一种光致发光、增强、保温隔热的纳米复合涂层的制备方法

本发明涉及多功能涂层的制备，具体涉及一种光致发光、增强、保温隔热的纳米复合环保涂料的制备方法。

背景技术：

1、荧光涂层能够在紫外或可见光的存在下产生荧光现象，已广泛应用于各种领域中。然而,现有的大多数荧光涂层都表现出功能单一等问题。荧光物质的存在也会对涂料成膜后的性能产生不可避免地影响，包括耐水性差、耐候性差和机械强度低等。并且由于荧光物质通常为小分子,在使用过程中存在易流失，并且会发生聚集猝灭效应而丢失荧光作用。最常见的改性策略之一是添加发光纳米粒子，与传统的有机荧光团相比，它的生物相容性好、毒性低，并且化学和物理性质稳定。

2、与其他荧光材料制备方法相比，纳米粒子复合的方法在材料设计和环境保护方面具有极大的优势。但是目前发光纳米粒子的制备过程比较复杂，并且功能单一。lee使用包覆有荧光物质的纳米粒子对环氧涂层进行改性，涂层表面的划痕会使荧光物质暴露产生强荧光从而可以进行裂纹检测(appl.surf.sci,2018,434:1327-1335)。nair合成了荧光二氧化硅纳米粒子，以乙醇为溶剂制备了光致发光油墨应用于信息加密等领域(acs omega,2019,4(2):2577-2583)。然而以上制备的纳米粒子虽然赋予了基质的光致发光的性能，但其制备方法比较繁琐，并且没有给基质带来其他的优势性能。通过将光致发光以及空心结构直接集成到硅基纳米粒子本身，既能增强纳米复合材料的坚固性，又能赋予复合材料系统光致发光以及保温隔热的能力。

3、综上所述，目前制备的中空纳米粒子步骤繁琐且功能相对单一，并且缺陷诱导发光这一现象应用于荧光涂层的潜力一直被忽视，因此设计一种新颖、简便、经济的各向异性中空纳米粒子的制备方法，并研究其在涂料中的多功能性至关重要。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对当前技术的局限，提供一种光致发光、增强、保温隔热的纳米复合涂层的制备方法。该方法以三乙氧基硅烷作为原料，通过温和(70℃左右)的溶胶凝胶法制备出具有缺陷中心(＝si(o2)、＝si:)的多级结构荧光纳米粒子，进而复合到涂层基体中，采用缺陷诱导发光这一技术开发出了坚固耐用的荧光涂层；另外，粒子的多级空腔结构可以封装更多的空气，为涂层提供优异的保温隔热性能。本发明得到的具有、光致发光、优异机械性能以及保温隔热的纳米复合涂层，扩大了荧光涂料的商业应用领域。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种光致发光、增强、保温隔热的纳米复合涂层的制备方法，该方法包括以下步骤：

4、第一步，向反应器中加入的苯乙烯、化合物a和化合物b混合均匀，将混合物在10min～30min内滴加到ph为3～4的盐酸水溶液中；反应1～2h后，加入氨水调节体系的ph值到9～11，反应0.5～1h后，氮气氛围下，加热到60～80℃，滴加引发剂溶液，反应2～4h后得到多级结构粒子；在马弗炉中以300～500℃煅烧粒子3～7h得到多级结构空心粒子(sob)；

5、其中，苯乙烯与化合物a的质量比为1：0.25～4；苯乙烯和化合物a总质量与化合物b的质量比为1：0.25～4；引发剂的质量为苯乙烯和化合物a总质量的0.3％～1.0％；氨水的浓度为28％；

6、所述的化合物a为丙烯酸酯中的一种或多种，具体为丙烯酸正丁酯、对叔丁基苯乙烯、丙烯酸叔丁酯或丙烯酸十八烷基酯；

7、所述的化合物b为有机硅氧烷中的一种或多种，具体为甲基三乙氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷或十三氟辛基三乙氧基硅烷；

8、所述的引发剂为水溶性引发剂过硫酸钾(kps)、过硫酸铵(aps)、偶氮二异丁脒盐酸盐(aiba)、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐(aibi)的一种或几种；

