一种紫外线防护方法技术

本发明专利技术公开了一种紫外线防护方法，其步骤包括：(1)用氧化石墨烯与纳米纤维素制备防护膜液；(2)除去防护膜液的水分获得防护膜，并将其包裹到待防护物体表面。也可以省去步骤(2)，直接将制备好的防护膜液直接涂布于待防护物体表面以形成防护涂层。此外，本发明专利技术还提供了优化的技术方案，通过在防护膜液中添加聚乙烯醇以提高防护膜或涂层的生物相容性及可降解性。本技术方案提供的紫外线防护方法具有配料简单、制备及使用方便的优点，可以成型的防护膜进行包裹或以液体涂布形成防护涂层的方式屏蔽紫外线，防护膜或涂层对紫外线的阻隔率极高，同时具有较高的透光率，完全满足目前包装材料领域对透明度和可见度的要求。

A UV protection method

The invention discloses an ultraviolet protection method, the steps of which include: (1) preparing protective film liquid with graphene oxide and nano-cellulose; (2) removing moisture from protective film liquid to obtain protective film and wrapping it on the surface of the object to be protected. The process (2) can also be omitted by directly coating the prepared protective film solution on the surface of the object to be protected to form a protective coating. In addition, the invention also provides an optimized technical scheme to improve the biocompatibility and degradability of the protective film or coating by adding polyvinyl alcohol into the protective film solution. The ultraviolet protection method provided by the technical scheme has the advantages of simple ingredients, convenient preparation and use. The formed protective film can be wrapped or formed by liquid coating to shield ultraviolet radiation. The protective film or coating has a very high barrier rate to ultraviolet radiation, and has a high transmittance, which fully meets the eye. Requirements for transparency and visibility in the field of pre packaging materials.

