本發明屬于高分子材料,具體涉及一種防紫外線的高分子復合材料及其制備方法。
背景技術:
1、紫外線是波長在180-400nm的電磁波,紫外線可分為三個波段范圍:近紫外線uva區:315-400nm,遠紫外線uvb區:280-315nm,超短紫外線uvc區:180-280nm;紫外線在日光中約占6%,其中uva波段占紫外線整個波段的較大比例范圍,uvb所占的比例則相對較小。眾所周知,空氣中的臭氧層具有保護地球生物的作用,但是隨著生態環境的惡化,大氣中的臭氧層受到了破壞,這就導致了到達地球表層的紫外線也隨之增加。紫外線的增加會對人類身體健康以及地球上的其它生物構成了嚴重的危害。紫外光和部分可見光也可以破壞有機大分子中的化學鍵,從而導致有機物的降解縮短材料的使用壽命,由于聚對苯二甲酸乙二醇酯具有優良的化學和力學性能,因此被廣泛應用于航天、紡織領域,長期的使用使得聚對苯二甲酸乙二醇酯較長時間的暴露在太陽光下,導致其使用的壽命大大縮短,微量避免紫外線對人體的傷害和對高分子材料的降解,因此對其進行防紫外線的相關處理是十分有必要的。
2、申請號為cn201610720250.1的專利公開了一種高強抗紫外線pe/pet復合材料及其制備方法,由高密度聚乙烯、對苯二甲酸乙二醇酯、界面相容劑、紫外吸收劑和抗氧劑組成;選用馬來酸酐和甲基丙烯酸縮水甘油酯作為接枝單體,極大的改善了聚烯烴與對苯二甲酸乙二醇酯的相容性,避免了由于單體的均聚導致接枝效率降低。申請號為cn202310114873.4的專利公開了一種改性pet復合材料及其制備方法,由pet、pc、三羥甲基丙烷三縮水甘油醚、抗氧劑、改性陶土和潤滑劑組成;通過采用三羥甲基丙烷三縮水甘油醚與pet和pc進行共混一方面可以使pet與pc之間進行交聯,提高復合材料的拉伸強度、沖擊強度,降低復合材料的脆性,另一方面三羥甲基丙烷三縮水甘油醚的引入能夠提高pet復合材料的韌性。但上述在制備過程中均是將各原料直接混合,容易造成各原料混合不均。
技術實現思路
1、針對現有問題的不足,本發明提供了一種防紫外線的高分子復合材料及其制備方法,以解決現有技術中存在的問題。
2、本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為:
3、一種防紫外線的高分子復合材料,由以下重量份原料組成:改性聚對苯二甲酸乙二醇酯60-75份,改性納米粒子12-20份,抗氧化劑3-6份,熱穩定劑2-4份,潤滑劑1-2份;優選為改性聚對苯二甲酸乙二醇酯72份,改性納米粒子15份,抗氧化劑4份,熱穩定劑3份,潤滑劑1份。
4、進一步地,抗氧化劑為抗氧劑1010、抗氧劑tnp和抗氧劑tpp中的一種或多種,優選為抗氧化劑tnp;熱穩定劑為硬脂酸鋅;潤滑劑為季戊四醇硬脂酸酯、乙撐雙硬酯酰胺中的一種或多種,優選為季戊四醇硬脂酸酯。
5、進一步地,所述改性聚對苯二甲酸乙二醇酯的制備方法為:將聚對苯二甲酸乙二醇酯溶解在二甲基亞砜中后,向其中加入2-烯丙基-6-(2h-苯并三唑-2-基)-4-甲基苯酚和引發劑,75-85℃下加熱攪拌反應20-24h,完成后用去離子水進行洗滌抽濾后用丙酮進行洗滌2-3次,將產物在真空干燥箱中于55-65℃下烘干至恒重,即得改性聚對苯二甲酸乙二醇酯;其中引發劑為過硫酸鉀、過氧化苯甲酰、偶氮二異丁腈中的一種,優選為過氧化苯甲酰。
