近年來，通過采用新型水漿涂粉工藝和保護膜技術，我國緊湊型熒光燈的粉層工藝取得了突破性進展。只要采用質量好的國產稀土熒光粉，燈管的初始光通值和2000h、5000h的流明維持率就可達到當前的國際先進水平。我國加入WTO后，將進一步促進緊湊型熒光燈的出口。但我們不能滿足于現狀，而是要不斷否定自己，技術創新，以更好的產品占領世界市場。本文主要論述新型水漿涂粉的工藝原理和技術，介紹涂粉所用水漿涂液關鍵材料的性能，為制訂工藝規范提供理論依據。
　　水漿涂粉工藝原理

所謂水漿涂粉法就是采用已去離子水(或蒸餾水)來代替傳統的醋酸丁酯作為溶劑、以水溶性高水分子聚合物來代替傳統的硝化纖維作為粘結劑所配制的熒光粉懸浮液來涂敷熒光粉層的方法。與有機懸浮液不同之處在于，由于水是極性溶劑，以水為溶劑的懸浮液中的粒子常帶有相反的電荷。帶相反電荷的粒子將因靜電力而相互吸引，引起懸浮液發生絮凝，這就導致熒光粉的外觀不那么光滑，有些發毛。為防止懸浮液絮凝的發生，應在懸浮液中添加表面活性劑，改變懸浮液中顆粒的表面特性，使它們帶上相同的電荷，以避免懸浮液發生絮凝，得到穩定的分散良好的水漿涂液。
　　水漿涂液是由以下幾種材料構成的：熒光粉、去離子水(或蒸餾水)、暫時性粘結劑(水溶性有機高分子聚合物)、永久性加固劑(氧化鋁)、表面活性劑(分散、潤濕和消泡劑)和PH值調節劑。將水溶性粘結劑溶入水中，將加固劑分散到水中，再按一定比例使熒光粉與它們攪拌混合，同時加人表面活性劑，經一定時間的攪拌，添加PH值調節劑，使粉漿的PH值調到等電點(某分散粒子的等電點表示該粒子懸浮液所具有的PH值，在此PH值時，懸浮在水中的該粒子在電場中的遷移速度為零)以上，使粉漿中的固體粒子(熒光粉和無機加固劑顆粒)都帶上相同的電荷，這就使熒光粉和加固劑顆粒很好地分散在水涂粉粉漿中，最終構成穩定的懸浮液。讓均勻懸浮有熒光粉的粉漿涂敷在玻管的內表面上，經熱風吹干和高溫烘烤，使暫時性粘結劑分解、烤盡，最終可在玻管內表面獲得一層具一定厚度的熒光粉涂層。若熒光粉在粉漿中分散得很好的話，熒光粉涂層光滑、均勻、致密、孔度也小。
　　工藝的關鍵材料
　　水溶性有機高分子聚合物
　　由于緊湊型熒光燈的玻管已預先彎制成形，涂粉后若烤管溫度過高(6000℃)、時間過長，則玻管將變形。因此烤管溫度不能過高，一般為5500℃左右。為在5500℃左右的烤管溫度和較差的吹風條件下得到無有機粘結劑殘留的熒光粉粉層，要求高分子聚合物的分解溫度低，而且要求該材料是單體分解型的高分子樹脂。其次，由于稀土熒光粉中的氧化釔是兩性氧化物，三價釔離子將部分溶解在水中，這些溶入水中的三價釔離子會和離子型的高分子聚合物交聯，導致懸浮液膠凝。因此，要求所用的高分子聚合物為非離子型的。綜合以上考慮，發現聚氧化乙烯是較為適合的水溶性粘結劑。聚氧化乙烯在水中不電離，其水溶液是非離子型的；聚氧化乙烯的分解溫度較低(2000℃左右就開始分解)，達到分解溫度時它從聚合體分解成為單體，而且這些單體以氣態方式跑掉。因此聚氧化乙烯在緊湊型熒光燈管的生產中已被用作粘結劑材料，目前國內用的較多的是美國聯合碳化物公司生產的牌號為Polyox的聚氧化乙烯。然而，在這種粘結劑的生產過程中，得使用催化劑，如鈣、鋅、鋁等金屬的有機化合物，這些催化劑不可避免地將進入粘結劑成品，從而構成粘結劑中的雜質。