【技术实现步骤摘要】
一种紫外线防护方法
本专利技术涉及光污染防治领域，特别是涉及一种基于复合膜材料的紫外线防护方法。
技术介绍
紫外线作为光污染的一种，不仅会损害人体健康，还能够通过破坏有机材料中的共价键导致聚合物、木材、染料、色素和半导体器件等发生一系列有害降解效应。在科技人员积极研发各类紫外防护材料及方法的大背景下，紫外线屏蔽材料逐渐成为研究热点之一，特别是具有紫外线防护性能的聚合物薄膜的开发利用。目前较为普遍的方式是将TiO2、ZnO、ZnS和CeO2等金属氧化纳米颗粒作为屏蔽剂加入聚合物来制备具有抗紫外线辐射性能的聚合物纳米复合膜材料，尽管这类金属纳米颗粒材料具有廉价、稳定、低毒的特性，但是这些纳米颗粒自身极强的光触媒活性也会加速聚合物的光催化降解。相比之下，氧化石墨烯(grapheneoxide，GO)无光催化活性，可透光且具有良好的紫外线吸收能力，这些优良性质使GO越来越多地作为一种紫外吸收剂被投入到抗紫外复合材料的研发中。施其权等人(湿法纺丝制备聚丙烯腈/氧化石墨烯复合纤维及其抗紫外性能研究[J].化工新型材料,2017,45(1):115-117)通过填充有GO的聚丙烯腈(腈纶)纤维制备织物并测试了其抗紫外线性能；专利107503120也公开了一种以棉或蚕丝为基质材料填充GO的具有抗紫外线性能的织物。以上现有技术虽然可通过较低的GO添加量使织物具有较好的抗紫外线性能，但是对于厚度极薄的复合膜材料而言依然难以达到理想效果。Moraes等(Fabricationoftransparentandultravioletshieldingcompositefilmsbasedongrapheneoxideandcelluloseacetate[J].CarbohydrPolym.2015,123:217-27)采用氧化石墨烯填充醋酸纤维制备复合膜并对其性能进行研究，结果表明随着GO添加比例的上升，其抗紫外性能在一定程度上有所增强，当GO添加量达到0.5％wt的情况下，复合膜对紫外线的阻隔率达到57％，然而该性能依然难以满足实际应用要求，而且增加GO添加量除了会不可避免地导致成本显著上升外，还会造成膜透光率的显著下降，这与目前食品及医药包装材料领域所追求的高透光度和可见度的趋势相悖。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于复合膜材料的紫外线防护方法。目前已有不少关于氧化石墨烯/纳米纤维素复合材料的研发报道，这些已报道或公开的
技术实现思路
虽然涵盖了对复合材料的力学性能、热稳定性能、阻隔性能、耐水性能以及导电、导热性能等诸多物理化学性能研究和改进，却鲜有针对其抗紫外线性能的研究及应用。针对这一被普遍忽视的技术问题，本专利技术在进行了相关性质研究的基础上提供一种基于氧化石墨烯/纳米纤维素复合膜材料的紫外线防护方法，具体技术方案如下：(1)防护膜液的制备：将氧化石墨烯的悬浮液与纳米纤维素的胶体溶液混合，控制二者的添加量，使混合后溶液的固含量为5～10wt％，其中氧化石墨烯占溶液固含量的0.05～0.1wt％；将混合后的溶液进行均质搅拌处理(在室温下搅拌至少30min，之后超声波处理至少2h)，之后静置消泡，得到分散均匀的防护膜液。本技术方案所采用的纳米纤维素是指广义上的纳米纤维素，是一类直径在1～100nm范围内的刚性棒状纤维素，具有高纯度、高结晶度以及高强度等特性，主要来源于植物(如木材、棉花纤维等)，也可来源于细菌(如木醋杆菌)和动物(如被囊动物)。纳米纤维素的制备方法可采用酸水解法、酶解法、机械均质法、TEMPO氧化法等。优选地，上述氧化石墨烯的悬浮液是通过将适量氧化石墨烯在蒸馏水中超声分散至少4h获得。(2)防护膜的制备：将防护膜液倒入模具中，室温静置至水分蒸发后再进行烘干处理，待水分完全去除后得到防护膜。(3)包裹防护：将防护膜直接包裹或覆盖于待防护物体表面，以形成对紫外线的屏蔽。除了上述以防护膜的形式进行包裹防护，还可以根据需要将制备好的防护膜液直接涂布于金属、织物、塑料等物体表面以形成防护涂层。本技术方案提供的紫外线防护方法具有配料简单、制备及使用方便的优点，可以成型的防护膜进行包裹或以液体涂布形成防护涂层的方式屏蔽紫外线。在性能上，防护膜或涂层对紫外线的阻隔率几乎达到100％，同时具有良好的机械强度和较高的透光率(≥85％)，完全满足目前包装材料领域对透明度和可见度的要求。