一种原位生长法紫外屏蔽复合材料的制备及应用制造技术

本发明专利技术公开了一种原位生长法紫外屏蔽复合材料的制备及应用，是以高岭土纳米管(HNTs)为载体，通过简单的原位组装方法将锰掺杂的碳点(Mn

【技术实现步骤摘要】
一种原位生长法紫外屏蔽复合材料的制备及应用


[0001]本专利技术属于材料保护应用领域，具体涉及一种原位生长法紫外屏蔽复合材料的制备及应用。

技术介绍

[0002]高岭土纳米管(HNTs)是一种天然的中空管状结构物质，因其具有无毒、高比表面积、可有机功能化及在极性溶剂中的易分散性等优点得到广泛应用。中空管体外壁、内壁以及晶层间的表面性质各异，可在其表面形成微小的高度分散的颗粒，作为纳米颗粒的潜在载体，达到防止团聚的目的。
[0003]另一方面，HNTs是一种硅铝酸盐，管内壁是铝氧八面体层，外壁是硅氧四面体层，外表面则是O
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Si
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O基团，可以为许多物质的沉积提供活性位点，同时赋予一定的紫外屏蔽能力。
[0004]2008年美国NaturalNano公司实现了添加5％
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13％的HNTs功能化聚丙烯(PP)的中试生产，使材料的弯曲性能、拉伸及冲击强度都有了显著的提高，此外，HNTs也是PP的有效阻燃剂。
[0005]量子点是一种新兴的纳米材料，与传统纳米材料相比，具有波长可调、光稳定性、生物相容性、高强度和表面活性高等优点，适用于紫外线防护功能，但在高分子材料中易团聚，难以在基材中均匀分散从而无法满足新型紫外屏蔽材料的要求，因此，制备基于量子点的紫外屏蔽材料仍然具有挑战性。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对以上现有物质的优缺点，利用原位生长法对性能影响具有显著协同效应的原理，以HNTs为载体，通过原位生长方式在HNTs外部生成具有紫外屏蔽功能的锰掺杂的碳量子点(Mn
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CDs@HNTs)，以减小量子点颗粒之间的尺寸效应，达到减弱团聚化和强化紫外屏蔽的目的。
[0007]进一步利用均苯四甲酸酐和4,4
′‑
二氨基二苯砜室温下的酰胺化反应在Mn
‑
CDs@HNTs表面引入结构稳定、具有较强紫外吸收性能和亲油性的共轭大п结构聚合物，进一步达到减弱团聚化和强化紫外屏蔽的目的，最终获得分散性好、不易发生迁移损失的高效紫外屏蔽材料(Mn
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CDs@HNTs/PAS)。
[0008]本专利技术为实现专利技术目的采用如下具体技术方案：
[0009]1、四水合醋酸锰(MnC4H6O4·
4H2O)和邻苯二胺加入到无水乙醇中搅拌溶解，然后加入商业用HNTs(7A)，超声分散均匀，将所得溶液加入到特氟龙内衬的高压反应釜中180℃反应12h，自然冷却至室温，离心，洗涤，干燥制得Mn
‑
CDs@HNTs。
[0010]2、一定量的均苯四甲酸酐(PMDA)完全溶解在N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)中(记为溶液A)，将Mn
‑
CDs@HNTs和4,4
′‑
二氨基二苯砜(DDS)溶于另外一份DMF中，超声分散完全(记为溶液B)。
[0011]3、室温不断搅拌条件下将溶液A分批加入到溶液B中，继续搅拌2h完成反应，将所得溶液离心，洗涤，干燥制得Mn
‑
CDs@HNTs/PAS。
[0012]作为优选，实验用水为自制的去离子水。
[0013]作为优选，步骤1中四水合醋酸锰和邻苯二胺的质量之比＝6g：1g。邻苯二胺和HNTs的质量之比＝1g：9.5g。
[0014]作为优选，步骤1中四水合醋酸锰和无水乙醇的摩尔数体积之比＝1mmol：(10～15)mL。
[0015]作为优选，步骤2中均苯四甲酸酐和DMF的质量体积均为比＝1g：(25～30)mL
[0016]作为优选，步骤2中均苯四甲酸酐和Mn
‑
CDs@HNTs的质量比＝(1～1.4)g：1g。
[0017]作为优选，步骤2中均苯四甲酸酐和4,4
′‑
二氨基二苯砜的摩尔数之比＝1mol：1mol，4,4
′‑
二氨基二苯砜和DMF的质量体积比＝1g：(25～30)mL。