　　如在Polyox中含有CaCO3和SiO2雜質，有Polyox樹脂配制成的膠液不透明，呈絮濁狀，略帶黃色。按美國專利所述，應通過離心法將CaCO3和SiO2分離出來。否則的話，SiO2和CaO將以灰份的形式殘留在粉層中。由于SiO2和CaO與HgO的載荷特性差異很大，HgO將被吸附在SiO2和CaO表面處，形成吸光薄膜，使燈管的光衰增大。因此，Polyox牌號并非最佳選擇。國際上有低灰份的聚氧化乙烯，系采用高活性的催化劑催化合成，催化劑的使用量少，進入粘結劑成品的雜質含量就低。這種聚氧化乙烯的分子量和Polyox的相似，用其配制成的膠液呈透明狀。顯然，用這種聚氧化乙烯配漿可保證在粉層中極少的雜質殘留，使燈管遠期流明維持率提高。
　　納米級氧化鋁
　　由于我們使用了非離子的水溶性粘結劑，為防止絮凝問題，應在懸浮液中放入離子型的表面活性劑。即使如此做以后，懸浮液仍是稍有絮凝的，此時熒光粉涂層的孔度比采用丁酯涂粉時或采用離子型的水溶性粘結劑(例如PVM/MA和PAA)時的水漿涂粉時要大，外觀也不那么光滑、平整。為此，我們在懸浮液中添加以高純(熒光級)、超細(亞微米大小)的氧化鋁，使熒光粉層光滑、平整，使粉層發光均勻，使熒光粉顆粒之間及熒光粉顆粒和玻璃之間的粘附加強，起到加固劑的作用。另外，由于氧化鋁的載荷特性與HgO很相似(僅比Y2O3差些)，HgO很難在AL2O3表面吸附，這就防止了熒光粉層表面處因HgO的吸附而形成黑色的吸光薄膜，使粉層的光衰減小。添加氧化鋁的另一個作用是所謂“保護”作用。由于超細的氧化鋁充滿熒光粉顆粒之間的空隙，在一定程度上阻止了汞向玻璃的滲透和鈉從玻管內表面向熒光粉粉層的熱擴散，從而減緩玻管玻璃的黑化進程和黑色鈉汞齊在熒光粉層上的生成，使燈管的光衰減少。氧化鋁雖然不發光，但是因其純度高，它們對紫外光和可見光的吸收極少。因此，氧化鋁的添加不影響燈管的可見光發射。
　　目前，我國所用的氧化鋁粉末是由德國Degussa-Huls公司生產的納米級氧化鋁。它是通過氣相的三氯化鋁在氫氧焰中的高溫水解反應而產生的：4AlCl3＋6H2＋3O2-＞2Al2O3＋12HCl
　　由于氯化鋁易于通過蒸餾而提純，反應的副產品氯化氫很易分離(對于大多數的應用來說，殘留的痕量氯化氫無什么害處)。因此，由高溫水解反應生成的氧化鋁的純度比由液相反應生成的要高，而且顆粒度小，分散性好。德國Degussa-Huls公司供給我國的γ相氧化鋁外觀為蓬松的白色粉末，具有親水性，其平均原始粒徑為13nm，顆粒無棱角，BET比表面積為100＋15m2／g，密度為3.2g／ml搖實密度約為50g／l，灼燒失重(10000C，2h)＜3%Al2O3含量＞99.6%SiO2＜0.1%Fe2O3＜0.2%TiO2＜0.1%HCl＜0.5%。
　　表面活性劑
　　如前所述，為使采用非離子型水溶性粘結劑的水性熒光粉懸浮液穩定，一定要在懸浮液中加入離子型的表面活性劑。水性懸浮液中固相顆粒凝聚成團的程度取決于顆粒之間的London分散力的VanderWalls吸引力，而這兩個力取決于固相顆粒的表面化學性能和載荷密度。在水性懸浮液中添加表面活性劑的作用在于表面活性劑會改變固相顆粒的表面化學性能，從而改變分散相固體顆粒之間的相互作用。
