[发明专利]一种紫外线屏蔽剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种可以用于有机涂料的有机型紫外线屏蔽剂，具体的说，是涉及一种可以在涂层受到紫外线照射时优先吸收紫外线能量，从而避免涂层发生光老化的天然有机添加剂及其制备方法。

背景技术

有机涂料是目前应用最为广泛的一类涂料，具有成本低、污染小等优点，其中聚氨酯类、硝基类、环氧类、酚醛类涂料的漆膜机械性能优良，但是抗老化性能差，经紫外线照射后易出现粉化、变黄、开裂等现象，严重制约了其进一步的广泛应用。目前国内外研究人员为提高有机涂料的抗老化性能，主要进行以下几个方面的研究：

第一种是在涂料中添加无机纳米颗粒（邱绍辉，一种改进聚氨酯耐老化性能的复合添加剂及其应用，公开号：CN101654550；邹德荣，纳米碳酸钙在聚烯烃聚氨酯涂料中的应用，现代涂料与涂装，2003，1；徐燕莉，陈善云，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，公开号：CN1715349；许钧强，赵庆文，一种全屏蔽红外线和紫外线聚氨酯纳米透明隔热涂料，公开号：CN102746781A），由于无机材料与有机涂料间的相容性差，为提高无机纳米颗粒的分散性并避免无机纳米颗粒自身的团聚，此类方法需要对无机颗粒进行复杂的表面改性，会提高有机涂料的生产和使用成本。

第二种是在有机涂料的合成过程中使用特定功能的催化剂（R·普兰格，J·戈多伊，F·M·卡萨蒂，R·D·道，用于具有改进老化特性的低密度聚氨酯泡沫的自催化多元醇的助催化，专利号：200580013183），此方法不仅会使有机涂料的合成过程复杂化，而且会显著提高生产成本，对工业化生产和大规模推广要求苛刻。

第三种是在有机涂料成品中添加紫外线吸收剂以及抗氧化剂等添加剂（黄万里，提高聚氨酯材料老化性能的研究，安徽化工，2010，36（3）：44-50；陈晓康，宁培森，王玉民，王红梅，丁著明，提高聚氨酯耐紫外老化性的研究进展，热固性树脂，2009，24（6）：44-49），此方法涉及的紫外线吸收剂、抗氧化剂等添加剂在制备和添加过程中会使用或生成多种有毒物质，对实验人员及自然环境造成危害。

第四种是优化有机涂料的合成方法，通过不同的原料、配比以及合成工艺，或者在有机涂料的合成过程中引入具有抗紫外性能的基团等方法，制备出抗老化性能优异的有机涂料（杜楠，梁红波，王力强，贾茹，谢春英，耐老化紫外光固化含氟丙烯酸聚氨酯树脂的制备方法，公开号：CN102070767A；葛宝敬，孙球，欧涛，张剑斌，王立刚，雷小刚，郑灿光，一种木器用抗老化草本环保型聚氨酯白面漆，公开号：CN102146261A；杜建伟，张丽萍，郭晓军，何鱼游，王景山，杜强，杨长春，梁镐，抗光老化的环氧聚氨酯防腐蚀涂料及制造方法，公开号：CN101597455；邹德荣，何静，空心微粉在聚氨酯涂料中的应用，现代涂料与涂装，2004，6；张高奇，罗巨涛，瞿少敏，朱春华，原玉锋，陈小金，抗紫外聚氨酯丙烯酸酯水性涂层胶及其制备方法，公开号：CN101280156），此类方法所需投入巨大，无法与现有技术结合，难以实现低成本工业化生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种在有机涂料使用过程中可以直接混合使用的紫外线屏蔽剂及其制备方法，该紫外线屏蔽剂为天然有机材料，无毒、可生物降解、成本低，通过与有机涂料共混使用提高有机涂料的抗紫外线性能。

本发明中所述紫外屏蔽剂应用于有机涂料，采用棉浆粕制备的纳米结晶纤维素为基本原料，然后通过表面乙酰化改性制得。

所述紫外线屏蔽剂的制备采用如下步骤：

(1) 棉浆粕经过疏解处理后烘至含水率小于1.0%后与硫酸水溶液进行混合水解，以除去纤维中的非结晶区；

(2) 将水解后获得的结晶纤维素通过离心分离并用蒸馏水将其洗涤至中性，此处的中性是指洗涤后结晶纤维素的pH值为7，将洗涤后的结晶纤维素低温烘至含水率小于1.0%，然后用蒸馏水配制成结晶纤维素水溶液；

(3) 进行均质或者超声破碎处理，进而得到纳米尺度的结晶纤维素水溶液；

(4) 将得到的纳米结晶纤维素水溶液进行冷冻干燥，获得粉体；

(5) 每处理1.0g纳米结晶纤维素粉体，需要将其均匀分散于100ml无水乙醇中，然后滴加乙酸酐对纳米结晶纤维素进行表面改性，改性反应全程需要机械搅拌，改性后的纳米结晶纤维素需用丙酮洗涤三次；

(6) 将改性后的纳米结晶纤维素过滤，在60℃下干燥24h至含水率小于1.0%即得所述紫外线屏蔽剂。

进一步的，所述步骤(1)中棉浆粕的α纤维素含量≥98%，需进行疏解预处理以断开纤维间氢键；