CN117004145A - 一种荧光聚合物材料及其制备方法 - Google Patents

一种荧光聚合物材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种荧光聚合物材料及其制备方法,具体属于高分子材料技术领域。本发明提供一种荧光聚合物材料,所述材料的原料包括:含苯基的聚合物100重量份,荧光物质0.1~100重量份;其中,所述荧光物质为芘、苝、蒽或晕苯。本发明将含苯基的聚合物和多环芳香烃及其衍生物作为荧光物质通过熔融共混的加工方法制备了一种荧光聚合物材料;所得聚合物材料为可以发天蓝到深蓝色的透明荧光材料,且该制品可以实现大尺寸、连续化及精细化制备;即本发明所制得的荧光聚合物材料具有良好的荧光特性、透明高。

Description

一种荧光聚合物材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种荧光聚合物材料及其制备方法,具体属于高分子材料技术领域。
背景技术
传统的发光材料多是具有大的π共轭体系的疏水性碳氢化合物,在溶液中有很高的荧光量子产率,但在固态下或聚集状态下荧光急剧减弱甚至不发光,这个现象称为聚集诱导淬灭效应;这是由于分子间π-π作用或其他非辐射渠道耗散了激发态能量导致的,如:芘等。由于这一聚集猝灭效应,导致传统有机荧光小分子材料在荧光材料中的应用受到限制。
此外,当前荧光材料的制备主要以溶液法为主,所制备的试样尺寸,精度都十分有限。而传统的挤出、注塑等加工成型方法是十分成熟的技术,但通过熔融加工方法制备透明的聚合物荧光材料,现有技术中尚未有相关报道。
发明内容
针对上述缺陷,本发明提供一种荧光聚合物材料,所述聚合物材料的原料包括含苯基的聚合物和多环芳香烃及其衍生物作为荧光物质,通过熔融共混的加工方法制得;所得聚合物材料为可以发天蓝到深蓝色的透明荧光材料,且该制品可以实现大尺寸、连续化及精细化制备;同时,本发明通过熔融加工方法解决了荧光分子芘或苝的聚集诱导淬灭效应。
本发明的技术方案:
本发明要解决的第一个技术问题是提供一种荧光聚合物材料,所述材料的原料包括:含苯基的聚合物100重量份,荧光物质0.1~100重量份;其中,所述荧光物质为芘、苝、蒽或晕苯。
进一步,所述含苯基的聚合物包括:聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、热塑性丁苯橡胶(SBS)、热塑性弹性体(SEBS)或者透明的丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物(ABS)。
进一步,所述荧光聚合物材料的原料及其配比为:所述聚合物为聚苯乙烯,所述荧光物质为芘,聚苯乙烯与芘的质量比为:100:2.5~100。
进一步,所述荧光聚合物材料的原料及其配比为:所述聚合物为聚碳酸脂,所述荧光物质为芘,聚碳酸脂与芘的质量比为:100:0.5~25。
进一步,所述荧光聚合物材料的原料及其配比为:所述聚合物为热塑性丁苯橡胶,所述荧光物质为芘,热塑性丁苯橡胶与芘的质量比为:100:0.1~50。
本发明要解决的第二个技术问题是提供上述荧光聚合物材料的制备方法,所述制备方法为:将含苯基的聚合物和荧光物质通过熔融共混制得所述聚合物材料。
进一步,所述熔融共混指通过密炼机或双螺杆挤出机等。
进一步,上述制备方法中,先通过熔融共混制备为粒状或者线材,然后将粒状试样进行热压,或者将混合样的线材用于3D打印。
本发明要解决的第三个技术问题提供一种通过熔融加工的方式制备荧光材料的方法,所述方法为:选用含苯基的聚合物和荧光物质原料,通过熔融加工即可制得荧光材料;其中,所述荧光物质为芘、苝、蒽或晕苯。
进一步,所述原料的比例为:含苯基的聚合物100重量份,荧光物质0.1~100重量份。
本发明要解决的第四个技术问题是提供一种降低荧光物质的聚集诱导猝灭效应的方法,所述方法为:在所述荧光物质中引入含苯基的聚合物,通过熔融共混的加工方法制得荧光材料;其中,所述荧光物质为芘、苝、蒽或晕苯。
进一步,含苯基的聚合物与荧光物质比例为:含苯基聚合物100重量份,荧光物质0.1~100重量份。
本发明的有益效果:
本发明将含苯基的聚合物和多环芳香烃及其衍生物作为荧光物质通过熔融共混的加工方法制备了一种荧光聚合物材料;所得聚合物材料为可以发天蓝到深蓝色的透明荧光材料,且该制品可以实现大尺寸、连续化及精细化制备;即本发明所制得的荧光聚合物材料具有良好的荧光特性、透明高。同时,本发明通过熔融加工方法解决了荧光分子芘或苝的聚集诱导淬灭效应。此外,本发明制备方法成本低廉,可以连续生产制备各个尺寸、不同精度的制品。
附图说明:
图1:A(I)为对比例1在波长为365nm的紫外光下的照片,A(II)为对比例1的CIE色度坐标,A(III)为对比例1在激发波长为365nm时的荧光发射光谱;B(I)为实施例1在波长为365nm的紫外光下的照片,B(II)为实施例1的CIE色度坐标图,B(III)为实施例1在激发波长为365nm时的荧光发射光谱图;C(I)为实施例2在波长为365nm的紫外光下的照片,C(II)为实施例2的CIE色度坐标图,C(III)为实施例2在激发波长为365nm时的荧光发射光谱图;D(I)为实施例3在波长为365nm的紫外光下的照片,D(II)为实施例3的CIE色度坐标图,D(III)为实施例3在激发波长为365nm时的荧光发射光谱图;E为对比例2在波长为365nm的紫外光下的照片;F为对比例1-2以及实施例1-3在日光灯下的照片。
图2为对比例2、实施例1~3试样对于不同波长的光波的透过率图。