　　通過添加表面活性劑以影響分散相固體顆粒的表面化學性能的基本機理有幾種，最簡單的是讓分散相顆粒表面帶有相同的電荷，基于同性相斥的原理，保持顆粒在水中的均勻分散；其次是讓分散相顆粒表面定向吸附上一定分子量的高分子聚合物(分子量太高或太低都不行)。這類高分子聚合物的柔軟的親水鏈將伸入水中，另一端將錨定在固相顆粒上。于是，分散相固體顆粒的表面就被這類高分子聚合物包圍起來了。當分散相顆粒相互靠近時，聚合物的自由能將上升，此時體系呈不穩定狀態。因此，通過所“空間位阻效應”，可以使分散體系穩定。由上面的兩個機理可知，所添加的表面活性劑能同時具有上述兩個功能為最佳，也即上述兩個機理的交叉，稱之謂靜電空間位阻(Electrosteric)穩定，即讓分散相的顆粒表面吸附上帶負電的高分子聚合物。研究表明，采用靜電空間位阻機理使水中顆粒分散所需的表面活性劑的量最少。
　　由于不同的分散相顆粒有不同的等電點、不同的酸堿性、不同的大小、形態和表面性質，因此，應選擇表面活性劑的種類，其添加量也應合理。
　　新型水漿涂粉粉漿的配制
　　可以說，新型水漿涂粉粉漿工藝的關鍵在于粉漿的配制工藝，其具體要求是采用最少的粘結劑量，添加合理數量的納米級氧化鋁、表面活性劑以及PH調節劑，使粉漿獲得所需的粘度、比重和流變特性。若粘結劑用的多，一方面是浪費，另一方面是加重了烤管工序的負擔；若氧化鋁的量不合理，則影響初始光通和流明維持率、涂層的外觀和粉粒的粘附強度；若表面活性劑的量不合理，則影響涂液的流變特性和涂層的質量。總的說來，要吃透材料的特性，按各種材料的特性來配制涂液，以獲得均勻、孔度低的熒光粉涂層。除了粉層的質量外，還要求由相同重量的稀土熒光粉配制成的水漿涂液涂制出的粉管的數量要多于采用醋酸丁酯作溶劑時配制成的有機粉漿涂液涂制出的粉管數量，以獲得較大的經濟效益。
　　涂粉和烤管
　　水漿涂粉的工藝是很簡單的，對于U形玻管或直管形玻管，采用灌注法、噴涂法和吸涂法均可，只要控制吹風的風溫和風量就行。涂粉機工作溫度的影響不是很大，只要不很低即可(特別是在冬天)。其原因是粉漿的干燥不是靠涂粉機的環境溫度，而是靠吹入的干燥熱空氣的作用。由此可見，水漿涂粉技術對涂粉機的要求是不高的。事實上，我們與有關工廠合作，對原始的采用有機涂液涂粉的涂粉機(整個鏈條傳動機構長6m，單邊長3m)進行改造，將兩邊隔開，另外加上吹風管(可吹熱風)，就可用此設備進行水漿涂粉，涂制效果也很好。我們認為粉漿的配制是關鍵，涂粉機相對而言是次要的。
　　不少人認為，既然水溶性粘結劑的分解溫度較低，只要較低的烤管溫度就行了。其實并不如此簡單，因為硝化纖維和聚氧化乙烯各有其特點：硝化纖維分解快，通過在氧氣中的燃燒而快速跑掉，但需要較高的溫度和充分的氧氣；聚氧化乙烯分解得慢，在2000℃左右溫度下開始分解，為使分解反應順利進行，對氣氛有一定要求。因此我們專門測定了聚氧化乙烯粘結劑的分解失重與烤管溫度、時間和吹風的關系，由此得出最佳的烤管溫度規范。
　　結論：對于緊湊型熒光燈管而言，為得到優質的稀土熒光粉層，應采用新型水漿涂粉工藝；粉漿的配制工藝應根據所用材料的特性而制訂；粉管的烤管工藝規范應根據聚氧化乙烯的熱分解特性制訂。