周永言，刘博，孙东伟，唐念，吴晓慧，陈文铖, ，霍延平,

（1.广东电网有限责任公司电力科学研究院，广东 广州 510080；2.广东工业大学轻工化工学院，广东 广州 510006）

蓄能发光涂料属于新兴的功能涂料，能吸收和储存太阳光或人造光源能量，然后将接收的能量以可见光的形式迟缓释放，余辉时间可持续10 h以上[1]。此类涂料由于具有初始亮度高、余辉时间长、无放射性、耐热、耐候性好等优点，不仅被广泛用于建筑、装饰、消防安全等领域[2]，还可以作为隐蔽照明和应急照明，给人们的夜间生活和工程作业带来极大的便利，是涂料研究的一个特殊领域。

蓄能型发光涂料主要由成膜物质、发光材料以及成膜助剂组成。成膜物质是蓄能型发光涂料的重要组成部分，在已有的报道中常采用无色透明且透光性好的树脂和清漆[3]，但它们不能兼顾持续透光和耐用性，导致涂料耐候性差。本研究采用一种自干型氟碳清漆作为成膜物质，其本身主要由含氟量为20% ～ 40%的氟碳树脂调制而成。由于氟原子的范德华半径较小(0.135 nm)，其原子核对核外电子及成键电子云的束缚作用较强，因此含氟烃链被带负电的氟原子包围，形成高度屏蔽的保护层，使其共聚物具有比普通非氟共聚物更高的化学惰性[4]，突出表现为它的疏水疏油性、高度热稳定性、绝缘性和耐化学腐蚀性。

蓄能型发光涂料的余辉亮度、余辉持续时间和发光颜色主要取决于发光材料[5]。相比于有机发光材料，无机发光颜料有着绝佳的耐候性、耐化学腐蚀性，且发光强度高，余辉持续时间长，因而成为蓄能型发光涂料的首选[6]。在已有的报道中，尤以发光效率高、余辉持续时间长、化学稳定性优良、无放射性、耐高温、抗氧化以及寿命长的稀土活化碱土金属铝酸盐系发光材料的应用最为广泛[7]。本文采用一种具有疏水层包覆的铝酸锶(SrAl2O4)发光粉，其中稀土金属离子Eu2+和Dy3+的掺杂使发光粉具有更长的余辉，而发光粉表面包覆的疏水层可防止发光粉与其他成膜助剂产生化学反应，避免失去活性。蓄能型发光涂料的成膜助剂包括分散剂、固化剂、稀释剂等[8]。在涂料生产过程中，发光材料的分散是一个关键的环节，直接关系到涂料的贮存、施工、外观和漆膜性能。因此，合理地选择成膜助剂至关重要。

目前，蓄能发光涂料面临着以下2个瓶颈问题：现阶段使用的透明树脂、清漆等成膜物质都存在一些缺点，如易黄变、开裂，耐水性不佳，耐热性不强，在某些极端环境下无法承载发光材料而不能持续发光。此外，大多数蓄能发光材料存在余辉初始亮度低、余辉时间不长、使用寿命短等缺点。本研究主要针对上述瓶颈问题，制备了具有良好蓄能发光性能的涂料(CF-SrAl2O4)，其耐水性、耐热性俱佳，余辉时间长达12 h以上。

1 涂料的制备

按表1将氟碳清漆倒入容器中，用稀释剂稀释后搅拌均匀，高速搅拌一段时间，然后加入蓄能发光材料以及分散剂、防沉剂、消泡剂等添加剂，分散1.0 ～ 1.5 h后加入增稠剂和适量固化剂，搅拌均匀即得涂料。

表1 蓄能型发光涂料的主要成分Table 1 Main components of energy-storage luminescent paint

2 涂料的表征及性能测试

用QGS漆膜干燥时间测定器测定涂料的表干、实干及烘干的时间。用DH-T40日光灯箱模拟太阳光以激发涂料，实现储能，然后在岛津UV-2450/2550紫外可见光分光光度计上测定涂料样品的激发光谱。在爱丁堡FLS980稳态瞬态荧光光谱仪上，以150 W氙灯作为光源，测定涂料样品的发射光谱。用LH-150屏幕亮度计和Photoresearch PR745光电特性测量仪测量涂料的余辉亮度及余辉衰减时间。主要测试结果见表2。

表2 蓄能型发光涂料的性能Table 2 Properties of energy-storage luminescent paint

2.1 光物理性质

如图1所示，长余辉发光涂料存在325 ～ 465 nm的连续带谱，其中包括了可见光中的紫光、蓝光部分。这说明了不仅紫光对涂料具有较好的激发能力，可见光中的蓝光波段也可作为激发源，使其发光并产生余辉。激发峰位于417 nm，属于蓝紫光的波长范围，说明蓝紫光对本实验所制备的蓄能发光涂料的激发效果最好。因此从激发光谱来看，自然光可产生良好的激发效果。

图1 蓄能型发光涂层的激发与发射光谱Figure 1 Excitation and emission spectra of energy-storage luminescent coating

长余辉发光涂料发射光谱的波长范围约为450 ～ 650 nm，完全覆盖了可见光范围。其中主峰位于522 nm，属于绿光的波长范围，是三基色中人眼最为敏感的波段[9]，这表明其荧光可以很好地被人眼捕捉，故此长余辉发光涂料可用于电力设施等警示标志场景。

