针对上述现有技术的缺陷,本发明的目的是用高辉度、发光颜色多样化的发光材料,制造发光辉度高,余辉时间长,发光颜色多彩,耐候性、耐光性好,收缩率低,柔韧性能好,使用性能佳的发光膜。
本发明是通过采用新型多种离子激活的蓄光型光致发光材料(以下称发光材料)、多种树脂、辅助材料等进行大量研究而取得最佳制作工艺和配方来达到上述目的。本发明制造的发光膜为软型,其基本结构为:含有发光材料的发光层和白色或浅色反光层。为增强膜表面的性能(如:抗划伤性、耐磨性等),有些膜增加透明保护层(以下简称透明层);有些发光膜为了使用方便,可以制成带有不干胶粘合层和离型纸层,其发光膜的厚度视用途而定,发光膜的较佳厚度为0.03~3.5mm。
发光层是由发光材料、载体树脂、增塑剂、助剂、溶液混合制成。其厚度视用途而定,通常为0.02~2.0mm,其组成重量百分比为:
载体树脂 20~95
发光材料 5~80
增塑剂 0~60
助剂 0~30
透明层:可以用通用透明膜,也可以用透明树脂涂层,其厚度视用途而定,通常为0.005~0.5mm。透明树脂涂层是用载体树脂、增塑剂、溶剂、助剂制成涂料涂覆而成,其组成重量百分比为:
载体树脂 10~100
增塑剂 0~70
助剂 0~30
反光层可以用白色或浅色膜或纸,也可以用浅色或白色涂料涂层,其中反光层以白色效果最好,其厚度视用途而定,通常为0.01~1.5mm,涂料涂层是用载体树脂、增塑剂、助剂、溶剂、颜色、填料混合制成涂料涂覆而成,其组成重量百分比为:
载体树脂 10~98
增塑剂 0~60
助剂 0~30
颜料 2~80
填料 0~40
其中载体树脂为PVC树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、聚酯树脂、氯化聚丙烯树脂、过氯乙烯树脂、醇酸树脂、乙烯树脂、环氧树脂、聚酰胺树脂、聚丙烯树脂、异氰酸酯预聚物、聚乙烯树脂、EVA树脂、SB树脂、尼龙等中的一种或几种的组合。
增塑剂为常用塑料增塑剂如:邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、邻苯二甲酸二异辛酯(DIOP)、邻苯二甲酸丁苄酯(BBP)、邻苯二甲酸二丙酯(DAP)、邻苯二甲酸二仲辛酯(DCP)、邻苯二甲酸二癸酯(DIDP)、邻苯二甲酸二(十三)酯(DTDP)、邻苯二甲酸二壬酯(DNP)、己二酸二辛酯(DOA)、癸二酸二辛酯(DOS)、环氧硬酯酸辛酯(ED3)、环氧大豆油(ESO)、环氧油酸丁酯(EBST)、环氧四氢邻苯二甲酸二辛酯(EPS)、磷酸三苯酯(TCP)、TXIB、降粘剂(1300)中的一种或几种的组合。
助剂:有紫外光吸收剂、稳定剂、流平剂、消泡剂、阻燃剂、抗氧剂、偶联剂、防沉剂、润滑剂;根据需要使用其中的一种或多种,其中:
紫外光吸收剂:UV-326、UV-531、UV-9等。
稳定剂:液体复合稳定剂钡/镉、钡/镉/锌、钙/锌、二月桂酸二丁基锡、二月桂酸二辛基锡、二马来酸单辛基锡等。
流平剂:如BYK-385、EFKA-30、EFKA-31、EFKA-34、EFKA-35等。
消泡剂:如DAPRO-NA1621、BYK303、EFKA-21、EFKA-22、甲基硅油液等。
阻燃剂:三氧化二锑、氢氧化铝等。
防沉剂:气相二氧化硅、PE蜡等。
