CN116496653A - 一种含紫外线吸收剂接枝纳米二氧化硅防雾液的制备方法 - Google Patents
一种含紫外线吸收剂接枝纳米二氧化硅防雾液的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种含紫外线吸收剂接枝纳米二氧化硅防雾液的制备方法，涉及色彩膜等不耐紫外老化材料的户外防护。该防雾液制备方法如下：先在球磨机中用硅烷偶联剂改性纳米二氧化硅；然后将烘干后的改性纳米二氧化硅与紫外线吸收剂按照按质量比1～3：10混合，加1％路易斯酸，在球磨机中将紫外线吸收剂接枝到纳米二氧化硅上；最后将紫外线吸收剂接枝的纳米二氧化硅与甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯、消泡剂按照一定的质量比进行配合，得到含紫外线吸收剂接枝纳米二氧化硅防雾液。通过引入紫外线吸收剂，赋予防雾液抗紫外功能化，该防雾液与水的接触角小于25.0°，与二碘甲烷的接触角小于35.0°，防雾抗紫外线性能优异。
Description
技术领域
本发明涉及防雾喷剂抗紫外老化技术领域，具体为一种含紫外线吸收剂接枝纳米二氧化硅防雾液的制备方法。
背景技术
随着科技的发展和人们生活水平的提高，越来越多的材料被要求赋予功能化。其中，材料的防雾、抗紫外功能化均是人类的重要要求之一。内加型防雾剂和紫外线吸收剂是在配料时加入到材料中，其特点是不易损失、效能持久，但对材料本身要求也偏高。例如，对于结晶性较高的材料(如：聚苯乙烯等)难以获得良好的防雾性。
与内加型助剂不同，防雾/抗紫外喷剂作为一种外用喷剂，具有使用便捷、不受物体形状局限等优点，在塑料、橡胶、纤维等多种材质表面，在建筑、汽车等多领域得到广泛应用。就防雾喷剂产品而言，虽然其成本低，但耐久性差，易被洗去或擦掉，且功能单一，不能同时具备防紫外线等多重效果，限制了其应用领域。
发明内容
(一)解决的技术问题
本发明的目的在于针对现有防雾喷剂产品功能性的不足，提供了一种含紫外线吸收剂接枝纳米二氧化硅防雾液的制备方法。经本发明改性后的防雾喷剂比市售纳米防雾喷剂额外具有防紫外线效果，且防雾性能得到改善。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：纳米二氧化硅对波长490nm以内的紫外线反射率高，将其添加在防雾液中，可以达到长效抗紫外线老化和热老化的目的；在纳米二氧化硅表面接枝紫外线吸收剂，进一步加强了抗紫外机制。具体将γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷和纳米二氧化硅按质量比1：10混合，并添加二者总质量20％的去离子水在球磨机中进行硅烷偶联剂改性纳米二氧化硅；然后将烘干后的硅烷偶联剂改性纳米二氧化硅与紫外线吸收剂按照按质量比1～3：10混合，加1％的路易斯酸，在球磨机中(时间为60mi n)按照环氧开环机理，将紫外线吸收剂接枝到纳米二氧化硅上，即得到紫外线吸收剂接枝的纳米二氧化硅；最后将紫外线吸收剂接枝的纳米二氧化硅与甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯、消泡剂按照一定的质量比进行配合，高速搅拌制得一种含紫外线吸收剂接枝纳米二氧化硅防雾液。该防雾液含有紫外线吸收剂，与水的接触角小于25.0°，与二碘甲烷的接触角小于35.0°，防雾抗紫外线性能优异。可用于聚氯乙烯(PVC)色彩膜等户外防护。
优选的，紫外线吸收剂为2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮。
优选的，紫外线吸收剂接枝方法为球磨接枝法。
优选的，纳米二氧化硅为粒径在8～20纳米的表面含环氧基团的纳米二氧化硅。
优选的，防雾剂其他组分为甲基丙烯酸甲酯(10％～20％)、丙烯酸正丁酯(15％～20％)、甲基丙烯酸丁酯(15％～20％)、丙烯酸异辛酯(30％～40％)、消泡剂(5％)。
