发光型人造石的制备与性能检测*

范志强，杨　敏

(贵州大学化学与化工学院，贵州　贵阳　550025)



发光型人造石的制备与性能检测*

范志强，杨敏

(贵州大学化学与化工学院，贵州贵阳550025)

以环氧树脂为粘结剂分别制备了夜光粉含量为10%、15%、20%、30%的蓄光自发光型人造大理石，研究了不同夜光粉含量对人造大理石的发光效果、抗折强度的影响。结果表明：夜光粉和废石粉相对掺量对聚酯型蓄光自发光人造石的发光强度有较大影响作用。夜光粉的掺入降低了石材强度，其适宜掺量在20%左右。

夜光粉；人造石；蓄光自发光；发光强度

长余辉蓄光发光材料在太阳能转换和利用方面具有独特的优势，蓄光型自发光材料又称为光致光超长余辉蓄光材料[1]、非放射性蓄光材料、无电源自发光材料等[2]。该材料主动吸蓄太阳光、灯光、紫外光、杂散光等可见光5～10 min后，就可在黑暗中持续发光12 h以上，并可根据实际需要，使其发出红[3]、绿、蓝[4]、黄、紫等多种彩色光。

随着蓄光型自发光材料的开发，相继开发了由蓄光发光材料制成的各种发光制品，在工业生产以及人们的日常生活中得到广泛的应用[5]。随着开发的不断深入，发光制品的种类不断增多，应用范围不断扩大，目前已经生产和应用的有发光塑料、发光橡胶、发光纤维、发光涂料、发光油墨、发光玻璃、发光陶瓷等多种制品[6]。

本文拟将将蓄光型自发光材料按照一定比例掺入人造石中以制备出具有人造石材料的各项性能同时又兼具夜光性能的特殊自发光型人造石，通过在人造石中添加不同含量的夜光粉，讨论夜光粉的掺入对聚酯型人造石表面光泽度、发光效果以及某些力学性能(如抗折强度)的影响。

1　实　验

1.1实验原料

环氧树脂E-44，三雄化工厂；环氧树脂固化剂，三雄化工厂；稀土长效黄绿光夜光粉：ST-G806；匀光剂、气相二氧化硅A-200、Al(OH)2，其主要指标如表1所示。

表1　氢氧化铝的主要指标

1.2实验仪器与设备

101-2AB电热鼓风干燥箱，天津泰斯仪器有限公司；ST-86LA屏幕亮度计，北京师范大学光学仪器厂；WSM-20KN电子万能试验机，长春智能仪器设备有限公司；电子天平；塑料杯；模具等。

1.3发光型人造石制备

(1)配方

本实验所用人造石配方见表2所示。

表2　人造石配方表

(2)发光型人造石制备工艺

①按照配方，称取Al(OH)3粉末、环氧树脂、匀光剂、气相二氧化硅、夜光粉、环氧树脂固化剂；

②将环氧树脂倒入料筒中，加入匀光剂、气相二氧化硅搅拌均匀后加入夜光粉搅拌均匀后加入Al(OH)3，并搅拌均匀；最后加入环氧树脂固化剂再搅拌均匀；

③重复以上操作，分别以夜光粉含量为10%，15%，20%，30%(质量分数)，制备含有相应夜光粉含量的树脂型人造石；

④将四种夜光粉含量不同的混合物倒入各个事先涂好脱模剂的模具中，经3 h常温固化后脱模；

⑤将脱模后的树脂型人造石放入烘箱中，并在105℃下恒温8 h进行后固化。

⑥对人造石进行磨削、抛光。

1.4发光型人造石性能测试

发光型人造石发光强度检测：采用D65标准光源，照度1000 Lux，激发时间20 min激发发光型人造石，用ST-86La型屏幕亮度计对发光型人造石的发光强度进行检测。

