CN114044648B - 一种夜光攀岩石及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种夜光攀岩石及其制备方法，包括下述质量份的原料：包覆型夜光粉12‑16份、偶联剂改性石粉32‑44份、环氧树脂8‑14份、稀释剂2‑4份、促进剂0.5‑1份、固化剂4‑6份、色料0‑4份。本发明的夜光攀岩石不仅具有良好的夜光效果，而且耐水性能优良，可以长期在户外雨雪环境中使用而不发生失效，适合应用于户外运动领域。

Description

一种夜光攀岩石及其制备方法
技术领域
本发明涉及人造石技术领域，尤其涉及一种夜光攀岩石及其制备方法。
背景技术
攀岩是指在天然岩壁或人工岩壁上进行的向上攀爬的运动项目，集健身、娱乐、竞技于一身，是一项世界性的运动。随着攀岩运动在我国得到普及，对攀岩场地的需求也逐渐增加。人工岩壁以人工制造的攀岩石为基础，由于在人工设计建造的岩壁上攀登具有安全性高、受气候影响小、更具观赏性等优点，尤其适合初学者进行攀登练习，因此人工岩壁攀登受到相当一部分户外运动爱好者的青睐，人工攀岩石产品具有良好的市场潜力。
人工岩壁攀登包括室内场地攀登和室外场地攀登，由于人工攀岩石的制作原料不仅包括石粉，还包括较高含量的树脂类粘结剂等成分，使得人工岩壁含一定挥发性成分，室内空气存在较多的污染，一定程度上对人体健康不利。室外人工岩壁能够保持空气清新，相对来说在安全、健康方面具有优势。但是，这也要求夜间攀岩时人工攀岩石具有一定的辨识度。夜光攀岩石可以在夜间发光，从而解决夜间辨识度的问题，但是其使用的夜光材料耐水性不足，在户外雨雪天气影响下会加速失效，影响了夜光攀岩石的使用寿命。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种夜光攀岩石及其制备方法，该夜光攀岩石具有优良的耐水性，适合在户外使用。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种夜光攀岩石，包括下述质量份的原料：包覆型夜光粉12-16份、偶联剂改性石粉32-44份、环氧树脂8-14份、稀释剂2-4份、促进剂0.5-1份、固化剂4-6份、色料0-4份；
所述包覆型夜光粉的制备方法包括：先在夜光粉表面包覆二氧化硅，得到一次包覆夜光粉，然后采用硅烷偶联剂KH-560对所述一次包覆夜光粉进行表面接枝改性，即得。
优选地，所述包覆型夜光粉的制备方法包括：
(1)按照重量百分比称取以下原料：氧化铝50-60％、碳酸锶38-46％、氧化铕0.5-1.5％、氧化镝0.5-1.5％、硼酸0.5-1.5％；
(2)按上述比例将各原料混合后装在坩埚里，用隧道窑在1350-1450℃煅烧15-25h，然后用破碎机将其粉碎，过筛，即得所需的夜光粉；
(3)将夜光粉加入混合溶剂中，分散均匀，然后加入正硅酸乙酯加热搅拌反应，反应结束后过滤，将得到的固体物质干燥，得到一次包覆夜光粉，其中混合溶剂由乙醇、水和氨水混合而成；
(4)将所述一次包覆夜光粉和硅烷偶联剂KH-560加入甲苯中，加热搅拌反应，反应结束后过滤，将得到的固体物质干燥，得到包覆型夜光粉。
优选地，步骤(1)中，夜光粉与正硅酸乙酯的质量比为100：(3-6)，夜光粉与混合溶剂的质量比为1：(10-20)，混合溶剂由乙醇、水和氨水按质量比为1：(0.1-0.2)：(0.02-0.05)混合而成；
步骤(1)中，加热搅拌的温度为50-80℃，时间为1-5h；
步骤(2)中，一次包覆夜光粉与硅烷偶联剂KH-560的质量比为1：(0.1-0.5)；
步骤(2)中，加热搅拌的温度为50-95℃，时间为2-6h。
优选地，所述偶联剂改性石粉的制备方法为：先对石粉进行表面羟基化改性，得到羟基化石粉，然后采用硅烷偶联剂KH-560对所述羟基化石粉进行表面接枝改性，即得。
优选地，所述偶联剂改性石粉的制备方法包括：
(a)将石粉与处理液混合后，加热搅拌反应，反应结束后过滤，将得到的固体物质干燥，得到羟基化石粉，所述处理液为过氧化氢水溶液与氨水溶液的混合液；