润滑剂:硬脂酸锌、硬脂酸钡、硬脂酸酰胺等;
偶联剂:硅烷偶联剂、钛酸酯、铝酸酯等;
抗氧剂:1010、168、DLTP、SKY-1035等;
溶剂:溶剂为二甲苯、醋酸丁酯、乙二醇、乙醚、醋酸、乙二醇单丁醚、乙二醇单乙醚、环己酮、丁酮、二甲基甲酰胺、异沸尔酮中的一种或多种混合,视其树脂与用途,使用其中的一种或多种。
颜料及填料为:钛白粉、立德粉、锌白、碳酸钙,硫酸钡、铝粉等。
离型纸:通用涂硅纸。
不干胶为丙烯酸树脂、橡胶类树脂。
透明膜为透明的PET膜、PP膜、PVC膜、PE膜。白色或浅色膜为白色或浅色的PET膜、PP膜、PVC膜、PE膜或纸、铝箔、锡箔、镀铝膜或纸、镀锡膜或纸、电化铝膜或纸等。
本发明所用的发光材料是多种离子激活的硅酸盐、铝酸盐、硫化物发光材料或其混合物,其主要表示式和发光余辉颜色分别如下:
1、多种离子激活的硅酸盐发光材料的化学组成表示式为:
αMO·βM’O·γSiO2·δR:EuxLny
其中:M为Sr、Ca、Ba、Zn中的一种或多种元素的组合;
M’为Mg、Cd、Be中的一种或多种元素的组合;
R为B2O3、P2O5中的一种或两种化合物的组合;
Ln为Nd、Dy、Ho、Tm、La、Pr、Tb、Ce、Er、Mn、Bi、Sn、Sb中的一种或多种元素的组合:
α、β、γ、δ、x、y为摩尔系数:
0.6≤α≤6;0≤β≤5;1≤γ≤9;
0≤δ≤0.7;0.00001≤x≤0.2;0≤y≤0.3。
进一步的实验表明,优选上述硅酸盐发光材料中,如下2类的发光材料可制造较高亮度的发光膜,主要化学组成表示式为:
1-1. (Sr1-zCaz)2MgSi2O7:EuxLny
1-2. (Sr1-zCaz)3MgSi2O8:EuxLny
其中:Ln为La、Ce、Dy、Tm、Ho、Nd、Er、Sb、Bi中的一种或多种元素组合;
z为系数:0≤z≤1;
x、y为摩尔系数:0.0001≤x≤0.2;0.0001≤y≤0.3。
上述2类优选的硅酸盐长余辉发光材料随z值的不同,可分别发出兰、兰绿、绿、黄绿、黄色光,例如z=0时,发兰色光;z=0.5时,发绿色光。
2、多种离子激活的铝酸盐发光材料的化学组成表示式为:
αMO·βAL2O3·γB2O3:EuxLny其中:M为Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cd中的一种或多种元素的组合;
Ln为Nd、Dy、Ho、Tm、La、Ce、Er、Pr、Bi中的一种或多种元素的组合;
α、β、γ、x、y为摩尔系数:
0.5≤α≤6;0.5≤β≤9;0.0≤γ≤0.3;
0.00001≤x≤0.25;0.00001≤y≤0.3。
进一步的实验表明,优选上述铝酸盐发光材料,如下2类的发光材料可制造较高亮度的发光膜,主要化学组成表示式为:
2-1. MAl2O4:EuxLny
其中:Ln为La、Ce、Dy、Ho、Nd、Er中的一种或多种元素的组合;
M为Sr、Ca、Mg、Ba、Zn中的一种或多种元素的组合;
x、y为摩尔系数:0.0001≤x≤0.25:0.0001≤y≤0.3。
该材料随M的不同,发光颜色不同,如M=Sr时,为黄绿色发光;M=Ca时,为兰紫色发光。
2-2. M4Al14O25:EuxLny
其中:Ln为Pr、Ce、Dy、Ho、Nd、Er中的一种或多种元素的组合;
