[发明专利]一种抗紫外线树枝状二氧化硅纳米材料的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种抗紫外线树枝状二氧化硅纳米材料的制备方法及应用，通过简单的液相法原位形成负载有机紫外线(UV)吸收基团的树枝状二氧化硅纳米材料，制备的抗紫外线树枝状二氧化硅纳米材料具有UV屏蔽和吸收双重效果，防紫外老化效果好，且不会产生加速高分子降解的副反应，是一种高效、多功能、环境友好的塑料助剂，在塑料产业中具有重要的应用前景，符合绿色化学的发展要求，有利于环境保护。

技术领域：

本发明涉及塑料助剂及塑料防老化领域，具体涉及一种抗紫外线树枝状二氧化硅纳米材料的制备方法及应用。

背景技术：

耐紫外老化是解决塑料产品户外应用过程中必然面对的技术问题。当高能量紫外线照射塑料表面，引起的浅表层高分子交联会影响塑料制品的光化学性能、生物性能和力学强度，影响塑料制品的使用寿命和后期回收处理。尤其对于户外使用的透明塑料薄膜材料(厚度5-100μm)，整个基体相当于浅表层，紫外线老化引起材料的综合老化，迅速降低其户外使用寿命。通过添加光稳定助剂来抑制塑料薄膜的紫外线老化、提高耐候性，被认为是最有利于产业化的经济可行方法。

无机类光屏蔽剂是一种低成本、环保、有效的防老化助剂，是指能够吸收或反射紫外线的无机化合物，主要有炭黑、二氧化钛、氧化锌、锌钡等。使用光屏蔽剂使光不能直接辐射到聚合物的内部，令聚合物内部不受紫外线的危害。但是，无机类紫外线屏蔽剂使用时存在明显缺陷：一方面，聚合物加工或使用过程中无机类紫外线屏蔽剂易团聚；另一方面，UV防护效果单一或具有强着色行，如二氧化硅仅有屏蔽效果，过多添加则会影响基体透光性；其三，半导体类光屏蔽剂吸收UV后容易产生副反应加速高分子降解，如氧化铁、氧化锌，光辐射下容易产生具有还原性的自由基和具有氧化性的空穴，引起聚合物基体的降解或交联。为了改善这些问题，需要制备制备新型的多功能紫外吸收剂。

发明内容：

本发明的目的是提供一种抗紫外线树枝状二氧化硅纳米材料的制备方法及应用，通过简单的液相法原位形成负载有机紫外线(UV)吸收基团的树枝状二氧化硅纳米材料，制备的抗紫外线树枝状二氧化硅纳米材料具有UV屏蔽和吸收双重效果，降低UV屏蔽剂在塑料产品加工和使用过程中的团聚，防紫外老化效果好，且不会产生加速高分子降解的副反应，是一种高效、多功能、环境友好的塑料助剂，在塑料产业中具有重要的应用前景，符合绿色化学的发展要求，有利于环境保护。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

一种抗紫外线树枝状二氧化硅纳米材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)将紫外线吸收剂与表面活性剂溶解到乙醇和水的混合溶剂中，制备表面活性剂混合体系，然后加入硅源，使用碱催化剂调节pH至8-10，在20～80℃下搅拌反应2-12小时；硅源、表面活性剂与紫外线吸收剂的摩尔比为(1～100):1：(0.5～20)；所述紫外线吸收剂为4-(4,6-二苯基-S-三嗪)-1,3-间苯二酚、3-[3-(2-H-苯并三唑-2-基)-4-羟基-5-叔丁基苯基]-丙酸-聚乙二醇300酯和2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮的一种或两种；

(2)将步骤(1)所得反应产物过滤、洗涤、冷冻干燥，冷冻干燥温度为-70～0℃，即得抗紫外线型树枝状二氧化硅纳米材料。

步骤(1)中，表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵。

硅源为正硅酸四乙酯、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、(3-氯丙基)三甲氧基硅烷等中的任意一种或两种。

碱催化剂为氨水、氢氧化钠中的一种，优选为氨水。

乙醇和水的混合溶剂中乙醇和水的体积比优选为1:1～4:1。

本发明还保护上述制备方法所得负载型树枝状二氧化硅纳米材料作为抗紫外线助剂在塑料中的应用。

所属塑料包括聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯、聚乳酸、聚乙烯醇等。

本发明的有益效果如下：