一种疏水改性长余辉荧光粉及其在自发光高强水泥基材料中的应用

本发明涉及自发光材料，特别是涉及一种疏水改性长余辉荧光粉及其在自发光高强水泥基材料中的应用。

背景技术：

1、随着经济发展的不断增长，由于能源消费、交通运输业和日常生活等各种人类活动，碳排放量出现了惊人的上升。为了解决碳足迹问题，在生产、运营和维护阶段，使用节能环保材料的作用逐渐成为减少碳排放的关键。近年来，自发光材料因其自身的发光功能而成为一种节能途径，引起了人们的兴趣。它还带来了照明、装饰、智能建筑和交通标志的发展。长余辉磷光体材料(lp)是一种传统的光致发光材料，具有优异的储光能力和余辉性能。由于其独特的特性、低成本和低毒性，它可以用作发光涂料、发光陶瓷、发光表层，在装饰、运输、配电等实际应用中。

2、众所周知，长余辉磷光体有三种形式，硫化物、硅酸盐和铝酸盐，这取决于其化学成分。特别是对于铝酸锶基lp(sral2o4)，其包括一定量的稀土元素，如eu2+、tb3+、dy3+，能够具有优异的发光强度和长的余辉持续时间，因此可以应用于许多期望的领域。然而，lp在潮湿条件下或在水中引发水解反应是不可避免的。这意味着其较差的耐水性易于立即水解，导致发光效率和余辉性能显著下降。因此，铝酸锶基lp广泛应用的关键在于提高其耐水性。因此，已经进行了许多研究来优化lp的耐水性以保证其发光性能。

3、表面改性，包括无机涂层和有机涂层，是优化lp水解不稳定性以产生优异发光性能的常用方法。已经发表了关于lp在不同表面改性前后的耐水性的详细综述。对于无机涂层，可以通过溶胶-凝胶法、化学沉积和液相沉淀制备覆盖在lp表面的sio2、al2o3和tio2薄膜。相反，附着在lp表面的有机涂层是通过化学键合和静电吸引制备的。然而，这些传统的表面改性具有不可避免的局限性。因为无机表面改性增加了lp颗粒的尺寸，导致其分散稳定性降低。尽管有机涂层可以在一定程度上提高lp的分散稳定性，但其阻碍水解反应的有效性往往会随着时间的推移而逐渐降低，有机涂层将被损坏，从而最终降低发光强度并缩短余辉持续时间。因此，耐水性和分散稳定性之间的平衡对确保lp的发光性能起着至关重要的作用。

4、自发光水泥基材料(slcm，self-luminescent cement-based materials)是由lp、反射粉末(rp)与传统水泥基材料相结合制备的。已经进行了一些研究来研究不同剂量的lp对slcm性能的影响。此外，lp的表面改性也对slcm的性能产生了影响。已经发现，涂覆在lp表面的sio2增强了其耐水性，并破坏了水合平衡。改性lp的存在加速了对水泥基体的作用，极大地提高了水化程度，从而提高了抗压强度。然而，对于水泥水化和lp水解之间的平衡机制，人们仍然存在知识空白。此外，平衡机制在很大程度上决定了slcm的机械性能和发光性能，这对实际应用具有重要意义。因此，如何有效提高lp在水或碱性环境中的水解稳定性，以及如何在不影响slcm强度的情况下大幅提高发光性能，是值得探索的。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种疏水改性长余辉荧光粉及其在自发光高强水泥基材料中的应用，以解决上述现有技术存在的问题。

2、与常规的表面改性相比，本发明新颖性提出了一种解决方案，即在lp表面涂覆薄的有机硅层，从而在lp表面形成疏水基团，从而产生疏水效应。评价了疏水基团对lp水解稳定性和微观结构的影响。之后，根据修正的andreasen和andersen模型，与低lp和rp含量的典型slcm相比，通过最大限度地增加lp对水泥的替代和rp的体积来定制slcm混合物。然后，主要目的是研究lp的用量和表面改性对强度、水化动力学、发光性能的影响，通过xrd、tg、sem和eds等宏观和微观测试对slcm的相组成和微观结构进行了评估。对造成上述观察结果的相互作用和机制进行了探讨。这些创新发现有望为lp提供新的见解，并为slcm在室内装饰、景观建筑和城市照明等建筑工程中的应用提供理论参考。