6、在熱作用下,引發劑的共價鍵斷裂產生自由基用來引發具有雙鍵結構的單體,在引發劑的作用下將具有紫外吸收性能的單體2-烯丙基-6-(2h-苯并三唑-2-基)-4-甲基苯酚接枝到聚對苯二甲酸乙二醇酯上,實現了以鍵與鍵的方式結合,相比于直接混合的改性方法,以鍵合力結合的方式更為牢固;2-烯丙基-6-(2h-苯并三唑-2-基)-4-甲基苯酚作為紫外吸收劑能夠有效的吸收310-385nm波長的紫外線,具有較寬的吸收波長范圍和較高的吸光指數,在紫外光照射之前其苯環上的羥基主要是以酚羥基的形式存在,由于氧原子的電負性大于氮原子的電負性,因此氧上的電子云密度要高于三氮唑上氮原子的密度,使羥基帶有一定量的負電荷而呈現出堿性的特性,吸收紫外光之后,大部分的電子由氧原子轉移到了三氮唑上的氮原子上,使羥基具有一定的正電荷,顯示出一定的酸性,相反,三氮唑上的氮原子則顯示出一定的堿性,這樣可以形成互變異構體,可以將吸收紫外光轉化為熱量,以能量的形式釋放出去,又回到基態,實現循環反復利用。
7、進一步地,所述改性納米粒子的制備方法為:將納米粒子zno干燥后在無水乙醇中進行超聲分散20-40min得到納米粒子分散液,將硅烷偶聯劑分散在乙醇水溶液中,在攪拌狀態下將分散均勻的硅烷偶聯劑溶液緩慢添加到納米粒子分散液中并進行超聲分散20-40min,將得到的漿液抽濾、洗滌、在真空干燥箱中于75-85℃干燥4-6h得到改性納米粒子;其中乙醇水溶液的制備方法為:將蒸餾水與無水乙醇按體積比7-9:1混合而成;硅烷偶聯劑為kh550。
8、利用硅烷偶聯劑對納米粒子zno進行改性,硅烷偶聯劑作為一種雙官能團物質其親水部分能夠與無機納米粒子zno結合而親油部分在與改性聚對苯二甲酸乙二醇酯混合時能夠深入高分子內部,與高分子鏈發生纏繞或分子間力的作用使納米粒子zno能夠在改性聚對苯二甲酸乙二醇酯中得到較好的分散;納米zno作為紫外吸收劑其紫外吸收來源于電子的能級躍遷,處于基態的電子在低能級的價帶聚集,一旦受到紫外輻射后,這些電子將會吸收能夠使它們躍遷到高能級導帶的光子能量,再將吸收的能量以熱量或長波長光輻射的形式釋放,從而表現出優異的紫外屏蔽性能。
9、本發明還提供一種防紫外線的高分子復合材料的制備方法,制備過程為:
10、s1、將改性聚對苯二甲酸乙二醇酯,改性納米粒子,抗氧化劑,熱穩定劑和潤滑劑按重量份配比于高混機內混合均勻;
11、s2、物料混合均勻后將物料投入到雙螺桿擠出機的加料斗中,經雙螺桿擠出機混煉塑化并擠出、冷卻、造粒;
12、s3、對步驟s2所得粒料干燥后注塑成標準樣條,得到防紫外線的高分子復合材料。
13、進一步地,雙螺桿擠出機工藝參數為:一區溫度190-200℃,二區溫度210-220℃,三區溫度230-250℃,四區溫度255-265℃,五區溫度265-275℃,六區溫度255-265℃,七區溫度250-260℃,八區溫度240-250℃,機頭溫度255-270℃,螺桿轉速為250-350rpm。
14、本發明具有如下有益效果:
15、本發明以聚對苯二甲酸乙二醇酯為原料,在引發劑的作用下與2-烯丙基-6-(2h-苯并三唑-2-基)-4-甲基苯酚發生接枝反應,二者通過鍵合力結合的方式進行結合,相較于直接共混其結合的更為牢固,分散的更為均勻;同時在制備過程中還引入了改性納米粒子zno,利用硅烷偶聯劑對無機納米粒子zno進行改性,其親水部分能夠與無機納米粒子zno相連,而親油部分在與改性聚對苯二甲酸乙二醇酯混合時能夠深入其內部與高分子鏈發生纏繞,從而使得納米粒子獲得良好的分散性;通過在聚合物中同時引入有機紫外吸收劑和無機紫外吸收劑的方式,相較于單一的引入紫外吸收劑,有效的提高了制備產品的抗紫外線性能,而在制備過程中,苯環等剛性基團以及無機納米粒子zno的引入同時也提高了產品的力學性能。