(b)将所述羟基化石粉和硅烷偶联剂KH-560加入甲苯中，加热搅拌反应，反应结束后过滤，将得到的固体物质干燥，得到偶联剂改性石粉。
优选地，步骤(a)中，石粉与处理液的质量比为1：(2-5)，处理液由质量浓度为3-6％的过氧化氢水溶液与氨水溶液按质量比为1：(0.05-0.1)混合而成；
步骤(a)中，加热搅拌的温度为80-90℃，时间为30-60min；
步骤(b)中，羟基化石粉与硅烷偶联剂KH-560的质量比为1：(0.1-0.3)；
步骤(b)中，加热搅拌的温度为50-95℃，时间为2-6h。
优选地，所述石粉由石粉、石英粉按质量比为(1-2)：1混合而成。
本发明对石粉不作特别限制，普通的建筑用石粉即可，例如白云石粉、花岗岩粉、大理石粉，也可以使用废弃石粉。
优选地，所述环氧树脂为环氧树脂E-44、环氧树脂E-51或其混合物；所述稀释剂为丙酮、乙二醇二缩水甘油醚、1,4-丁二醇二缩水甘油醚中的一种或者多种的混合物；所述促进剂为2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚；所述固化剂为胺类固化剂，优选为聚酰胺固化剂、脂环胺固化剂或其混合物。
一种夜光攀岩石的制备方法，包括：
S1、将环氧树脂、稀释剂、促进剂、固化剂混合后，搅拌均匀，得到胶粘剂；
S2、将包覆型夜光粉与其余原料混合均匀，得到混合粉料；
S3、将所述混合粉料与胶粘剂混合均匀后加入模具中，加压压实，然后加热固化成型，即得。
优选地，所述步骤S3中，加热固化成型的温度为80-120℃，时间为1-4h。
本发明的优点是：
本发明将包覆型夜光粉和偶联剂改性石粉复配作为填充体系，环氧树脂作为粘合剂，通过加压、加热成型的方法制备夜光攀岩石，其中包覆型夜光粉是先用二氧化硅进行原位包覆，再通过二氧化硅表面的羟基与采用含环氧基团的偶联剂进行接枝改性，既通过二氧化硅包覆的方式对水汽起到了一定的阻隔作用，并通过偶联剂改性的有机化、疏水化进一步减少了对水的渗透性，对夜光粉起到了良好的耐水效果，而且表面结合了偶联剂上的环氧基，能在胺类固化剂的作用下进一步提高环氧树脂交联体系的致密性，从而更加提高了攀岩石的耐水效果；本发明选用石粉作为填充料，其作用不仅是满足攀岩石的稳定性、耐磨性等性能，而且可以在满足良好的夜光效果的前提下减少成本，但由于未经处理的石粉填充料具有吸水、保水性，使水更容易进入并保留在攀岩石内部进而导致夜光粉发生失效，本发明对石粉也采用含环氧基团的偶联剂改性处理，通过石粉的有机疏水化和环氧接枝强化了环氧树脂交联体系的致密度和疏水性，很好地完善了攀岩石的耐水性能，延长了夜光攀岩石的夜光使用寿命；特别地，本发明通过采用先使石粉表面羟基基团活化，再偶联剂处理的方法制备偶联剂改性石粉，可以增加偶联剂与石粉反应的活性位点，使石粉更好地与环氧树脂分散相容，混合体系更为均匀，避免填料在体系中聚团而导致外观缺陷，制得的夜光攀岩石具有良好的外观效果。
综上，本发明的夜光攀岩石不仅具有良好的夜光效果和外观性能，而且耐水性能优良，可以长期在户外雨雪环境中使用而不发生失效，适合应用于户外运动领域。
具体实施方式
实施例1
一种夜光攀岩石，包括下述质量份的原料：包覆型夜光粉15份、偶联剂改性石粉40份、环氧树脂E-4410份、丙酮3份、2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚0.6份、TAC-900脂环胺固化剂5份；
包覆型夜光粉的制备方法如下：
(1)按照重量百分比称取以下原料：氧化铝55％、碳酸锶42％、氧化铕1％、氧化镝1％、硼酸1％；
(2)按上述比例将各原料混合后装在坩埚里，用隧道窑在1400℃煅烧20h，然后用破碎机将其粉碎，过筛，即得所需的夜光粉；
(3)将夜光粉加入混合溶剂中，分散均匀，然后加入正硅酸乙酯，在60℃下加热搅拌反应3h，反应结束后过滤，将得到的固体物质干燥，得到一次包覆夜光粉，其中夜光粉与正硅酸乙酯的质量比为100：5，夜光粉与混合溶剂的质量比为1：15，混合溶剂由乙醇、水和氨水按质量比为1：0.15：0.03混合而成；