在此基础上，本专利技术进一步提供更加优化的技术方案以增加防护膜或涂层的优良特性，具体方案如下：(1)防护膜液的制备：将氧化石墨烯的悬浮液与纳米纤维素的胶体溶液混合，将混合后的溶液做均质搅拌处理(在室温下搅拌至少30min，之后超声波处理至少2h)，得到分散均匀的混合溶液，之后再向混合溶液中加入一定量的聚乙烯醇，高温连续搅拌至混合均匀后(至少30分钟)于室温下静置冷却除去气泡，得到防护膜液。防护膜液中氧化石墨烯、纳米纤维素和聚乙烯醇的添加比例为：氧化石墨烯占三者总添加量的0.05～0.1wt％，聚乙烯醇占三者总添加量的90～95wt％。(2)防护膜的制备：将防护膜液搅拌混合均匀后导入模具中，室温静置至水分蒸发后再进行烘干处理，待水分完全去除后得到防护膜。(3)包裹防护：将防护膜直接包裹或覆盖于待防护物体表面，以形成对紫外线的屏蔽。同样地，由步骤(1)制备得到的防护膜液也可以直接涂布于金属、织物、塑料等物体表面以形成防护涂层。本改进的技术方案在不影响原有防护性能和高透明度的基础上，进一步提升了防护膜/涂层的生物相容性、亲水性及可降解性，非常适合用作食品及医药的防紫外线包装材料，同时也更加环保。具体实施方式实施例1(1)防护膜液的制备：将氧化石墨烯的悬浮液与纳米纤维素的胶体溶液混合，控制二者的添加量，使混合后溶液的总固含量为5％，其中氧化石墨烯占溶液固含量的0.08％；将混合后的溶液在室温下搅拌至少30min，之后超声波处理至少2h，最后静置消泡，得到分散均匀的防护膜液。该步骤中的纳米纤维素来源于植物纤维：将阔叶木浆板用水浸泡两天，再用纤维疏解器于15000rpm下打散5min，重复打散3次得到粗纤维悬浮液，再用高压均质机于300bar压力下反复均质多次；将均质处理后的粗纤维采用超声协同TEMPO氧化法制备纳米纤维素，反应后的产物通过离心进行收集并用去离子水分散清洗，重复离心、清洗数次后用截留分子量为3500Da的透析袋进行透析除杂，得到纳米纤维素胶体。该步骤中的氧化石墨烯悬浮液是通过将氧化石墨烯以2mg/mL固含量在蒸馏水中用超声清洗器超生分散4h获得。(2)防护膜的制备：将防护膜液倒入模具中，室温下静置2天后再于80℃下烘干2h，得到防护膜产品。(3)包裹防护：将防护膜直接包裹在待防护物体表面。实施例2采用由实施例1制备获得的防护膜液，将其直接涂布于金属表面，静置至液体风干后自然形成防护涂层。实施例3(1)防护膜液的制备：将氧化石墨烯的悬浮液与纳米纤维素的胶体溶液混合，于室温下搅拌至少30min后再超声波处理至少2h，得到分散均匀的混合溶液，之后再向混合溶液中加入一定量的聚乙烯醇，90℃下连续搅拌至少30min，待溶液混合均匀后于室温下静置冷却除去气泡，得到防护膜液。制备过程中控制氧化石墨烯、纳米纤维素和聚乙烯醇的添加量，使氧化石墨烯占三者总添加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种紫外线防护方法，其特征在于包括如下步骤：(1)制备防护膜液：将氧化石墨烯的悬浮液与纳米纤维素的胶体溶液混合，控制二者的添加量，使混合后溶液的固含量为5～10wt％，其中氧化石墨烯占溶液固含量的0.05～0.1wt％；将混合后的溶液进行均质搅拌处理，之后静置消泡，得到分散均匀的防护膜液；(2)制备防护膜：将防护膜液倒入模具中，室温静置至水分蒸发后再进行烘干处理，待水分完全去除后得到防护膜；(3)包裹防护：将防护膜直接包裹或覆盖于待防护物体表面。

【技术特征摘要】
1.一种紫外线防护方法，其特征在于包括如下步骤：(1)制备防护膜液：将氧化石墨烯的悬浮液与纳米纤维素的胶体溶液混合，控制二者的添加量，使混合后溶液的固含量为5～10wt％，其中氧化石墨烯占溶液固含量的0.05～0.1wt％；将混合后的溶液进行均质搅拌处理，之后静置消泡，得到分散均匀的防护膜液；(2)制备防护膜：将防护膜液倒入模具中，室温静置至水分蒸发后再进行烘干处理，待水分完全去除后得到防护膜；(3)包裹防护：将防护膜直接包裹或覆盖于待防护物体表面。2.根据权利要求1所述的紫外线防护方法，其特征在于：在所述步骤(1)之后直接进行如下处理：将防护膜液直接涂布于待防护物体表面，静置至液体风干后自然形成防护涂层。3.一种紫外线防护方法，其特征在于包括如下步骤：(1)制备防...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾原媛，朱文静，李津津，蔡毅，
申请(专利权)人：天津科技大学，
类型：发明
国别省市：天津,12