工作原理：本发明采用球磨接枝法将紫外线吸收剂接枝到环氧基硅烷偶联剂改性的纳米二氧化硅表面。该方法利用球磨过程中产生的高温，制备具有一步法的特点，无需后处理，生产快捷简便。然后，利用含紫外线吸收剂接枝的纳米二氧化硅改善防雾喷剂的抗紫外老化和防雾性能。其机理在含紫外线吸收剂接枝纳米二氧化硅改善防雾喷剂的防雾性能和抗紫外性能。其机理在于纳米二氧化硅对波长490nm以内的紫外线反射率高，将其添加在防雾液中，可以达到长效抗紫外线老化和热老化的目的；在纳米二氧化硅表面接枝紫外线吸收剂，进一步加强了抗紫外机制；接枝的紫外线吸收剂2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮为亲水分子，可以进一步提高防雾液的亲水性能，优化防雾效果。
该含紫外线吸收剂的纳米二氧化硅的测试采用红外可见吸收光谱、扫描电镜；防雾喷剂测试，采用玻璃基材，在温度为25℃，相对湿度为50±5％条件下测量与水的接触角；防老化实验采用含有机颜料(易老化变色)的PVC彩色膜为基材，将防雾喷剂喷涂于基材表面，在65℃，相对湿度为50±5％，氙灯30W/cm2条件下测试耐候性。
(三)有益效果
本发明提供了一种含紫外线吸收剂接枝纳米二氧化硅防雾液的制备方法。具备以下有益效果：
1、含紫外线吸收剂接枝纳米二氧化硅的制备采用球磨接枝法，该方法无需后处理，生产快捷简便。。
2、该含紫外线吸收剂接枝纳米二氧化硅引入防雾液后，使防雾液与水的接触角小于25.0°，与二碘甲烷的接触角小于35.0°，防雾效果明显。
3、防雾液喷涂PVC彩色膜后的氙灯老化实验，该新型防雾液的防雾抗紫外线性能优异。
附图说明
图1为本发明的含紫外线吸收剂的纳米二氧化硅的红外可见吸收光谱；
图2为本发明的含紫外线吸收剂的纳米二氧化硅防雾层的表面扫描电镜图；
图3为为本发明的含紫外线吸收剂接枝纳米二氧化硅防雾液的接触角测试(a.实施例1对水；b.实施例1对二碘甲烷；c.实施例2对水；d.实施例2对二碘甲烷；e.实施例3对水；f.实施例3对二碘甲烷)；
图4为本发明的含紫外线吸收剂接枝纳米二氧化硅防雾液喷涂PVC彩色膜的氙灯老化实验结果。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
本发明实施例提供一种含紫外线吸收剂接枝纳米二氧化硅防雾液的制备方法，将γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷和纳米二氧化硅按质量比1：10混合，并添加二者总质量20％的去离子水在球磨机中进行硅烷偶联剂改性纳米二氧化硅(产物红外谱图如图1所示，纳米二氧化硅在材料表面的聚集形态如图2所示)；然后将烘干后的硅烷偶联剂改性纳米二氧化硅与紫外线吸收剂按照按质量比2：10混合，加1％的路易斯酸，在球磨机中进行接枝反应，得到紫外线吸收剂接枝的纳米二氧化硅；最后将紫外线吸收剂接枝的纳米二氧化硅(2％)与甲基丙烯酸甲酯(18％)、丙烯酸正丁酯(20％)、甲基丙烯酸丁酯(20％)、丙烯酸异辛酯(35％)、消泡剂(5％)按照一定的质量比进行配合，高速搅拌制得一种含紫外线吸收剂接枝纳米二氧化硅防雾液。该防雾液含有紫外线吸收剂，与水的接触角为25.0°，与二碘甲烷的接触角为26.3°(图3a,b)；含紫外线吸收剂接枝纳米二氧化硅防雾液喷涂PVC彩色膜的氙灯老化实验显示在336小时后，含有机色彩材料的PVC基材黄变指数为1.5，属于轻微变色(如图4所示)。
实施例二：