2.2 物相分析

清漆在发光涂料成膜过程中起到了主要作用，其选择十分重要。首先，必须确保所选取的氟碳清漆、成膜助剂与发光粉不产生化学反应，使SrAl2O4:Eu2+,Dy3+发光粉的发光特性保持不变。从图2可见，CF-SrAl2O4发光涂料与SrAl2O4发光粉的XRD衍射峰位置基本一致，表明SrAl2O4:Eu2+,Dy3+发光材料与氟碳清漆及成膜助剂具有较好的相容性。

图2 蓄能型发光涂层与发光材料的X射线衍射谱图Figure 2 X-ray diffraction patterns of energy-storage luminescent coating and luminescent material

2.3 余辉衰减

在户外暴露10 h，发光涂料的余辉衰减如图3所示。该衰减曲线由一个短程衰减过程和一个长程衰减过程组成。发光涂料的初始亮度高达13.5 cd/m2，优于一些已报道的蓄能发光涂料[9-11]。20 min内的亮度衰减较快，1 h后衰减趋于平缓，进入慢衰减过程。在10 h后，蓄能型发光涂料的余辉亮度还保持在0.5 cd/m2以上，比人眼感光阈值(0.32 mcd/m2)高，此余辉衰减过程满足指数函数衰减规律。由此可见，该发光涂料能很好地储存能量，并能以光辐射的形式缓慢释放，余辉时间达12 h以上，也远远超过一些已报道的蓄能发光涂料[9-11]。

图3 蓄能型发光涂层的余辉衰减曲线Figure 3 Afterglow decay curve of energy-storage luminescent coating

2.4 物性测试

2.4.1 耐热性

在一般天气环境下，大多数内饰涂料都可正常应用[12-13]，但仅可用于室内装潢，在户外高温环境中常出现起皮、开裂、溢胶等不良现象。选取了环氧树脂做实验对比，将2个样品放入120 °C的烘箱中3 h，观察表面及边缘变化。从图4中可以看出氟碳样品表面、颜色及边缘均无明显变化，且发光良好；而环氧样品表面已经开始泛黄，边缘有胶状物溢出。由此可见，所制的蓄能型发光涂料不仅可用于内饰，还可以用于高温环境，有着极佳的耐热性。

图 4 蓄能型发光涂层的耐热性测试Figure 4 Heat resistance test of energy-storage luminescent coatings

2.4.2 耐候性

耐候性一直是涂料最关键的性能指标之一[14-15]。为了测试涂料在自然环境中老化的时间与状态变化，将氟碳涂料样品置于自然环境下老化。所选地点为广州，老化时间为180 d，当地温度范围为8 ～ 35 °C，平均湿度为66%，平均日照时数为11 h，平均降雨量为35.4 mm，平均太阳辐射量为377 MJ/m2。如图5所示，自然老化后的涂料样品表面均未发现开裂、起皮、发胀等不良现象，经过9 h的外部环境暴露后展现了良好的发光及余辉。可见该氟碳发光涂料有良好的耐候性。

图5 蓄能型发光涂层的耐候性测试Figure 5 Weather resistance test of energy-storage luminescent coating

2.4.3 耐水性及耐酸碱性

耐水性和耐酸碱性是考量涂料在外部环境中应用的重要指标[16]。同样选取了环氧树脂做耐水性对比测试，结果如图6所示。在长达5 d的泡水后，环氧涂料样品表面出现了大量乳白色膜状物，边缘有略微卷起；而氟碳涂料样品表面无任何变化，边缘也没有异样，其发光性能没有受到影响，表明该氟碳发光涂料可在空气中，乃至潮湿的环境中长期使用。氟碳涂料样品在5%硫酸溶液和5%氢氧化钠溶液中的耐受情况如图7所示。在浸泡24 h后，涂料颜色、表面及侧边均无明显变化，体现了所制蓄能型发光涂料有着优良的耐酸碱性能，可应用于苛刻的外部环境之中。

图6 蓄能型发光涂层的耐水性测试Figure 6 Water resistance test of energy-storage luminescent coatings

图7 蓄能型发光涂料的耐酸碱测试Figure 7 Acid and alkali resistance test of energy storage luminescent paint

3 在电力设施上的应用

如图8a所示，将发光涂料涂布于电缆用铝绞线基材，在涂料实干后从不同方向对铝绞丝线施加一定压力使其产生形变，结果没有在涂布部分的外表发现任何裂纹、白边、起皮以及脱落。如图8b所示，在经过10 h的户外暴露后，产生形变的铝绞丝线的涂布部分展现了良好的余辉，没有在发光部分发现任何暗纹。该发光涂料完全适用于铝制电缆绞丝线，涂布后可产生余辉，达到警示作用。

图8 发光涂料在电缆用铝绞丝线上的应用：(a)激发前；(b)激发后Figure 8 Application of luminescent paint on aluminum strand wire for cable: (a) before excitation; (b) after excitation

4 结语

以SrAl2O4:Eu2+,Dy3+为发光材料，氟碳清漆为主要成膜物质，辅以一系列成膜助剂所制得的蓄能型发光涂料具有长余辉和良好的耐候性，且耐水性、耐热性和耐酸碱性均较好，干燥时间短。经过日间照射后，其在暗环境中的初始亮度达13.5 cd/m2以上，可持续发光至少12 h。将其应用于输电铝绞丝线上达到了很好的夜间警示作用。该新型蓄能型发光涂料的成功研制解决了目前蓄能发光涂料在成膜物和发光材料方面面临的瓶颈问题。