(4)将一次包覆夜光粉和硅烷偶联剂KH-560按质量比为1：0.25加入甲苯中，在80℃下加热搅拌反应3h，反应结束后过滤，将得到的固体物质干燥，得到包覆型夜光粉。
偶联剂改性石粉的制备方法如下：
(a)将石粉与处理液混合后，在85℃下加热搅拌反应40min，反应结束后过滤，将得到的固体物质干燥，得到羟基化石粉，其中石粉与处理液的质量比为1：3，处理液由质量浓度为5％的过氧化氢水溶液与氨水溶液按质量比为1：0.06混合而成，石粉由白云石粉、石英粉按质量比为1.5：1混合而成；
(b)将所述羟基化石粉和硅烷偶联剂KH-560按质量比为1：0.2加入甲苯中，在80℃下加热搅拌反应4h，反应结束后过滤，将得到的固体物质干燥，得到偶联剂改性石粉。
上述制备过程中，使用的氨水质量浓度为25％。
一种夜光攀岩石的制备方法，包括：
S1、将环氧树脂E-44、丙酮、2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚、脂环胺固化剂混合后，搅拌均匀，得到胶粘剂；
S2、将包覆型夜光粉、偶联剂改性石粉混合均匀，得到混合粉料；
S3、将混合粉料与胶粘剂混合均匀后加入模具中，加压压实，然后在100℃下加热固化成型2h，即得。
实施例2
一种夜光攀岩石，包括下述质量份的原料：包覆型夜光粉12份、偶联剂改性石粉32份、环氧树脂E-448份、丙酮2份、2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚0.5份、TAC-900脂环胺固化剂4份；
包覆型夜光粉的制备方法如下：
(1)按照重量百分比称取以下原料：氧化铝50％、碳酸锶46％、氧化铕1.5％、氧化镝1.5％、硼酸1％；
(2)按上述比例将各原料混合后装在坩埚里，用隧道窑在1350℃煅烧25h，然后用破碎机将其粉碎，过筛，即得所需的夜光粉；
(3)将夜光粉加入混合溶剂中，分散均匀，然后加入正硅酸乙酯，在50℃下加热搅拌反应5h，反应结束后过滤，将得到的固体物质干燥，得到一次包覆夜光粉，其中夜光粉与正硅酸乙酯的质量比为100：3，夜光粉与混合溶剂的质量比为1：10，混合溶剂由乙醇、水和氨水按质量比为1：0.1：0.02混合而成；
(4)将一次包覆夜光粉和硅烷偶联剂KH-560按质量比为1：0.1加入甲苯中，在50℃下加热搅拌反应6h，反应结束后过滤，将得到的固体物质干燥，得到包覆型夜光粉。
偶联剂改性石粉的制备方法如下：
(a)将石粉与处理液混合后，在80℃下加热搅拌反应60min，反应结束后过滤，将得到的固体物质干燥，得到羟基化石粉，其中石粉与处理液的质量比为1：2，处理液由质量浓度为3％的过氧化氢水溶液与氨水溶液按质量比为1：0.05混合而成，石粉由白云石粉、石英粉按质量比为1：1混合而成；
(b)将所述羟基化石粉和硅烷偶联剂KH-560按质量比为1：0.1加入甲苯中，在50℃下加热搅拌反应6h，反应结束后过滤，将得到的固体物质干燥，得到偶联剂改性石粉。
上述制备过程中，使用的氨水质量浓度为25％。
一种夜光攀岩石的制备方法，包括：
S1、将环氧树脂E-44、丙酮、2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚、脂环胺固化剂混合后，搅拌均匀，得到胶粘剂；
S2、将包覆型夜光粉、偶联剂改性石粉混合均匀，得到混合粉料；
S3、将混合粉料与胶粘剂混合均匀后加入模具中，加压压实，然后在100℃下加热固化成型2h，即得。
实施例3
一种夜光攀岩石，包括下述质量份的原料：包覆型夜光粉16份、偶联剂改性石粉44份、环氧树脂E-4414份、丙酮4份、2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚1份、TAC-900脂环胺固化剂6份、氧化铁红4份；
包覆型夜光粉的制备方法如下：
(1)按照重量百分比称取以下原料：氧化铝60％、碳酸锶38％、氧化铕1％、氧化镝0.5％、硼酸0.5％；
