稀土荧光粉复合有机硅树脂温控涂层及其制备方法和应用与流程

本发明涉及涂层新材料领域，尤其涉及一种稀土荧光粉复合有机硅树脂温控涂层及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着温控技术的不断发展，加热设备的不断融合、完善，内部设备和功率密度也在不断增加，因此设备的余热不能及时排出，形成局部过热，这将严重影响设备的运行稳定性和使用寿命。电子设备的故障率会随着工作温度的上升而急剧增加。另外，据统计，环境温度每上升10℃，设备的寿命就会下降50％。因此，及时将设备运行中产生的大量余热排除是保证设备可靠性和长寿命的关键。同时，加热反应设备的热管理远程指示技术由于成本高昂、系统复杂的原因发展受到限制。需要开发高效的集散热和温度指示一体的涂层技术。将设备内部的热量从外部环境中高效释放出来，保证设备内部的工作温度在安全可控的范围内，并通过设备表面的温度指示进行温度监控，防止设备过热导致的安全事故。

2、稀土荧光粉复合涂层的温控是通过调控涂层中的稀土荧光粉的特性来实现的。稀土荧光粉通常具有发光和温度敏感性质，温度变化会影响其发光特性。一种常见的温控方法是利用温度敏感的稀土荧光粉在不同温度下发出不同颜色的光线。通过改变涂层中的稀土荧光粉的组成和浓度，可以实现在不同温度区间内变化的发光颜色。另一种方法是利用可控温度变化对涂层中的稀土荧光粉进行激发。温度升高会改变稀土荧光粉的晶格结构，从而影响其能量水平和发光特性。通过控制温度，可以改变稀土荧光粉的发光强度和颜色。总的来说，稀土荧光粉复合涂层的温控是通过调节稀土荧光粉的组成、浓度以及利用温度敏感性来实现的，从而实现对涂层发光特性的控制。

3、稀土离子基上转换材料具有通过捕获多个光子将低能量入射光转换为各种高能辐射的能力，在废水净化、医疗、光学测温、防伪等领域得到了广泛的应用。其他应用相比，光学温控有着响应速度快、在各种恶劣环境下进行远程监控、分辨率高、耐腐蚀性好等众所周知的优点。目前，为了实现光学温控，荧光强度率技术被广泛采用，该技术利用热耦合能级产生的两个发射对温度的不一致响应，因为它可以避免激发源波动和光谱损失。

4、通常共掺杂yb3+离子作为上转换发光材料的上转换发光敏化剂，其吸收截面面积在980nm波长附近较大，而且yb3+离子的2f5/2-2f7/2发射与er3+的4i 15/2-4i 11/2吸收之间存在较大的光谱重叠，这可以大大改善er3+离子的绿色发光。通常选择er3+的2h11/2和4s3/2能级对作为热耦合能级对，这是因为它们的荧光强度比(f i r)随温度的变化而变化，继而可以用于检测环境中的温度变化。强的上转换发光和良好的温度传感性能是实现精确温度测量的重要参数。

5、有机硅树脂具有耐高低温、耐老化、耐气候、耐酸碱等诸多优良特性，受到越来越多的关注。有机硅树脂的分子结构中含有大量的s i-o键，与c-o、c-c和s i-c键相比，s i-o键具有很强的离子性质，可以提高键能，可赋予改性的树脂涂层优异的耐热性。

6、当前，一些高温加热反应设备远程的温度指示反应迟缓、温控系统复杂、成本高，迫切需要一种具有较快的响应速度且能在各种恶劣环境下进行远程监控的涂层对其进行温度指示，以期防止反应设备温度过高造成设备的损坏以及人员的伤亡。为此，本发明而应运而生。

技术实现思路

1、提供本技术实现要素：是为了以简化的形式介绍将在以下详细描述中进一步描述的一些概念。本发明内容不旨在确定所要求保护的主题的关键或重要特征，也不旨在用作确定所要求保护的主题的范围的辅助手段。

2、本发明针对现有技术中提出的加热反应设备表面温度控制不稳定、温度响应缓慢、反应机制复杂、成本高昂的问题，以期提供一种涂层，防止反应设备温度过高造成设备的损坏以及人员的伤亡。为此，本发明提出了如下技术方案：

3、本发明首先提供了一种稀土荧光粉复合有机硅树脂温控涂层，其特征在于，包括以下重量份数的组分：

4、

5、

6、较佳的，满足如下特征中的一个或多个：

7、所述有机硅低聚物为n-丙基二甲氧基甲基硅烷马来酰亚胺(pm i-hs i)；

8、所述固化剂为钛酸酯固化剂(paes)；

9、所述催化剂选自二月桂酸二丁基锡(dbtdl)和过氧化氢异丙苯(chp)。

10、较佳的，所述二月桂酸二丁基锡(dbtdl)为0-3份，所述过氧化氢异丙苯(chp)为0-9份。

11、本发明还提供了一种稀土荧光粉复合有机硅树脂温控涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

12、稀土荧光粉制备：将y2o3、t i o2、yb2o3和er2o3混合在玛瑙砂浆中搅拌均匀，加入络合剂形成胶体状凝胶体系，然后凝胶浸渍成型，再经过干燥、烧结后进行粉末处理得到y2t i2o7:x mo l％yb3+、y mo l％er3+的稀土荧光粉，x范围是0.01-0.12，y范围是0.005-0.06之间。其中，y2t i 2o7:x mo l％yb3+、y mo l％er3+被释义为y2t i 2o7、yb3+和er3+全部基于总摩尔，x mo l％为yb3+占总摩尔含量的占比；y mo l％为er3+占总摩尔含量的占比。