图3:A(I)为实施例4在波长为365nm的紫外光下的照片,A(II)为实施例4的CIE色度坐标,A(III)为实施例4在激发波长为365nm时的荧光发射光谱;B(I)为实施例5在波长为365nm的紫外光下的照片,B(II)为实施例5的CIE色度坐标,B(III)为实施例5在激发波长为365nm时的荧光发射光谱;C(I)为实施例6在波长为365nm的紫外光下的照片图,C(II)为实施例6的CIE色度坐标,C(III)为实施例6在激发波长为365nm时的荧光发射光谱图;D为对比例3在波长为365nm的紫外光下的照片;E为对比例3以及实施例4-6在日光灯下的照片。
图4:A(I)为实施例7在波长为365nm的紫外光下的照片图,A(II)为实施例7的CIE色度坐标,A(III)为实施例7在激发波长为365nm时的荧光发射光谱;B(I)为实施例8在波长为365nm的紫外光下的照片图,B(II)为实施例8的CIE色度坐标,B(III)为实施例8在激发波长为365nm时的荧光发射光谱;C(I)为实施例9在波长为365nm的紫外光下的照片,C(II)为实施例9的CIE色度坐标,C(III)为实施例9在激发波长为365nm时的荧光发射光谱;D(I)为实施例10在波长为365nm的紫外光下的照片,D(II)为实施例10的CIE色度坐标,D(III)为实施例10在激发波长为365nm时的荧光发射光谱;E(I)为实施例11在波长为365nm的紫外光下的照片,E(II)为实施例11的CIE色度坐标,E(III)为实施例11在激发波长为365nm时的荧光发射光谱;F为对比例4在波长为365nm的紫外光下的照片;G为对比例4以及实施例7-11在日光灯下的照片。
图5:a为实施例12通过双螺杆挤出成型的照片,b为实施例12在日光灯下的照片,c为实施例12在波长为365nm的紫外光下的照片。
图6为实施例13在日光灯下的光学照片以及在波长为365nm的紫外光下的照片。
具体实施方式
本发明以含苯基聚合物和多环芳香烃及其衍生物作为荧光物质为原料,仅通过熔融共混加工的方式,制得了一种荧光聚合物材料;这主要是利用了:通过熔融加工方法实现聚合物分子链隔绝荧光小分子,进而抑制荧光小分子的聚集诱导淬灭效应,制备得到透明的荧光材料。所得荧光材料具有良好的荧光特性,可发深蓝色荧光、透明高。同时,本发明还实现了通过熔融共混的方法降低了芘或苝的聚集诱导淬灭效应。
本发明的荧光聚合物材料的制备方法可采用下述制备方式:
先将聚合物粒料与芘或苝粉末干燥后,在密炼机或双螺杆挤出机中进行熔融共混制备为粒状或者线材;
再将上述步骤中制得的粒状试样进行热压,或者将上述步骤中制得的混合样的线材用于3D打印制得荧光材料。
实施例1~3
分别取0.777g(实施例1),7.768g(实施例2),19.419g(实施例3)的芘与20g的聚苯乙烯试样通过密炼机进行共混;共混温度为160℃,转速为60rpm,共混时间为6分钟。再通过平板硫化仪将共混试样在160℃热压为片材,其荧光特性如图1所示,由图1可知,实施例1的CIE坐标为(0.16,0.09),代表着该试样能够发深蓝色荧光,而实施例2的CIE坐标为(0.17,0.27),发天蓝色荧光;其光学特性如图2所示,由图2可知,相比于对比例2,实施例1和实施例2在可见光区域(400-800nm)的通过率较好,而实施例3的透过率较差。
实施例4~6
分别取0.318g(实施例4),0.795g(实施例5),3.182g(实施例6)芘与20g聚碳酸脂试样通过密炼机进行共混,共混温度为190℃,转速为60rpm,共混时间为6分钟。再通过平板硫化仪将共混试样在190℃热压为片材,其荧光特性如图3所示,由图3可知,实施例4的CIE坐标为(0.16,0.05),代表着该试样能够发深蓝色荧光,而实施例6的CIE坐标为(0.17,0.26),发天蓝色荧光。与对比例3相比,实施例4-6保持了较高的光学透过率。
实施例7~11
分别取0.041g(实施例7),0.194g(实施例8),0.777g(实施例9),1.942g(实施例10),7.768g(实施例11)芘与20g热塑性丁苯橡胶试样通过密炼机进行共混;共混温度为170℃,转速为60rpm,共混时间为6分钟。通过平板硫化仪将共混试样在170℃热压为片材,其荧光特性如图4所示。由图4可知,实施例7的CIE坐标为(0.16,0.05),代表着该试样能够发深蓝色荧光,而实施例9的CIE坐标为(0.19,0.18),发天蓝色荧光。与对比例4相比,实施例7-9保持了较高的光学透过率。
实施例12
取19.419g芘与500g聚苯乙烯试样通过微型双螺杆挤出机进行共混,从加料口到挤出口模的温度依次为140,150,160,170,180,190,190,170℃,螺杆转速为10rpm,挤出试样经收卷辊收集,其荧光特性如图5所示,由图5可知,实施例12能够通过双螺杆挤出实现连续成型,并且试样保持了透明特性以及荧光特性。
实施例13
通过实施例12中的方法制备得到3D打印所需的线材,通过熔融沉积成型3D打印机制备为所需制品。其机头温度为240℃,底板温度为80℃,其制品的荧光特性如图6所示,由图6可知,实施例13可以通过3D打印成型,可以用于制备精细制品,并且试样保持了透明特性以及荧光特性。
对比例1
纯的芘原料置于载波片上,用于荧光特性测试。
对比例2
20g纯的聚苯乙烯试样通过密炼机进行共混,热压为片材。
对比例3
20g纯的聚碳酸酯试样通过密炼机进行共混,热压为片材。
对比例4
20g纯的热塑性丁苯橡胶试样通过密炼机进行共混,热压为片材。
综上可知,本发明以含苯基聚合物和多环芳香烃及其衍生物作为荧光物质为原料,仅通过熔融共混加工的方式,制得了一种荧光聚合物材料;所得荧光材料具有良好的荧光特性,可发深蓝色荧光、透明高。