(2)按上述比例将各原料混合后装在坩埚里，用隧道窑在1450℃煅烧15h，然后用破碎机将其粉碎，过筛，即得所需的夜光粉；
(3)将夜光粉加入混合溶剂中，分散均匀，然后加入正硅酸乙酯，在80℃下加热搅拌反应1h，反应结束后过滤，将得到的固体物质干燥，得到一次包覆夜光粉，其中夜光粉与正硅酸乙酯的质量比为100：6，夜光粉与混合溶剂的质量比为1：20，混合溶剂由乙醇、水和氨水按质量比为1：0.2：0.05混合而成；
(4)将一次包覆夜光粉和硅烷偶联剂KH-560按质量比为1：0.5加入甲苯中，在95℃下加热搅拌反应6h，反应结束后过滤，将得到的固体物质干燥，得到包覆型夜光粉。
偶联剂改性石粉的制备方法如下：
(a)将石粉与处理液混合后，在90℃下加热搅拌反应30min，反应结束后过滤，将得到的固体物质干燥，得到羟基化石粉，其中石粉与处理液的质量比为1：5，处理液由质量浓度为6％的过氧化氢水溶液与氨水溶液按质量比为1：0.1混合而成，石粉由白云石粉、石英粉按质量比为2：1混合而成；
(b)将所述羟基化石粉和硅烷偶联剂KH-560按质量比为1：0.3加入甲苯中，在95℃下加热搅拌反应2h，反应结束后过滤，将得到的固体物质干燥，得到偶联剂改性石粉。
上述制备过程中，使用的氨水质量浓度为25％。
一种夜光攀岩石的制备方法，包括：
S1、将环氧树脂E-44、丙酮、2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚、脂环胺固化剂混合后，搅拌均匀，得到胶粘剂；
S2、将包覆型夜光粉、偶联剂改性石粉、氧化铁红混合均匀，得到混合粉料；
S3、将混合粉料与胶粘剂混合均匀后加入模具中，加压压实，然后在100℃下加热固化成型2h，即得。
对比例1
对比例1与实施例1的区别仅为：包覆型夜光粉的制备方法不同，对比例1中包覆型夜光粉的制备方法如下：
(1)按照重量百分比称取以下原料：氧化铝55％、碳酸锶42％、氧化铕1％、氧化镝1％、硼酸1％；
(2)按上述比例将各原料混合后装在坩埚里，用隧道窑在1400℃煅烧20h，然后用破碎机将其粉碎，过筛，即得所需的夜光粉；
(3)将夜光粉加入混合溶剂中，分散均匀，然后加入正硅酸乙酯，在60℃下加热搅拌反应3h，反应结束后过滤，将得到的固体物质干燥，得到包覆型夜光粉，其中夜光粉与正硅酸乙酯的质量比为100：5，夜光粉与混合溶剂的质量比为1：15，混合溶剂由乙醇、水和氨水按质量比为1：0.15：0.03混合而成。
上述制备过程中，使用的氨水质量浓度为25％。
对比例2
对比例2与实施例1的区别仅为：包覆型夜光粉的制备方法不同，对比例2中包覆型夜光粉的制备方法如下：
(1)按照重量百分比称取以下原料：氧化铝55％、碳酸锶42％、氧化铕1％、氧化镝1％、硼酸1％；
(2)按上述比例将各原料混合后装在坩埚里，用隧道窑在1400℃煅烧20h，然后用破碎机将其粉碎，过筛，即得所需的夜光粉；
(3)将夜光粉和硅烷偶联剂KH-560按质量比为1：0.25加入甲苯中，在80℃下加热搅拌反应3h，反应结束后过滤，将得到的固体物质干燥，得到包覆型夜光粉。
对比例3
对比例3与实施例1的区别仅为：采用未包覆的夜光粉代替包覆型夜光粉。
对比例4
对比例4与实施例1的区别仅为：偶联剂改性石粉的制备方法不同，对比例4中偶联剂改性石粉的制备方法如下：
将石粉和硅烷偶联剂KH-560按质量比为1：0.3加入甲苯中，在95℃下加热搅拌反应2h，反应结束后过滤，将得到的固体物质干燥，得到偶联剂改性石粉，其中石粉由白云石粉、石英粉按质量比为2：1混合而成。
试验例
以实施例1、对比例1-3和对比例4的攀岩石作为测试样品，进行发光性能测试和外观评价。
其中，发光性能测试：将测试样品浸泡在蒸馏水中12h，采用余辉测试亮度仪测试浸泡前后用激光照射后的余辉亮度，激光照度为1000lux，激发时间为15min。计算样品的亮度衰减率，其中亮度衰减率＝(浸泡前余辉亮度-浸泡后余辉亮度)/浸泡前余辉亮度×100％。
结果如表1所示：
表1攀岩石性能测试结果
Figure BDA0003362168700000101