13、钛硅树脂前驱体制备：将有机硅低聚物、固化剂和催化剂混合得到钛硅树脂前驱体；

14、涂层制备：将稀土荧光粉与钛硅树脂前驱体混合形成乳液，喷涂于基材上，与空气中的水分固化后进行热固化即可。

15、较佳的，满足如下特征中的一个或多个：

16、所述络合剂选用乙二醇；

17、所述有机硅低聚物为n-丙基二甲氧基甲基硅烷马来酰亚胺(pm i-hs i)；

18、所述固化剂为钛酸酯固化剂(paes)；

19、所述催化剂选自二月桂酸二丁基锡(dbtdl)和过氧化氢异丙苯(chp)。

20、较佳的，各组分的质量份数为：

21、

22、

23、进一步的，络合剂的质量份数为0-20份；优选为10份。

24、较佳的，有机硅低聚物的合成包括：将32g马来酸酐溶解于200m l甲苯溶剂中形成溶液a，将3-16.1g氨基丙基二甲氧基甲基硅烷溶解于甲苯溶剂中形成溶液b，将溶液b恒压滴入溶液a中进行反应半小时；然后将反应液温度升高至80℃，恒压滴入9.69g乙酸酐和7.51g吡啶反应，反应后蒸煮得到正丙基二甲氧基甲基硅烷马来酰亚胺(m i-s i)；最后然后将21.4m i-s i、40m l乙醇和0.86水与四甲基氢氧化铵均匀混合，在10.55℃下调节ph3h，真空除去溶剂，得到棕色粘性液体，即n-丙基二甲氧基甲基硅烷马来酰亚胺(pm i-hsi)；

25、其化学反应式为：

26、

27、较佳的，钛酸酯固化剂(paes)的合成包括：将14.62g钛酸四丁酯溶解于溶剂中形成溶液c，将11.52g 2-烯丙基苯酚溶解于溶液中形成溶液d，将溶液d恒压滴入溶液c中进行反应，减压蒸馏后得到红色油状液体，即钛酸酯固化剂(paes)；

28、其化学反应式为：

29、

30、较佳的，将溶液d恒压滴入溶液c中进行反应，先在常温下反应1h，然后升温至80℃下减压反应4h。

31、较佳的，所述络合剂为乙二醇，乙二醇的份数为0-20份，优选10份。

32、本发明还提供了一种稀土荧光粉复合有机硅树脂温控涂层的应用，其特征在于，将上述的稀土荧光粉复合有机硅树脂温控涂层涂覆于基材，用于基材的温度感知。通过不同温度下发出不同颜色的光线来感知温度。

33、由于采用上述技术方案，本发明的原理和取得的有益效果是：

34、用溶胶-凝胶法制备具有负热膨胀系数y2t i 2o7(含yb3+、er3+离子)稀土荧光粉体。再通过湿/热双固化制备钛原子改性聚酰亚胺-硅树脂涂层，实现涂层高温保护，最后将稀土荧光粉和有机硅改性树脂按照一定比例混合，制备成复合涂料，涂覆于基材表面。其中，稀土荧光粉由y2o3、t i o2、yb2o3和er2o3组成，涂层成膜物质是由双马来酰亚胺改性的有机硅(pm i-hs i)低聚物及其配套的含钛邻苯二甲酸酯固化剂(paes)组成。所得的预聚物分子骨架由苯胺键组成，产生强氢键、苯环和钛原子，这有利于制备的涂层在高温条件下的稳定性。再将制备好的稀土荧光粉按照一定比例与树脂预聚物均匀混合，涂覆在基材表面。最后，通过热引发自由基聚合形成最终复合涂层。

35、本发明的温控涂层有益效果：

36、温度感知：温控涂层可以根据环境温度变化自动调节发光特性，实现温度感知功能。具体的，稀土荧光温控涂层具有对温度敏感的特性，可以随着温度的变化而调节发光强度、发光颜色或发射光谱的位置。通过改变温度，可以实现对涂层光学性能的精确控制，从而满足不同应用需求。

37、高稳定性：经过合适的稀土荧光粉选择和复合涂层设计，温控涂层可以保持较高的发光稳定性，长时间使用不易发生质量下降。

38、精确控温：通过合理设计的温控涂层结构和温度控制手段，可以实现对复合涂层的精确温度控制，获得预期的温控效果。

39、可逆性：稀土荧光温控涂层具有可逆性，它可以在温度升高或降低的情况下反复改变其光学性能。这种可逆性使温控涂层可以反复使用，具有较高的耐久性，并且方便实用。

40、多功能性：除了温度敏感的特性外，稀土荧光温控涂层还可以具备其他功能，如防紫外线、抗污染、防腐蚀等。这种多功能性使得温控涂层可以在各种应用领域中发挥更多的作用，例如光学调节、光学传感、热成像等。

41、自由设计：稀土荧光温控涂层的发光性能可以通过调节稀土元素的种类和浓度，以及其他添加剂的使用来进行自由设计。这意味着可以根据特定需求定制温控涂层的光学性能，使其更好地适应特定应用场景。

42、总而言之，稀土荧光温控涂层具有温度敏感性、可逆性、多功能性、自由设计等创新点。通过不断的研究和创新，可以进一步拓展其在荧光温控领域的应用。