M为Sr、Ca、Mg、Ba、Zn中的一种或多种元素的组合;
x、y为摩尔系数:0.0001≤x≤0.25;0.0001≤y≤0.3。
3.多种离子激活的硫化物发光材料的主要化学组成表示式为:
3-1. (Ca1-zSrz)S:EuxLny
其中:Ln为Er、Dy、La、Tm、Y中的一种或多种元素的组合;
z为系数:0≤z≤1;
x、y为摩尔系数:0.00001≤x≤0.2;0.00001≤y≤0.15。
该材料随z值不同,可呈现红、橙色发光。
3-2. R2O25:EuxLny
其中:R为Y、La、Gd中的一种或多种元素的组合;
Ln为Er、Cr、Bi、Dy、Tm、Ti、Mg、Sr、Ca、Ba、Mn中的一种或多种元素的组合;
x,y为摩尔系数:0.00001≤x≤0.2;0.00001≤y≤0.6。
本发明制造发光膜分为发光层,反光层,透明层制造几个步骤,其中发光层的制造是本发明的关键技术,下面将分步介绍各层的制造方法。
发光层:发光层其制造方法分为两类,第一类是用压延、挤出、吹塑、流延的方法制造发光层;第二类是先制成涂料,用涂覆工艺制造发光层。其使用原料的配比(W%)如下:
载体树脂 20~95
增塑剂 0~60
助剂 0~30
发光材料 5~80
溶剂 0~60
制造发光膜的第一类方法的工艺配方(W%)如下:
载体树脂 20~95
增塑剂 0~30
助剂 0~30
发光材料 5~60
制作工艺:将载体树脂、增塑剂、助剂、发光材料等原料按需要的比例称量混合均匀,用压延、挤出、吹塑、流延等加工工艺制成一定厚度的薄膜,即得发光层。其加工温度为130℃~270℃。
制造发光膜的第二类方法的工艺配方(W%)如下:
载体树脂 20~95
增塑剂 0~60
溶剂 0~60
助 剂 0~30
发光材料 5~80
制作工艺1、涂料的制作:将载体树脂、增塑剂、溶剂、助剂和发光材料按需要的比例称量,经高速分散机混合均匀,三辊研磨机研磨至所需的细度,制成发光涂料。2、发光层成型:发光涂料经脱泡、过滤后,在基膜上涂覆,再经干燥(晾干或在30℃~180℃条件下烘干)或热成型(100℃~270℃)制成发光层。
反光层:反光层可以用白色或浅色膜或纸,也可以用浅色或白色涂料涂层。使用白色或浅色膜或纸用覆合工艺将其与发光层覆合为一体,或是以白色或浅色膜或纸作为涂覆发光涂料的基材制作发光膜。反光层为白色或浅色涂料涂层时其工艺配方(W%)如下:
载体树脂 10~98
增塑剂 0~60
溶剂 0~60
助剂 0~30
颜料 2~50
反光层的制作工艺:1、涂料的制作:将载体树脂、增塑剂、溶剂、助剂和颜料按需要的比例称量,经高速分散机混合均匀,三辊研磨机研磨至所需的细度,制成涂料。2、反光层成型:涂料经脱泡、过滤后,在发光层或基膜上涂覆,再经干燥(晾干或在30℃~180℃条件下烘干)或热成型(100℃~270℃)制成反光层。
透明层:透明层可以用透明膜,也可以用透明涂料涂层。使用透明膜用覆合工艺将其与发光层结合为一体,或者是使用透明膜作为涂覆发光涂料的基材制作发光膜,透明层为透明涂料涂层时其工艺配方(W%)如下:
载体树脂 10~100
增塑剂 0~70
溶剂 0~90
助剂 0~30
