一种抗紫外线有机-无机纳米复合透明涂层及其制备方法技术

一种抗紫外线有机－无机纳米复合透明涂层，其特征在于由下述方法制备获得：两性离子共聚物作为表面活性剂和稳定剂，对亲油性无机纳米颗粒进行物理表面改性；再将该亲油性的无机纳米颗粒与聚合物基体进行共混物理复合，制备得到一种高稳定性和分散均匀性的抗紫外线有机－无机纳米复合透明涂层。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属涂料组合物
，具体涉及一种抗紫外线有机-无机纳米复合透明涂层 及其制备方法。
技术介绍
紫外线是介于200 400纳米的电磁波，分为短波(200 280nm)、中波(280 320歷) 和长波(320 400nm)，紫外线的波长越短，对人体皮肤的损伤越大。同时，紫外线具有 的能量约为314 419KJ/mo1，足以破坏聚合物的化学键，引发自动氧化反应，造成塑料、 橡胶、涂料树脂等聚合物的老化降解，每年因此而造成的损失巨大。目前，具有抗紫外线耐老化功能的聚合物主要采用添加抗紫外线添加剂进行共混熔融 方法制备。抗紫外线添加剂分为无机和有机两大类，其中，特别是无机紫外线添加剂组分 以其卓越的化学与稳定性、非迁移性、无味、无毒、无剌激性等特性成为研究与应用热点。 但是传统有机/无机共混熔融方法存在着紫外吸收剂在聚合物中团聚及分散不均、材料的 力学强度低和耐温性能差等弊病。徐燕莉和陈善云等(公开号CN 1715349A)提出了一种具有抗紫外线性能的水性聚氨酯/ 水滑石复合涂料的制备方法。其该涂料具有优良的抗紫外线性能和力学性能，涂层在波长 200 300纳米紫外线范围可屏蔽86%的紫外线。该制备工艺简单方便，成本较低，但是 该专利技术仍然没有脱离传统的共混物理复合方法，该有机/无机纳米复合涂料的稳定性能和 抗紫外线效果仍然有待进一步的提高。徐宏和程存康等(授权公告号CN 1224640C)利用 纳米二氧化钛原位制备一种抗紫外线辐射纳米二氧化钛/聚酯复合材料，该专利技术采用原位 聚合方法，通过将无机纳米颗粒与聚合物进行化学键接，实现无机纳米颗粒在聚合物基体 中的均匀分散，解决了纳米氧化钛颗粒在基体中的团聚问题，该专利技术方法制得的抗紫外线 有机/无机纳米复合材料具有优良力学、热学性能和抗紫外线效果，但是该制备过程采用 了化学法制备方法，工艺复杂和烦琐，成本较高，缺少普遍性，更重要的是有机/无机原 位复合的效率较低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种工艺简单、成本较低的抗紫外线有机-无机纳米复合透明 涂层及其制备方法。本专利技术提供的抗紫外线有机无机纳米复合透明涂层由下述方法制备获得通过一种容 易制备的两性离子共聚物作为表面活性剂和稳定剂，对无机纳米颗粒进行物理表面改性。 再将该亲油性的无机纳米颗粒与聚合物基体(比如聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯和聚乙烯 縮丁醛等)进行有效共混物理复合，制备得到高稳定性和分散均匀性的抗紫外线有机/无 机纳米复合透明涂层。由此抗紫外线有机-无机纳米复合透明涂层制成薄膜的紫外线屏蔽 率大于99.9%，而在可见光区的透过率达到90%以上。完全克服了传统共混熔融复合法 存在着紫外吸收剂在聚合物中团聚及分散不均匀、复合材料制品的热稳定性能差和功能耐 久性不佳等缺点，也避免了化学复合法存在着的制备工艺复杂和成本较高等弊端。本专利技术提出的抗紫外线有机-无机纳米复合透明涂层的制备方法如下(1) 将100 1000mg的聚丙烯酰胺类两性离子共聚物放入200 2000 mL甲苯溶液中， 将共聚物充分溶解，并将未溶解共聚物过滤出，使溶液透明，反复几次，最终一式两份备 用；(2) 将0. 1 1.0g金属盐(无机物)溶解于1 10mL乙醇中，在超声波仪下溶解，然 后加入到上述第一份备用溶液中，超声分散均匀；(3) 将0. 05 0. 5g碱性物质加入0. 5 5. OmL乙醇中，完全溶解后(可加少量去离子 水，以便溶解)，加入到上述第二份备用溶液中；(4) 在高速搅拌条件下，将第二份溶液逐滴滴加入第一份溶液中，混合后再继续反应 10 60分钟，再在55-65。C条件下减压蒸熘除去有机溶剂和水；将所得到的固体用乙醇多 次洗涤纯化，最后真空干燥后得到亲油性的无机纳米颗粒。