9、第二步，在800～1200rpm的磁力搅拌下将煅烧后的多级结构空心粒子加入到基体乳胶中，得到稳定的基体/sob分散液；

10、其中，sob粒子与基体乳液的质量比为1：50～200；

11、所述的基体乳胶是水性涂层乳胶的一种，具体为水性苯丙乳液(sa)、聚氨酯乳液、聚醋酸乙烯酯乳液；浓度为10％～20％；

12、第三步，将第二步得到的基体/sob分散液涂覆到基底上，并在室温下干燥12～36h获得基体/sob复合涂层；

13、其中，每5×5cm2的基底涂覆10～20g的分散液。所述的基底具体为玻璃或聚丙烯膜。

14、本发明的实质性特点为：

15、本发明采用甲基三乙氧基硅烷(mtes)等化合物b为原料，利用该类物质既形成粒子，同时作为荧光的最初来源(即化合物b可以水解生成具有两亲性的硅烷齐聚物(乙氧基可以水解生成羟基)，作为乳化剂去乳化单体，在碱性条件下缩合形成粒子。在缩合过程中会形成氧空位缺陷对＝si(o2)、＝si:，这些缺陷会诱导粒子发光。)，发展了一种条件温和的方法来制备具有缺陷位点的多级空心硅基粒子，通过将其复合到涂料基体中，有效增强涂层的力学性能，并赋予了涂层光致发光以及保温隔热的性能。本发明在获得光致发光与保温隔热功能的同时，还提高了涂层机械强度、耐水性、耐磨性以及耐候性，从而为扩大聚合物荧光涂料的商业应用提供了潜力。

16、本发明的有益效果为：

17、现有的大多数荧光涂料涂层都表现出荧光效果不稳定，以及功能单一的问题。目前，通过具有缺陷位点的纳米粒子来赋予复合涂层光致发光性能鲜有报道。本发明制备了具有耐水性以及优异机械强度(杨氏模量达到22.47mpa)的涂层。此外，该复合涂层在具有优异的机械性能的同时，还具有保温隔热性能和优异的光致发光能力，在多功能涂层应用方面展现出巨大的潜力。

技术特征：

1.一种光致发光、增强、保温隔热的纳米复合涂层的制备方法，其特征为该方法包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的光致发光、增强、保温隔热的纳米复合涂层的制备方法，其特征为所述的化合物a为丙烯酸正丁酯、对叔丁基苯乙烯、丙烯酸叔丁酯或丙烯酸十八烷基酯。

3.如权利要求1所述的光致发光、增强、保温隔热的纳米复合涂层的制备方法，其特征为所述的化合物b为甲基三乙氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷或十三氟辛基三乙氧基硅烷。

4.如权利要求1所述的光致发光、增强、保温隔热的纳米复合涂层的制备方法，其特征为所述的基体乳胶具体为水性苯丙乳液、聚氨酯乳液或聚醋酸乙烯酯乳液；浓度为10％～20％。

5.如权利要求1所述的光致发光、增强、保温隔热的纳米复合涂层的制备方法，其特征为第一步中的混合物滴加时间为10min～30min；第二步中磁力搅拌的转速为800～1200rpm。

6.如权利要求1所述的光致发光、增强、保温隔热的纳米复合涂层的制备方法，其特征为所述的基底具体为玻璃或聚丙烯膜。

技术总结本发明为一种光致发光、增强、保温隔热的纳米复合涂层的制备方法。该方法以三乙氧基硅烷作为原料，通过温和(70℃左右)的溶胶凝胶法制备出具有缺陷中心(＝Si(O<subgt;2</subgt;)、＝Si:)的多级结构荧光纳米粒子，进而复合到涂层基体中，采用缺陷诱导发光这一技术开发出了坚固耐用的荧光涂层；另外，粒子的多级空腔结构可以封装更多的空气，为涂层提供优异的保温隔热性能。本发明得到的具有、光致发光、优异机械性能以及保温隔热的纳米复合涂层，扩大了荧光涂料的商业应用领域。技术研发人员：潘明旺,乔姝琪,袁金凤,潘志成,张广林受保护的技术使用者：河北工业大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18