制作工艺为:1、涂料的制作:将载体树脂、增塑剂、溶剂、助剂按需要的比例称量,经高速分散机混合均匀,三辊研磨机研磨至所需的细度,制成透明涂料。2、透明层成型:涂料经脱泡、过滤后,在发光层或基膜上涂覆,再经干燥(晾干或在30℃~180℃条件下烘干)或热成型(100℃~270℃)制成透明层。
不干胶层:不干胶可以使用现成的双面胶带。或直接使用的是带不干胶的白色或浅色基材制造发光膜,也可以是用直接或转移法涂布不干胶。
上述工艺中提到发光膜可以用胶或热覆合的方法将透明层、发光层、反光层结为一体,也可以是用涂覆的方法将各层涂料依次涂覆在一起,在干燥过程中自然结合为一体。其各层在涂覆时的涂覆顺序可以是任意的,只要求发光层在中间即可。上述制造工艺中提到的涂覆方法为涂布、印刷、喷涂工艺。
进一步实验表明发光膜的辉度,余辉时间和发光材料的类型,发光材料在整个发光膜层中的含量,发光层的厚度以及载体树脂的选择有关,发光膜的其它性能(如:耐侯性能、耐光性能)与载体树脂、助剂的选择有关。
本发明制造的发光膜发光辉度高、余辉时间长、发光颜色多彩、耐候性好、收缩率低,如其中一般高辉度膜其发光辉度为:1min为1800mcd/m2,10min为230mcd/m2,60min为34mcd/m2余辉时间长达3000分钟。其超高辉度膜的辉度1min可达到4300mcd/m2,10min为650mcd/m2,60min可达到100mcd/m2,余辉时间长达4800min。且发光膜的发光颜色多样化,可发出红、橙、黄、黄绿、绿、兰绿、兰、紫色光。其发光材料的耐候性能,耐光性能极佳。用高压汞灯照射来评价发光材料的耐光性。用铝酸盐、硅酸盐发光材料制造的发光膜用高压汞灯照射100小时后其辉度下降2%,照射300小时后,其辉度下降3%。
与现有技术相比本发明发光膜其辉度高,余辉时间,且耐光性、耐候性显著提高,且发光颜色多样。以下以实例进一步说明发光膜制造方法:
实例一:本实例是应用第一类方法制造发光层。
载体树脂 PVC树脂(IH型树脂) 40kg
增塑剂 邻苯二甲酸二丁酯 20kg
邻苯二甲酸二辛酯 10kg
助剂 稳定剂(Ca-Zn复合型) 3.0kg
发光材料 铝酸盐SrAl2O4:Eu0.05,Dy0.1 50kg
按配方所述称取原材料,将除发光材料外的其它材料加入高搅机中,高速分散均匀,再加入发光材料搅拌均匀,分散时间要短,转速要低。将混合好的原材经压延工艺制成厚度为200μm的发光膜层。将发光层与白色的PVC膜经过热复合成发光膜。用转移涂布的方法覆合不干胶即得发光颜色为黄绿色的发光膜,其余辉的性能如下:
时间(min) |
1 |
5 |
10 |
60 |
辉度(mcd/m2) |
1015 |
259 |
135 |
18 |
余辉时间(min) |
2500 |
实例二:本实例是以第一类方法制造发光层
载体树脂 PP树脂 78kg
助剂 分散剂:PP蜡 1.5kg
润滑剂:硬脂酸锌 0.5kg
发光材料 硅酸盐:Sr2MgSi2O7:Eu0.05,Dy0.1 20kg
制作工艺:将PP树脂、分散剂(PP蜡)、润滑剂按比例称量,放入高搅机中高速搅拌,待PP蜡熔化后加入发光材料,混合均匀后,送入吹塑机上吹塑,双向拉伸至膜厚0.15mm,在一面用凹版印刷一层白色的PP油墨,厚度为0.05mm,涂上不干胶。该产品发光颜色为兰色。产品可以制作手表表盘,或不涂胶,印上各种图案作为礼品包装材料。该膜发光辉度如下:
