钛复合微粒的粒径为3-5μm，二氧化钛初品选择金红石型二氧化钛。水性树脂选择水性丙烯酸树脂。

该高反射率漫反射涂料的具体制备方法包括如下步骤：

(1)在60-80℃的去离子水中加入水性丙烯酸树脂，保温，高速搅拌均匀以充分溶解。

(2)降温至室温后加入剩余组分，搅拌均匀，即得高反射率漫反射涂料。

实施例2

一种高反射率漫反射涂料，与实施例1的区别在于，各组分的具体比例不同，具体如下：

其中，反射粉体占涂料总质量的34％，包括15％的二氧化钛复合微粒(即占反射粉体总质量的44％)、18％的硫酸钡(即占反射粉体总质量的53％)和1％的氟化钙(即占反射粉体总质量的3％)。

实施例3

一种高反射率漫反射涂料，与实施例1的区别在于，所述水性树脂选择水性丙烯酸树脂、水性环氧树脂、引发剂进行混合改性，具体改性方法可以采用如专利文件CN108530584A中的方法。同时，不添加流平剂和消泡剂。

实施例4

反射率对比试验

按照实施例1-3以及对比例1-4的配方进行反射涂料的制备，测试制得产品的可见光反射率，结果如下：

表1.反射率对比试验结果

对比例1-4的具体配比如下：

表2.对比例涂料配比

	对比例1	对比例2	对比例3	对比例4
					二氧化钛	40％	10％	15％	15％
硫酸钡		40％	24％	18％
					氟化钙			1％	1％
水性树脂	40％	30％	36％	40％
					水	20％	20％	22％	24％
流平剂			1％	1％
					消泡剂			1％	1％

其中，对比例1和对比例2中的二氧化钛是未经二氧化硅包覆处理的二氧化钛微粒，粒径与实施例1中的相近。对比例3与实施例1的成分基本相同，对比例4与实施例2的成分基本相同，唯一不同的是实施例1-2采用的是二氧化钛复合微粒，经二氧化钛微粒与二氧化硅层包覆而成，对比例3-4则直接采用二氧化钛微粒，未采用与二氧化硅层包覆的处理。经试验结果证明，实施例1-2较对比例1-4反射率有了较高的提升。

从上述结果可以看出，本发明所提供的高反射率漫反射涂料可以达到96.8％的反射率，相比于对比例中92％的反射率，提升了4％左右，对于其反射性能而言，是一个非常巨大的提升，能够带来效果更好的可见光反射，可以很好地应用到积分球等具有光学反射功能的器件或产品上。

实施例5

一种高反射率漫反射涂料，与实施例1的区别在于，各组分的配比如下：

其中，反射粉体占涂料总质量的40％，包括28％的二氧化钛复合微粒(即占反射粉体总质量的70％)、10.8％的硫酸钡(即占反射粉体总质量的27％)和2％的氟化钙(即占反射粉体总质量的3％)。经试验测试，实施例5的涂料经检测反射率为96.8％。

实施例6

其中，反射粉体占涂料总质量的40％，包括28％的二氧化钛复合微粒(即占反射粉体总质量的70％)、12％的硫酸钡(即占反射粉体总质量的30％)。经试验检测，实施例6的涂料反射率为95.8％。

从实验结果可以看出，实施例5中涂料的反射率为96.8％，实施例6中的涂料反射率95.8％，由于实施例5中添加有填料氟金云母粉，因而其反射率略高于实施例6。上述结果表明，氟石、白云母粉、氟金云母粉等填料的少量适度添加可以有效提高涂料体系的反射率。

以上是对本发明的较佳实施例进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims

1.一种高反射率漫反射涂料，其特征在于，包括水性树脂、反射粉体和溶剂，基于所述反射粉体的总质量，所述反射粉体包括30-70％的二氧化钛复合微粒、30-70％的硫酸钡、0-3％的填料，所述二氧化钛复合微粒包括二氧化钛微粒和包覆在所述二氧化钛微粒表面的二氧化硅层。

2.根据权利要求1所述的高反射率漫反射涂料，其特征在于，所述二氧化钛复合微粒的粒径为3-5μm。

3.根据权利要求2所述的高反射率漫反射涂料，其特征在于，所述二氧化钛微粒的粒径为2-3μm。

4.根据权利要求1所述的高反射率漫反射涂料，其特征在于，所述硫酸钡的粒径为70-90μm。

5.根据权利要求1所述的高反射率漫反射涂料，其特征在于，所述二氧化钛微粒为金红石型。

6.根据权利要求1所述的高反射率漫反射涂料，其特征在于，所述填料为氟石、白云母粉、氟金云母粉中的至少一种。

7.根据权利要求1-6任一项所述的高反射率漫反射涂料，其特征在于，基于所述高反射率漫反射涂料的总质量，所述水性树脂的质量占20-40％，所述反射粉体的质量占20-40％。

8.根据权利要求7所述的高反射率漫反射涂料，其特征在于，还包括助剂，所述助剂为流平剂、消泡剂中的至少一种。

9.权利要求1-8任一项所述的高反射率漫反射涂料的制备方法，其特征在于，包括制备所述二氧化钛复合微粒的步骤，该步骤具体包括：

取或制备二氧化钛悬浮液；

在所述二氧化钛悬浮液中加入碱液和原硅酸；

熟化后加入硅氧烷；

继续熟化，过滤、干燥、粉碎即得。

10.一种反光器件，其特征在于，包括反射涂层，所述反射涂层包括权利要求1-8任一项所述的高反射率漫反射涂料。