[0018]作为优选，步骤1中洗涤剂为先用去离子水洗，再用无水乙醇洗，步骤3用无水乙醇洗涤。
[0019]作为优选，所述干燥的温度为60～70℃。
[0020]本专利技术与现有技术相比，其有益效果体现在：
[0021]Mn
‑
CDs具有紫外线防护功能但易团聚，限制了其应用范围，纳米粒子稳定地分散在介质中具有一定的现实意义。
[0022]本专利技术以高岭土纳米管(HNTs)为载体，通过简单的原位组装方法将锰掺杂的碳点(Mn
‑
CDs)在HNTs表面固定化(HNTs@Mn
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CDs)，减小量子点颗粒之间的尺寸效应，达到减弱团聚化和强化紫外屏蔽的目的。
[0023]进一步再利用均苯四甲酸酐和4,4
′‑
二氨基二苯砜室温下的酰胺化反应在Mn
‑
CDs@HNTs表面引入结构稳定、具有紫外吸收性能和亲油性的含苯大п键稳结构的聚合物，达到减弱团聚化和强化紫外屏蔽的目的，最终获得分散性好、不易发生迁移损失的高效紫外屏蔽材料。
[0024]本专利技术步骤简单，无需高温高压可操作性强，高岭土纳米管无毒、性质稳定，来源广泛，价廉易得，能够很好地节约成本，降低大规模生产的难度。
具体实施方式
[0025]下面结合实施例对本专利技术做进一步描述，但不限于此。
[0026]需要说明的是，本专利技术的实施例中涉及的材料，如无特别说明，均为公知公用，可常规购买。
[0027]实施例一
[0028]0.6g四水合醋酸锰和0.1g邻苯二胺加入到30mL无水乙醇中搅拌溶解，将所得溶液加入到特氟龙内衬的高压反应釜中180℃反应12h，自然冷却至室温，离心，用去离子水洗涤2次，再用无水乙醇洗涤，70℃干燥制得Mn
‑
CDs。
[0029]实施例二
[0030]0.6g四水合醋酸锰和0.1g邻苯二胺加入到30mL无水乙醇中搅拌溶解，再加入0.95g HNTs混合，然后超声分散均匀，将所得溶液加入到特氟龙内衬的高压反应釜中180℃反应12h，自然冷却至室温，离心，用去离子水洗涤2次，再用无水乙醇洗涤，70℃干燥制得
Mn
‑
CDs@HNTs(记为S1)。
[0031]0.52g均苯四甲酸酐完全溶解在15mLDMF中(记为溶液A)；另取15mLDMF，将0.5g Mn
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CDs@HNTs和0.58g 4,4
′‑
二氨基二苯砜完全溶解在DMF中，超声分散完全(记为溶液B)。
[0032]不断搅拌下将溶液A分批加入到溶液B中，继续搅拌2h完成反应。将所得溶液离心，洗涤，60℃干燥制得干燥制得Mn
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CDs@HNTs/PAS(记为M1)。
[0033]实施例三
[0034]0.73g均苯四甲酸酐完全溶解在15mLDMF中(记本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种原位生长法紫外屏蔽复合材料的制备及应用，其特征在于，包括如下合成步骤：(1)四水合醋酸锰(MnC4H6O4·
4H2O)和邻苯二胺(C6H8N2)加入到无水乙醇中搅拌溶解，再加入高岭土纳米管(HNTs)混合，然后超声分散均匀，将所得溶液加入到特氟龙内衬的高压反应釜中180℃反应12h，自然冷却至室温，离心，洗涤，干燥制得生长在HNTs上的锰掺杂碳量子点(Mn
‑
CDs@HNTs)。(2)一定量的均苯四甲酸酐(PMDA)完全溶解在N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)中(记为溶液A)，将Mn
‑
CDs@HNTs和4,4
′‑
二氨基二苯砜(DDS)溶于另外一份DMF中，超声分散完全(记为溶液B)。(3)室温不断搅拌条件下将溶液A分批加入到溶液B中，继续搅拌2h完成反应，将所得溶液离心，洗涤，干燥制得Mn
‑
CDs@HNTs/PAS。2.根据权利要求1所述的一种原位生长法紫外屏蔽复合材料的制备及应用，其特征在于，作为优选，步骤(1)中四水合醋酸锰和无水乙醇的摩尔数体积之比＝1mmol：(10～15)mL，四水合乙酸锰和邻苯二胺的质量之比＝6g：1g。3.根据权利要求1所述的一种原位生长法紫外屏蔽复合材料的制备及应用，其特征在于，作为优选，步骤(1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：王斌，马祥梅，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：