(5) 将上述一定量亲油性的无机纳米颗粒和有机聚合物一起溶于有机溶剂中，超声分 散均匀，得到无机纳米颗粒含量在1 20%的有机-无机纳米复合透明溶液，静置12 72小 时。最后将该透明溶液涂于载体表面，成膜后得到透明薄膜，其厚度在10纳米 100微米。本专利技术中，所用的聚丙烯酰胺类两性离子共聚物，是由阳离子单体、丙烯酰胺单体、 水解剂三元共聚而成。该产品为分子链上既有阳电荷、又有阴电荷的两性离子不规则聚合 物。本专利技术中，所用的金属盐，是铜、锌、镁、铝、铁、钛、钨、硅的乙酸盐，铜、锌、 镁、铝、铁、钛、钨、硅的甲酸盐，铜、锌、镁、铝、铁、钛、钨、硅的碳酸盐，铜、锌、 镁、铝、铁、钛、钨、硅的硝酸盐，铜、锌、镁、铝、铁、钛、钨、硅的硫酸盐，铜、锌、 镁、铝、铁、钛、钨、硅的氟化物，铜、锌、镁、铝、铁、钛、钨、硅的碘化物，铜、锌、 镁、铝、铁、钛、钨、硅的氯化物，铜、锌、镁、铝、铁、钛、钨、硅的溴化物，以及这 些金属盐中至少二种的混合物。 本专利技术中，所用的碱性物质，可以是钠、钾、氨的氢氧化物，钠、钾、胺的硫化盐， 钠、钾、铵的碳酸盐，钠、钾、铵的碳酸氢盐等。本专利技术中，步骤(5)中所用的有机溶剂，是苯、甲苯、二甲苯、四氢呋喃、二氧六 环、三氯甲烷、二氯甲烷、醋酸乙酯、醋酸丁酯、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或N-甲基 -2-吡咯烷酮等。本专利技术中，步骤(5)中所用的有机聚合物，可以是聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯和 聚乙烯縮丁醛等。本专利技术中，步骤(5)中所说的成膜，是去除溶剂，得到干燥的透明有机/无机纳米复 合薄膜，其烘干温度为45-12(TC，烘干时间为0.5-8小时，干燥的薄膜厚度为10纳米 100微米。本专利技术的优点是①该方法首先采用一种容易制备的两性离子共聚物作为表面活性剂 和稳定剂，对无机纳米颗粒(例如氧化锌、二氧化钕、三氧化钨和硫化镉等)进行表面改 性制得一种亲油性的无机纳米颗粒。该两性离子共聚物， 一方面能够稳定乳液和控制液滴 的直径；另一方面，它们始终保留在无机纳米颗粒表面，通过物理吸附作用而对无机颗粒表面进行改性，成为无机纳米颗粒和聚合物基体之间的一种良相容剂。再将亲油性的无机 纳米颗粒与聚合物(聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯和聚乙烯縮丁醛等)基体再进行充分有 效地物理复合，最后成膜制得一种新型有机/无机纳米复合透明紫外吸收涂层。它克服了 传统的克服了传统共混熔融复合法存在着紫外吸收剂在聚合物中团聚及分散不均、材料的 强度低、耐温性能差等弊病，克服了化学复合法存在着的制备工艺复杂和成本较高等弊端，也克服了有机/无机纳米复合材料制品的热稳定性能差和功能耐久性不佳等难题；②本发 明的制备方法具有工艺简单方便、无污染、涂膜质量高、易于批量化生产、成本低廉、投 入产出比高和应用前景广泛等优点，是新一代高性能有机/无机纳米复合涂料产品；③该 有机/无机纳米复合透明紫外吸收涂层具有优良的抗紫外线性能、热稳定性、成膜性能、 力学性能和耐高温性能等，具有非常广阔的应用前景，可应用于汽车、文物保护、环境保 护等领域。该有机/无机纳米复合透明紫外吸收涂层利用独特的纳米粉体分散工艺与聚合 物基体复合制备技术，使薄膜不仅具有良好的紫外屏蔽功能，而且具有良好的透明性、耐 候性和化学稳定性，也可用于制备对可见光透明性要求高的抗紫外线薄膜以及各种耐老化 的塑料制品等。 附图说明图1是有机改性纳米氧化物的X射线衍射图。图2是不同无机纳米氧化物含量的有机-无机纳米复合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抗紫外线有机－无机纳米复合透明涂层，其特征在于由下述方法制备获得：两性离子共聚物作为表面活性剂和稳定剂，对亲油性无机纳米颗粒进行物理表面改性；再将该亲油性的无机纳米颗粒与聚合物基体进行共混物理复合，制备得到一种高稳定性和分散均匀性的抗紫外线有机－无机纳米复合透明涂层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨正龙，浦鸿汀，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：31