从表1中的实施例1与对比例1-3比较可知，本发明采用的包覆型夜光粉可以显著提高攀岩石的夜光耐水性，从而有利于延长其在潮湿环境中的使用寿命；实施例1与对比例4比较可知，本发明通过对石粉进行羟基化预处理，再用硅烷偶联剂改性，不仅可以进一步提高攀岩石的夜光耐水性，而且使石粉在树脂体系中分散均匀，不发生聚集，使攀岩石的表面光滑、平整、无缺陷，显著改善了外观效果。

Claims (7)

1.一种夜光攀岩石，其特征在于，包括下述质量份的原料：包覆型夜光粉12-16份、偶联剂改性石粉32-44份、环氧树脂8-14份、稀释剂2-4份、促进剂0.5-1份、固化剂4-6份、色料0-4份；
所述包覆型夜光粉的制备方法包括：先在夜光粉表面包覆二氧化硅，得到一次包覆夜光粉，然后采用硅烷偶联剂KH-560对所述一次包覆夜光粉进行表面接枝改性，即得；
所述包覆型夜光粉的制备方法包括：
(1)按照重量百分比称取以下原料：氧化铝50-60％、碳酸锶38-46％、氧化铕0.5-1.5％、氧化镝0.5-1.5％、硼酸0.5-1.5％；
(2)按上述比例将各原料混合后装在坩埚里，用隧道窑在1350-1450℃煅烧15-25h，然后用破碎机将其粉碎，过筛，即得所需的夜光粉；
(3)将夜光粉加入混合溶剂中，分散均匀，然后加入正硅酸乙酯加热搅拌反应，反应结束后过滤，将得到的固体物质干燥，得到一次包覆夜光粉，其中混合溶剂由乙醇、水和氨水混合而成；
(4)将所述一次包覆夜光粉和硅烷偶联剂KH-560加入甲苯中，加热搅拌反应，反应结束后过滤，将得到的固体物质干燥，得到包覆型夜光粉；
所述偶联剂改性石粉的制备方法为：先对石粉进行表面羟基化改性，得到羟基化石粉，然后采用硅烷偶联剂KH-560对所述羟基化石粉进行表面接枝改性，即得。
2.根据权利要求1所述的一种夜光攀岩石，其特征在于，步骤(1)中，夜光粉与正硅酸乙酯的质量比为100：(3-6)，夜光粉与混合溶剂的质量比为1：(10-20)，混合溶剂由乙醇、水和氨水按质量比为1：(0.1-0.2)：(0.02-0.05)混合而成；
步骤(1)中，加热搅拌的温度为50-80℃，时间为1-5h；
步骤(2)中，一次包覆夜光粉与硅烷偶联剂KH-560的质量比为1：(0.1-0.5)；
步骤(2)中，加热搅拌的温度为50-95℃，时间为2-6h。
3.根据权利要求1所述的一种夜光攀岩石，其特征在于，所述偶联剂改性石粉的制备方法包括：
(a)将石粉与处理液混合后，加热搅拌反应，反应结束后过滤，将得到的固体物质干燥，得到羟基化石粉，所述处理液为过氧化氢水溶液与氨水溶液的混合液；
(b)将所述羟基化石粉和硅烷偶联剂KH-560加入甲苯中，加热搅拌反应，反应结束后过滤，将得到的固体物质干燥，得到偶联剂改性石粉。
4.根据权利要求3所述的一种夜光攀岩石，其特征在于，步骤(a)中，石粉与处理液的质量比为1：(2-5)，处理液由质量浓度为3-6％的过氧化氢水溶液与氨水溶液按质量比为1：(0.05-0.1)混合而成；
步骤(a)中，加热搅拌的温度为80-90℃，时间为30-60min；
步骤(b)中，羟基化石粉与硅烷偶联剂KH-560的质量比为1：(0.1-0.3)；
步骤(b)中，加热搅拌的温度为50-95℃，时间为2-6h。
5.根据权利要求1所述的一种夜光攀岩石，其特征在于，所述石粉为石英粉、白云石粉、大理石粉、花岗岩粉中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种夜光攀岩石，其特征在于，所述环氧树脂为环氧树脂E-44、环氧树脂E-51或其混合物；所述稀释剂为丙酮、乙二醇二缩水甘油醚、1,4-丁二醇二缩水甘油醚中的一种或者多种的混合物；所述促进剂为2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚；所述固化剂为胺类固化剂。
7.根据权利要求6所述的一种夜光攀岩石，其特征在于，所述胺类固化剂为聚酰胺固化剂、脂环胺固化剂或其混合物。
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