[发明专利]一种基于改性黑色素纳米颗粒的紫外屏蔽复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种基于改性黑色素纳米颗粒的紫外屏蔽复合材料及其制备方法，属于高分子材料技术领域。所述紫外屏蔽复合材料包括改性黑色素纳米颗粒和树脂基体。按改性黑色素纳米颗粒和树脂基体总重量为100重量份数计，改性黑色素纳米颗粒为0.1～5重量份，按所述用量溶液共混后采用湿膜涂布器涂膜制备得到厚度可控的紫外屏蔽复合材料。本发明方法制备得到的紫外屏蔽复合材料透明度高，紫外吸收效果好，光热稳定性佳且具有优异的力学性能。

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种基于改性黑色素纳米颗粒的紫外屏蔽复合材料及其制备方法。

背景技术

紫外线的波长较短，能量较高，过量长期的紫外线辐射会对人体皮肤产生危害，同时还会对木材、橡胶、塑料等各种高分子材料造成不同程度的损伤、老化或降解。根据调查，每年都有大量的材料是因为紫外线的照射而老化降解，因此所造成的经济损失更是不可估量。所以近几年来对于紫外屏蔽材料的研究日益受到重视。

随着臭氧空洞越来越大，紫外线辐射量的增强使得紫外屏蔽材料的应用愈显迫切。目前市场上常用的紫外屏蔽剂分为两类：有机紫外线屏蔽剂和无机紫外线屏蔽剂。前者最常见的又分为二苯甲酮类、水杨酸酯类、苯并三唑类和三嗪类等，如Tinuvin、Tinuvin P和Tinuvin 1577。有机紫外线屏蔽剂吸收紫外线的效率很高。但是，它不同程度地存在相容性不好，热稳定性不佳等问题，同时随着使用时间的延长还会发生小分子迁移、降解，导致紫外光屏蔽性能下降，最终失效。而无机紫外线屏蔽剂主要是利用吸收和散射紫外线来达到紫外屏蔽的效果，常见的有纳米TiO₂、纳米ZnO。无机紫外线屏蔽剂的光、热稳定性好，但是常不能与聚合物基体相容，容易导致体系不透明。同时，无机紫外线屏蔽剂的光催化活性一般都比较强，易使聚合物基体降解。

总而言之，无论是有机紫外线屏蔽剂还是无机紫外线屏蔽剂，都存在各自的缺陷和不足。因此，制备出一种新型的紫外线屏蔽剂，并将其应用到紫外屏蔽材料中，将对这一领域具有重大意义。

发明内容

为解决现有技术中出现的问题，本发明提供了一种基于改性黑色素纳米颗粒的紫外屏蔽复合材料及制备方法。本发明利用含羟基或烷氧基的聚硅氧烷改性黑色素，不仅有效地改善了黑色素在有机溶剂及聚合物基体中的分散性，而且结合了聚硅氧烷和黑色素纳米粒子的优点，具有优异的紫外吸收效果和力学性能。以改性黑色素纳米颗粒制得的紫外屏蔽复合材料透明度高，紫外吸收效果好，光热稳定性佳且具有优异的力学性能。

本发明的技术方案：

一种基于改性黑色素纳米颗粒的紫外屏蔽复合材料，该紫外屏蔽复合材料主要由改性黑色素纳米颗粒和树脂基体均匀混合而成；

所述树脂基体为聚碳酸酯、聚乙烯醇、环氧树脂或聚乳酸。更优选为透明度较高的聚碳酸酯。

所述改性黑色素纳米颗粒的制备方法为：

(1)向含黑色素纳米颗的溶液中加入改性剂，加热搅拌以促进改性剂与黑色素纳米颗粒表面的酚羟基反应，形成硅氧键并包覆在黑色素纳米颗粒的表面；所述改性剂为含羟基或烷氧基的聚硅氧烷；(2)结束反应，离心提纯干燥。

所述步骤(1)中，黑色素纳米颗粒为不同粒径的天然黑色素或人工合成类黑色素中的一种或两种，改性剂为聚二甲基硅氧烷或聚甲基苯基硅氧烷等。更优选为聚二甲基硅氧烷。

所述步骤(1)中，黑色素纳米颗粒的溶液浓度为0.1～5mg/ml，溶剂为水和乙醇的混合溶剂，其中水和乙醇的体积比为1:1～1:20。进一步的，所述步骤(1)中，黑色素纳米颗粒的溶液浓度为0.1～1mg/ml，溶剂为水和乙醇的混合溶剂，其中水和乙醇的体积比为1:1～1:10。

所述步骤(1)中，黑色素纳米颗粒与改性剂的质量比为1:5～1:100。更优选为1:20～1:80。