时间(min) |
1 |
5 |
10 |
60 |
辉度(mcd/m2) |
230 |
80 |
45 |
6 |
余辉时间(min) |
1500 |
实例三:本例是应用第二类方法制造发光膜发光层制造的工艺配方(W%)如下:载体树脂 丙烯酸树脂液 35kg
缩二脲 5kg助剂 气相二氧化硅 2kg
消泡剂 0.3kg
增塑剂 邻苯二甲酸二辛酯 7kg
溶剂 二甲苯 3kg
醋酸丁脂 2kg
发光材料 硫化锶钙:SrCaS:Eu0.001,Y0.005 55.7kg
施实工艺:将配方中的液体原料加入配料容器中,搅拌均匀,将气相二氧化硅慢慢加入容器中高速分散均匀,在搅拌状态下加入发光材料配成发光涂料备用。在使用前加入缩二脲搅拌均匀,放置30分钟。
反光涂层为白色,其工艺配方(W%)如下:
载体树脂 丙烯酸树脂 35kg
缩二脲 5kg
助剂 气相二氧化硅 2kg
消泡剂:EFKA-30 0.3kg
增塑剂 邻苯二甲酸二辛酯 7kg
溶剂 二甲苯 3kg
醋酸丁脂 2kg
颜料 钛白粉R930 30kg
实施工艺:1、涂料的制作:将丙烯酸树脂液、气相二氧化硅、消泡剂、邻苯二甲酸二辛酯、溶剂、钛白粉按需要的比例称量,经高速分散机混合均匀,三辊研磨机研磨至所需的细度,制成白色涂料待用。在使用前加入缩二脲搅拌均匀放置30分钟。
将配好发光涂料涂布在经过电晕处理的PET膜上,湿涂层厚度为380m,干燥后发光膜发光层厚度为180~200μm。待发光层干燥后,涂布白色丙烯酸涂料,涂层的干燥温度为25℃,干燥时间为24小时,覆合双面胶带,分切包装,即得成品。此工艺制作发光膜发红色光。发光膜表面抗划伤性能好,挺括。发光辉度如下:
时间(min) |
1 |
5 |
10 |
60 |
辉度(mcd/m2) |
119 |
21 |
10 |
1.2 |
余辉时间(min) |
240 |
实例四:应用第二类方法制造发光膜
发光层的工艺配方(W%)如下:
载体树脂 聚氨酯树脂树液(50%) 60kg
发光材料 硫氧钇Y2O2S:Eu0.01,Ca0.05 39.5kg
助剂 流平剂EFKA-30 0.5kg
消泡剂EFKA-21 0.5kg
反光层工艺配方:
载体树脂 聚氨酯树脂树液(50%) 60kg
颜料 钛白粉 39.5kg
助剂 流平剂Byk 300 0.5kg
发光涂料、反光层涂料制作工艺同例(3),将发光涂料用涂布机在经电晕处理过的PET膜表面上涂布,湿涂层的厚度为300μm,烘干,再涂布白色涂层。涂上不干胶即得发光膜,该产品的发光颜色为红色。可用来制作标牌,玩具上的贴膜,时装手表表盘。
发光辉度如下:
时间(min) |
0 |
1 |
10 |
60 |
辉度(mcd/m2) |
450 |
105 |
45 |
4 |
余辉时间(min) |
680 |
实例五:本实例以第二类方法制作发光膜。
工艺配方:
载体树脂 氯化聚丙烯树脂液 49.5kg
发光材料 铝酸锶SrAl2O4:Eu0.05,Dy0.1 25kg
硅酸锶钙镁Sr1.5Ca0.5MgSi2O7:Eu0.05,Dy0.1 25kg
助剂 消泡剂 0.5kg
发光涂料制作工艺同实例(3)用丝网印刷工艺直接印在白色PVC不干胶膜上,干燥,即得单张的发光膜。这种工艺简单,制作方便。发光膜的发光颜色为黄绿色,