发光型人造石抗折强度检测：采用WSM-20KN型万能试验机对发光型人造石的抗折强度进行检测。

2　结果与讨论

2.1发光型人造石外观情况

图1　蓄光自发光型人造石外观

通过观察制备出的发光型人造石，可发现每个人造石表面完好，色泽均匀一致，见图1；在黑暗中采用标准光源激发后，可以观察到人造石通体均匀透亮；并没有出现因为夜光粉的分布不均匀导致人造石出现不均匀发光现象，因为在环氧树脂中加入了气相二氧化硅防沉剂，它在体系中分散后可以通过其表面的硅羟基相互作用形成氢键，从而形成一个二氧化硅网络，在非极性液体中有很大的增稠效应，是一种很理想的防沉剂[7]。

2.2不同夜光粉含量的夜光型人造石发光效果

发光亮度的单位为砍德拉每平方米(cd/m2)，对于蓄光自发光型发光材料来说，其一小时发光强度较弱，因此本文所述发光亮度均采用mcd/m2表示。

原夜光粉亮度参数见表3所示。

表3　ST-G806黄绿光夜光粉亮度参数

不同夜光粉含量的人造石发光亮度见表4。

表4　不同夜光粉含量的人造石发光强度测试表

对比表3和表4可以看出当人造石中夜光粉含量低于20%时，人造石的发光强度没有原夜光粉的发光强度强；当夜光粉的含量等于20%时人造石的发光强度与夜光粉的发光强度相差不多，原因是当夜光粉的含量低于20%时，夜光粉在人造石中的分布密度较低，发光也相对分散，因此人造石的发光强度相对较弱。当夜光粉的含量逐渐增大，达到20%时，夜光粉在人造石中的分布密度相对较大，发出的光也分布较于集中。因此夜光型人造石的发光强度较大。从图3可以看出，夜光型人造石的1 min发光强度随着夜光粉含量的增加而增加。图4为不同夜光粉含量的夜光型人造石发光强度随时间的衰减曲线，可以看出衰减曲线呈指数衰减，曲线中后期的变化趋势可以试着用下式描述：

L=At-n

(1)

式中，L为激发时间t(s)后的发光强度：n为衰减常数。

衰减曲线用双对数表达，以20%夜光粉含量的夜光型人造石发光强度衰既爱那个区县做出lnL-lnt图，如图5所示。可以看出基本成一直线，由直线斜率得出衰减常数n值。经过计算直线斜率为-1.0918，可知n值为1.0918，lnA为12.586，得出A值为292435.7，于是夜光型人造石的衰减过程可以用下式来描述：

L=292435.7t-1.0918

(2)

图3　不同夜光粉含量的蓄光自发光型人造石1 min的发光强度

图4　不同夜光粉含量的蓄光自发光型人造石发光强度衰减曲线

图5　lnL-lnt图

当夜光粉含量继续增多在人造石中的含量达到30%时，可以看到夜光粉含量的提升对于人造石发光强度的提升并没有很显著的影响。

结果表明：随着夜光粉含量的增加，人造石的发光强度也增加，但是发光强度与夜光粉的添加量并不是成正比的关系，当夜光粉含量达到20%后，再增大夜光粉的加入量，人造石的发光强度的增幅很小。出现这种情况的原因是：在夜光粉含量较高的体系中，夜光粉颗粒并不是都可以作为有效的发光体，其中一部分发光颗粒有可能会被周围的颗粒遮挡，不能有效的吸收光激发和发光，因此体系中较高含量的夜光粉对于提高人造石发光性能并没有多大的意义。

2.3不同夜光粉含量的蓄光自发光型人造石的抗折强度

采用WSM-20KN型万能试验机对不同含量夜光粉的人造石进行抗折强度检测，结果如表5～表8所示。

表5　未添加夜光粉人造石抗折强度

表6　添加15%夜光粉蓄光自发光型人造石抗折强度

表7　添加20%夜光粉蓄光自发光型人造石抗折强度

表8　添加30%夜光粉蓄光自发光型人造石抗折强度

通过比较表5～表8中的数据可知，添加夜光粉的蓄光自发光型人造石的抗折强度对比于未添加夜光粉的人造石的抗折强度有一定的下降：从图6可以看出，发光型人造石抗折强度呈下降的趋势。