Claims (10)

1.一种荧光聚合物材料,其特征在于,所述材料的原料包括:含苯基的聚合物100重量份,荧光物质0.1~100重量份;其中,所述荧光物质为芘、苝、蒽或晕苯。
2.根据权利要求1所述的一种荧光聚合物材料,其特征在于,所述含苯基的聚合物包括:聚苯乙烯、聚碳酸酯、热塑性丁苯橡胶、热塑性弹性体或者透明丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物。
3.根据权利要求1或2所述的一种荧光聚合物材料,其特征在于,所述荧光聚合物材料的原料包括:所述聚合物为聚苯乙烯,所述荧光物质为芘,聚苯乙烯与芘的质量比为:100:2.5~100。
4.根据权利要求1或2所述的一种荧光聚合物材料,其特征在于,所述荧光聚合物材料的原料包括:所述聚合物为聚碳酸脂,所述荧光物质为芘,聚碳酸脂与芘的质量比为:100:0.5~25。
5.根据权利要求1或2所述的一种荧光聚合物材料,其特征在于,所述荧光聚合物材料的原料包括:所述聚合物为热塑性丁苯橡胶,所述荧光物质为芘,热塑性丁苯橡胶与芘的质量比为:100:0.1~50。
6.权利要求1~5任一项所述荧光聚合物材料的制备方法,其特征在于,所述制备方法为:将含苯基的聚合物和所述荧光物质通过熔融共混制得所述聚合物材料。
7.一种通过熔融加工的方式制备荧光材料的方法,其特征在于,所述方法为:选用含苯基的聚合物和荧光物质原料,通过熔融加工即可制得荧光材料;其中,所述荧光物质为芘、苝、蒽或晕苯。
8.根据权利要求7所述一种通过熔融加工的方式制备荧光材料的方法,其特征在于,所述原料的比例为:含苯基的聚合物100重量份,荧光物质0.1~100重量份。
9.一种降低荧光物质的聚集诱导猝灭效应的方法,其特征在于,所述方法为:在所述荧光物质中引入含苯基的聚合物,通过熔融共混的加工方法制得荧光材料;其中,所述荧光物质为芘、苝、蒽或晕苯。
10.根据权利要求9所述的一种降低荧光物质的聚集诱导猝灭效应的方法,其特征在于,含苯基的聚合物与荧光物质比例为:含苯基聚合物100重量份,荧光物质0.1~100重量份;
进一步,所述含苯基的聚合物选自:聚苯乙烯、聚碳酸酯、热塑性丁苯橡胶、热塑性弹性体或者透明丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物。
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