3、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

4、本发明的技术方案之一：一种疏水改性长余辉荧光粉，包括包覆改性层的长余辉荧光粉；

5、所述改性层的原料包括聚二甲基硅氧烷。

6、进一步地，所述改性层的厚度为5～10nm；所述长余辉荧光粉的主要成分包括sral2o4:eu2+、dy3+。

7、进一步地，所述长余辉荧光粉的粒径为0～65μm，密度为3100kg/m3，余辉亮度为40～400mcd·m2，余晖时间≥10h。

8、本发明的技术方案之二：一种上述疏水改性长余辉荧光粉的制备方法，包括以下步骤：

9、(1)在正庚烷中加入长余辉荧光粉、聚二甲基硅氧烷(pdms)、原硅酸四乙酯(teos)和二月桂酸二丁基(dbtl)，搅拌反应，得到混合物；

10、(2)在混合物中加入2-甲基丙腈(aibn)，然后加热回流反应，得到所述疏水改性长余辉荧光粉。

11、二月桂酸二丁基(dbtl)帮助原硅酸四乙酯(teos)的水解和缩合，2-甲基丙腈(aibn)作为聚二甲基硅氧烷(pdms)聚合的引发剂。

12、进一步地，所述长余辉荧光粉和聚二甲基硅氧烷的质量/体积比为0.5g：5ml。

13、进一步地，所述搅拌反应的时间为30min；所述加热回流反应的温度为85℃，时间为4h。

14、本发明的技术方案之三：一种上述疏水改性长余辉荧光粉在自发光高强水泥基材料制备中的应用。

15、本发明的技术方案之四：一种自发光高强水泥基材料，原料包括上述疏水改性长余辉荧光粉。

16、本发明的技术方案之五：一种上述自发光高强水泥基材料的制备方法，包括以下步骤：将凝胶材料、细骨料和疏水改性长余辉荧光粉混合后低速搅拌均匀，加入70vol.％的水和减水剂混合均匀，然后加入剩余30vol.％的水高速搅拌均匀，得到所述自发光高强水泥基材料。

17、进一步地，所述低速搅拌的速度为140±5r/min，时间为2min；所述高速搅拌的速度为280±10r/min，时间为2min；所述凝胶材料包括水泥、硅灰和粉煤灰；所述疏水改性长余辉荧光粉占疏水改性长余辉荧光粉和水泥总体积的5～20％。

18、本发明公开了以下技术效果：

19、(1)本发明的疏水改性长余辉荧光粉的疏水性能优异，可以提高lp在潮湿环境下的发光性能，将其用在水泥基材料中，可以制备得到发光性能稳定的自发光水泥基材料(简称slcm)。

20、(2)本发明通过在lp表面涂覆有机硅层(聚二甲基硅氧烷)，有效提高了lp的耐水性，将其表面由亲水性改为疏水性，改性层的厚度约为5～10nm，且与lp颗粒结合良好。

21、(3)将本发明制备疏水改性长余辉荧光粉应用到水泥基材料中制备自发光水泥基材料，并进行微观特性研究发现：水化产物的生成量与lp的最佳置换水平和疏水改性显著相关，且有助于形成更致密的微观结构。此外，疏水改性对slcm的化学结构稳定性具有有利影响，且有助于提高其热稳定性。

22、宏观性能测试发现，加入不同置换水平与疏水改性后的lp，可以显著提升slcm的力学性能。lp的最佳置换水平和疏水改性能够促进水化进程，并得到了优异的抗压强度。而过量添加(20％)则对水化和强度发展有不利影响。

23、slcm的初始亮度和余辉衰减特性均与高lp含量高度相关。相对于掺lp的slcm，掺入疏水改性后的hlp有助于显著提升其发光强度、发光效果和余辉衰减行为。但考虑到实际应用，应结合宏观性能和发光效果选择lp的最佳含量范围(10～15％)。