发光膜辉度如下:
时间(min) |
1 |
5 |
10 |
60 |
辉度(mcd/m2) |
1340 |
450 |
260 |
26.8 |
余辉时间(min) |
3200 |
实例六:本实例以第二类方法制作发光膜,其工艺配方为(W%)如下:(1) 发光涂层 (1) (2)载体树脂 PVC糊树脂:PSH-10 50kg 50kg
PSM-31 50kg 50kg增塑剂 磷酸三苯酯TCP 0kg 30kg
邻苯二甲酸二丁酯 20kg 10kg
邻苯二甲酸二辛酯 40kg 20kg
降粘剂1300 2kg 2kg助剂 钡镉稳定剂 3kg 3kg
偶联剂钛酸酯 0.5kg 0.5kg发光颜料 铝酸锶SrAl2O4:Eu0.05,D0.1 165.5kg 165.5kg(2)反光层 (1) (2)载体树脂 PVC糊树脂:PSH-10 50kg 50kg
PSM-31 50kg 50kg增塑剂 邻苯二甲酸二丁酯 33.3kg 30kg
邻苯二甲酸二辛酯 40kg 20kg
降粘剂 1300 2kg 2kg助剂 钡镉稳定剂 3kg 3kg
偶联剂:铝酸酯 0.5kg 0.5kg
阻燃剂:三氧化二锑 0kg 23kg颜料 钛白粉 13kg 15kg(3)透明保护层载体树脂 PVC树脂:PSH-10 100kg增塑剂 邻苯二甲酸二辛酯 30kg
邻苯二甲酸二丁酯 15kg
降粘剂1300 2kg
助剂 月桂酸二丁基锡 3kg
UV-531 2kg制作工艺为:一、各种涂层涂料配制
1、透明层的涂料配制
将配方中的液体料加入容器中,搅拌均匀。在搅拌状态下均匀加入PVC树脂,加完后提高搅拌速度,几分钟后成糊,经三辊研磨机研磨达到要求的细度称作空白糊,即为透明层涂料。
2、发光层涂料配制
按发光涂层的配方应用1的工艺制得空白糊,在搅拌状态下均匀向分散好的糊中加发光颜料,开始转速要慢。待发光颜料加完后提高转速,将发光颜料分散均匀即可,注意在分散过程中物料的温度≤40℃。
3、反光层涂料配制。
按白色涂层配方使用部分增塑剂同1工艺制得空白糊,用增塑剂调配钛白粉、三氧化二锑在三辊机研磨至需要的细度得阻燃钛白浆,待用。按比例称取阻燃钛白浆、空白糊,用高速分散设备将其混合均匀即得白色涂层涂料。
二、将配好的各层涂料,过滤真空脱泡。
三、涂布、热成型:
在离型纸上先涂覆透明涂料热成型、冷却定型后,在透明涂层上涂布发1光涂料热成型、冷却定型后,再在发光涂层上涂布白色涂料热成型、冷却定型即得发光膜,热成型温度为150~200℃,各层厚度分别为透明层0.005mm,发光层0.2mm,白色涂层0.13mm。将发光膜从离型纸上剥离开,涂覆不干胶,分切覆卷,包装成为成品。
此工艺制作发光膜坚韧,有较好的耐候性,耐旋光性。收缩率小,阻燃性能好。
性能指标如下表:
氧指数 |
30 |
35 |
在人工光照下的耐褪色性 |
不褪色值3 |
不褪色值3 |
在盐雾中的稳定性 |
无显着变化 |
无显着变化 |
对化学影响的稳定性 |
无显着变化 |
无显着变化 |
对液体的稳定性 |
无显着变化 |
无显着变化 |
采用PN.S型粘附材料的白粘附产品粘着力 |
≥Udin30646 |
≥Udin30646 |
注*使用的发光层,反光层都使用配方(2) |