[发明专利]纳米钛酸铁改性聚氨酯预聚体的制备方法及其抗紫外应用

说明书

本发明属于复合材料技术领域，涉及高分子改性，尤其涉及一种纳米钛酸铁改性聚氨酯预聚体的制备方法及其抗紫外应用。本发明分别以TiSO₄和Fe(NO₃)₃·9H₂O为钛源及铁源，通过沉淀‑煅烧法制备纳米钛酸铁；然后以偶联剂表面改性，制得M‑Fe₂TiO₅；最后通过嫁接反应将Fe₂TiO₅成功与WOH复合制得具有高抗紫外性能的有机‑无机杂化Fe₂TiO₅/WOH预聚体。本发明原料简单易得，无毒、无污染，反应过程简单可控，步骤简易，具有高度的可操作性。所制备的纳米Fe₂TiO₅晶体无毒、无污染，属于具有优异抗紫外性能的环保型无机纳米抗紫外剂，预聚体在水相中分散性优良，与水反应固化后可以形成凝胶体，拥有良好的紫外屏蔽性能，具有广阔的应用前景，有利于提高该聚氨酯在藏北高原生态恢复过程中的使用寿命。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，涉及高分子改性，尤其涉及一种纳米钛酸铁改性聚氨酯预聚体的制备方法及其抗紫外应用。

背景技术

藏北草原位于高海拔极寒地区，生态极其脆弱，高原地区日照时间长,紫外线辐射严重,年太阳辐射量高于7×10⁵J。由于恶劣的生态环境以及人类活动，藏北高原的草地遭受不同程度的退化，甚至沙化，对当地生态安全构成严重威胁。高寒草原植被的恢复是改善退化-沙化现象的有效方法，而沙化土壤的固定是植被恢复的关键因素之一。近年来，材料措施搭配工程手段与生物措施在生态修复技术领域受到广泛关注。其中，材料措施中采用的材料大多为有机质，而藏北草原地处高海拔高紫外辐射高寒的特殊环境，具有高能量的紫外线会加速塑料、涂料、橡胶等有机材质的老化，严重影响到保护材料的使用寿命和作用功效。

为了提升以亲水反应型聚氨酯(WOH)为基础的材料措施在藏北高原地区生态修复应用中的性能，针对聚氨酯材料改性以提升其抗紫外性能具有重要意义。目前，抗紫外剂的使用是提升有机质抗紫外性能的重要手段之一。现行的抗紫外剂主要为无机紫外屏蔽剂和有机紫外吸收剂两大类，而有机紫外吸收剂存在使用寿命短等缺点，因此本发明采用向聚氨酯中添加无机纳米紫外屏蔽剂以提高其抗紫外性能。

周念庭等人(周念庭,周豪,卫茂平,et al.不同紫外光对无机纳米材料改性聚丙烯老化行为的影响[J].中国塑料,2016,30(6):28-33.)研究了纳米二氧化钛(nano-TiO₂)、纳米二氧化硅(nano-SiO₂)、纳米氧化锌(nano-ZnO)等无机材料对PP抗紫外老化性的影响，实验证明这三者都能使PP的抗紫外性能得到一个大的提升。但是该实验并未研究纳米钛酸铁掺杂在聚氨酯中其紫外性能的变化。

Wang等人(Wang C,Sheng X,Xie D,et al.High-performance TiO₂/polyacrylate nanocomposites with enhanced thermal and excellent UV-shieldingproperties[J].Progress in Organic Coatings,2016,101:597-603.)采用均匀分散于聚(甲基丙烯酸甲酯/丙烯酸丁酯/甲基丙烯酸)[P(MMA/BA/MAA)]基体中的锐钛矿型TiO₂纳米粒子,成功地制备了具有增强热屏蔽性能的高性能TiO₂/聚合物纳米复合材料，紫外-可见透射光谱结果表明，纳米TiO₂薄膜具有优异的紫外屏蔽性能，但是该实验也并未研究纳米钛酸铁的抗紫外性能。