图6　不同含量夜光粉含量的人造石抗折强度下降曲线

人造石抗折强度下降的原因可能是夜光粉的平均粒度较小，在添加到人造石基体中后会导致整体平均粒度减小、小粒子数量增多，造成粉体比表面积过大，而树脂的用量不变，因此会导致基体不能被环氧树脂充分润湿，使得粉体容易聚集，体系在固化过程中内应力分布不均匀，导致人造石抗折强度降低。

随着这种平均粒径很小的夜光粉含量的增加，更多的夜光粉粒子难以被树脂充分润湿，使体系内部的内应力分布更加不均匀，从而导致人造石的抗折强度下降。

3　结　论

聚酯型蓄光自发光人造石的发光强度随着夜光粉加入量的增多发光强度也增强，但是当夜光粉的含量增加到20%之后，对比30%夜光粉含量的夜光型人造石的发光强度可以发现：再增加夜光粉的加入量并没有对发光人造石的发光强度起到增强的效果。

添加夜光粉的发光人造石抗折强度会有所下降，并且随着夜光粉的含量的增加，抗折强度下降明显。

添加20%夜光粉的发光人造石发光性能较好，此时发光人造石的抗折性能较好。

4　应用效果与展望

通过本文的研究，可以将夜光粉用于聚酯发光型人造石的制备，可以利用夜光粉的余晖特性，将人造石用于LED灯间歇打光，维持较强的发光强度，同时能节约很多电能。

发光人造石材发光颜色多种多样，适用于室内外装饰。用于建筑物外装饰，公路装饰，白天吸收阳光，晚上发光，为都市夜生活增光添彩。用于家居卫生间、厨房、客厅地面的装修镶嵌，既美化家居，给家居房间带来美丽神奇的效果，也方便人们夜晚在房间活动，避免受到意外的伤害。而且，美丽的发光效果让人耳目一新。

[1]洪广言.稀土发光材料的研究进展[J].人工晶体学报,2015(10):2641-2651.

[2]刘应亮,雷炳富,邝金勇,等.长余辉发光材料研究进展[J].无机化学学报,2009(08):1323-1329.

[3]李随源,蒋海涛.红色长余辉发光材料的研究进展[J].焦作师范高等专科学校学报,2014(02):73-76.

[4]尹明,闫世润,胡建国.蓝绿色长余辉发光粉Sr4Al14O25:Eu2+,Dy3+的制备及性能研究[J].光源与照明,2014(02):12-15.

[5]张锦虹,邵魁武.蓄光型自发光制品的开发及应用[J].塑料助剂,2006(06):51-52.

[6]唐明道.蓄光型自发光材料及制品发展概况[J].光机电信息,2003(02):8-14.

[7]冯钦邦,刘莉,龙成坤.气相二氧化硅在树脂基复合材料中的应用[J].有机硅氟资讯,2007(09):45-46.

Preparation and Properties of Luminescent Artificial Marble*

FAN Zhi-qiang,YANG Min

(School of Chemistry and Chemical Engineering,Guizhou University,Guizhou Guiyang 550025,China)

Epoxy binder was used to prepare Self-luminous artificial marble,luminous powder content of 10%,15%,20%,30%,research the flexural strength and glow with different content of luminous powder.The results showed that the luminous of polyester self-luminous artificial marble intensity increased with the addition of luminous powder,but when the content of the luminous powder was in a certain limit,there was no increase of the luminous intensity.There was a decline of flexural strength of self-luminous artificial marble when added luminous powder,flexural strength decreased significantly with the luminous powder content increased,preferably with 20% luminous the light emitting and flexural strength of artificial performance.

luminous powder; artificial marble; self-luminous artificial marble; luminous intensity; flexural strength

贵州省科技厅科技计划项目_利用石材加工废弃石粉制备仿生合成石材关键技术研究(黔科合SY字[2013]3088号)；贵阳市科技局工业类项目——石材浸渍防护切割新技术研究(筑科合同(2012101)2-19号)。

范志强(1991-)，男，研究生。

杨敏(1978-)，女，副教授，研究生导师。

TU56+4.22

A

1001-9677(2016)011-0081-04