聚丙烯双波长荧光防伪纤维的制备、性能及应用

摘要

荧光防伪纤维因其独特的光致变色性能，在防伪领域有着广阔的应用空间。传统的荧光纤维多为单波长荧光纤维，随着社会的进步及科技的发展，单波长荧光防伪纤维已越来越不能满足防伪技术的安全需求。双波长荧光防伪纤维，即在两种波长光的激发下可以发射出两种不同颜色光的荧光防伪纤维，是对传统单波长荧光防伪纤维的升级，具有更高的防伪安全性。
　　因此，本文选择透明度较高并且拥有诸多优良性能的聚丙烯（PP）为基体材料，以三种稀土荧光材料为发光物质，通过传统的熔融纺丝法制备了红外/紫外短波、红外/紫外长波和紫外短波/紫外长波三种不同的双波长荧光防伪纤维，探讨了荧光粉含量对其结构与性能的影响；此外还制备了皮芯型双波长荧光防伪纤维，比较了皮芯结构与非皮芯结构的双波长荧光防伪纤维的荧光性能；然后探讨了双波长荧光防伪纤维的耐环境性，最后对其在防伪纸上的应用进行了初步探索。
　　首先，选择了三种不同的稀土荧光材料（红外荧光粉、紫外短波荧光粉及紫外长波荧光粉）作为发光物质，经偶联剂处理后与PP混合造粒，通过熔融纺丝成功制备了红外/紫外短波、红外/紫外长波和紫外长波/紫外短波三种不同的双波长荧光防伪纤维，并研究了荧光粉含量对双波长荧光防伪纤维结构与性能的影响。结果表明：这三种双波长防伪纤维均可以在两种不同波长的光的激发下发射出两种不同颜色的光，并且其发射出的荧光均可直接在肉眼下识别，具有双重防伪功能。荧光光谱的数据分析表明，三种不同的双波长荧光防伪纤维的荧光强度均随着荧光粉含量的增加而不断提高；DSC数据分析表明，荧光粉的加入会影响双波长荧光纤维的结晶，其对纤维结晶性能的促进作用依次为：紫外长波荧光粉>紫外短波荧光粉>红外荧光粉；力学性能分析表明，随着荧光粉含量的增加，纤维的拉伸强度与断裂伸长率不断降低；荧光显微镜及SEM照片分析表明，荧光粉含量越高，纤维中的荧光粉团聚现象越明显，纤维表面也越粗糙。
　　为了进一步提高荧光粉的发光效率，本文还以双波长荧光母粒为皮层，以纯PP为芯层，采用熔融纺丝法制备了红外/紫外短波、红外/紫外长波、紫外短波/紫外长波三种皮芯结构的双波长荧光防伪纤维，并以紫外短波/紫外长波双波长荧光防伪纤维为例，探究了皮芯比例对其结构与性能的影响。激光共聚焦显微镜对纤维内部荧光颗粒的3D模拟结果以及荧光显微镜照片均表明，荧光纤维内的荧光粉颗粒基本分布在纤维的皮层；荧光光谱分析表明，与非皮芯结构的双波长荧光纤维相比较，相同荧光粉含量情况下，皮芯结构的双波长荧光防伪纤维可以提高发光效率；DSC及力学性能分析表明，随着皮层比例的降低，紫外短波/紫外长波双波长荧光防伪纤维的结晶度与拉伸强度均呈现先降低后升高的趋势，而断裂伸长率则不断升高。
　　随后，为了探究所制备出的双波长荧光防伪纤维的防伪稳定性与其适用条件，对红外/紫外短波双波长防伪纤维进行了耐酸碱、耐溶剂、耐洗涤、耐温度与耐紫外辐照等耐环境性研究。结果表明：双波长荧光防伪纤维在力学性能上具有较优异的耐酸碱性，但荧光性能会随着酸碱强度的升高或酸碱处理时间的延长而逐渐减低；经高温处理后，双波长荧光防伪纤维的力学性能有所下降，但随着时间的延长而趋于稳定，而荧光性能则随着处理温度的升高和处理时间的延长而逐渐降低；纤维还具有优异的耐溶剂性能，具体的性能变化与溶剂的种类有关；该纤维的耐洗涤性能也较好，耐紫外老化性则较差，随着紫外光辐照时间的延长，其力学性能和荧光性能不断下降。
　　最后，为了初步探索双波长荧光纤维在防伪纸产品中的应用，本文制备了红外/紫外短波双波长荧光防伪纸，并采用聚氧化乙烯（PEO）作为分散剂，以改善荧光纤维在防伪纸中的分散性。结果显示：制备的防伪纸具有双波长荧光防伪特性，并且与未添加 PEO的防伪纸相比，加入分散剂 PEO可以提高荧光纤维在防伪纸中的分散均匀性；双波长荧光纤维的加入使纸张的紧度变低、厚度提高，而PEO可以提高双波长荧光纤维的留着率；力学性能分析表明，双波长荧光纤维的加入会使纸张的各种力学性能下降，与未加入 PEO的防伪纸相比， PEO的加入对纸张的力学性能影响很小；光学性能分析表明，双波长荧光纤维的加入会导致防伪纸不透明度略微下降，而白度略有增高，而PEO的加入对纸样的光学性能影响很小。

目录

声明

第一章 文献综述

1.1引言

1.2荧光防伪纤维概述

1.3荧光纤维的研究进展

1.4本论文的研究目的和意义

1.5本论文的主要研究内容

第二章 双波长荧光防伪纤维的制备及性能

2.1引言

2.2实验部分

2.3结果与讨论

2.4本章小结

第三章 皮芯型双波长荧光防伪纤维的制备及性能

3.1引言

3.2实验部分

3.3结果与讨论

3.4实验小结

第四章 双波长荧光防伪纤维的耐环境性研究

4.1引言

4.2实验部分

4.3结果与讨论

4.4本章小结

第五章 双波长荧光纤维在防伪纸中的应用初探

5.1引言

5.2实验部分

5.3结果与讨论

5.4本章小结

第六章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

科研成果

致谢