本实施例与实施例一的不同之处在于：接枝的紫外线吸收剂用量和纳米二氧化硅用量提高。具体将γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷和纳米二氧化硅按质量比3：10混合，并添加二者总质量20％的去离子水在球磨机中进行硅烷偶联剂改性纳米二氧化硅；然后将烘干后的硅烷偶联剂改性纳米二氧化硅与紫外线吸收剂按照按质量比3：10混合，加1％的路易斯酸，在球磨机中(时间为60mi n)按照环氧开环机理，将紫外线吸收剂接枝到纳米二氧化硅上，即得到紫外线吸收剂接枝的纳米二氧化硅；最后将紫外线吸收剂接枝的纳米二氧化硅(5％)与甲基丙烯酸甲酯(15％)、丙烯酸正丁酯(20％)、甲基丙烯酸丁酯(20％)、丙烯酸异辛酯(35％)、消泡剂(5％)按照一定的质量比进行配合，高速搅拌制得一种含紫外线吸收剂接枝纳米二氧化硅防雾液。该防雾液含有紫外线吸收剂，与水的接触角小于5.0°，与二碘甲烷的接触角小于21.1°，防雾性能得到提升(如图3c,d)；含紫外线吸收剂接枝纳米二氧化硅防雾液喷涂PVC彩色膜的氙灯老化实验显示在336小时后，含有机色彩材料的PVC基材黄变指数为1.3，属于轻微变色(如图4所示)。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种含紫外线吸收剂接枝纳米二氧化硅防雾液的制备方法，其特征在于：将γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷和纳米二氧化硅按质量比1：10混合，并添加二者总质量20％的去离子水在球磨机中进行硅烷偶联剂改性纳米二氧化硅；然后将烘干后的硅烷偶联剂改性纳米二氧化硅与紫外线吸收剂按照按质量比1～3：10混合，加1％的路易斯酸，在球磨机中(时间为60min)按照环氧开环机理，将紫外线吸收剂接枝到纳米二氧化硅上，即得到紫外线吸收剂接枝的纳米二氧化硅；最后将紫外线吸收剂接枝的纳米二氧化硅与甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯、消泡剂按照一定的质量比进行配合，高速搅拌制得一种含紫外线吸收剂接枝纳米二氧化硅防雾液。
2.根据权利要求1所述的一种含紫外线吸收剂接枝纳米二氧化硅防雾液的的制备方法，其特征在于：采用球磨接枝法，将γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷和纳米二氧化硅按质量比1：10混合，并添加二者总质量20％的去离子水在球磨机中进行硅烷偶联剂改性纳米二氧化硅；然后将烘干后的硅烷偶联剂改性纳米二氧化硅与紫外线吸收剂按照按质量比1～3：10混合，加1％的路易斯酸，在球磨机中(时间为60min)按照环氧开环机理，将紫外线吸收剂接枝到纳米二氧化硅上，即得到紫外线吸收剂接枝的纳米二氧化硅。该球磨法，快捷简便，适合企业推广。
3.根据权利要求1所述的一种含紫外线吸收剂接枝纳米二氧化硅防雾液的制备方法，其特征在于：所述的紫外线吸收剂为2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮。
4.根据权利要求1所述的一种含紫外线吸收剂接枝纳米二氧化硅防雾液的制备方法，其特征在于：其他组分为甲基丙烯酸甲酯(10％～20％)、丙烯酸正丁酯(15％～20％)、甲基丙烯酸丁酯(15％～20％)、丙烯酸异辛酯(30％～40％)、消泡剂(5％)。
5.根据权利要求1所述的一种含紫外线吸收剂接枝纳米二氧化硅防雾液的制备方法，其特征在于：所述的纳米二氧化硅为粒径在8～20纳米的未改性纳米二氧化硅。
6.根据权利要求1所述的一种含紫外线吸收剂接枝纳米二氧化硅防雾液的制备方法，其特征在于：与水的接触角小于25.0°，与二碘甲烷的接触角小于35.0°，防雾抗紫外线性能优异。
7.根据权利要求1所述的一种含紫外线吸收剂接枝纳米二氧化硅防雾液的制备方法，其特征在于：紫外线吸收剂接枝纳米二氧化硅采用球磨接枝法。该方法利用球磨过程中产生的高温快速挥发乙醇的水溶液，制备具有一步法的特点，无需后处理，快捷简便。
8.根据权利要求1所述的一种含紫外线吸收剂接枝纳米二氧化硅防雾液的制备方法，其特征在于：采用含紫外线吸收剂接枝纳米二氧化硅改善防雾喷剂的防雾性能和抗紫外性能。其机理在于纳米二氧化硅对波长490nm以内的紫外线反射率高，将其添加在防雾液中，可以达到长效抗紫外线老化和热老化的目的；在纳米二氧化硅表面接枝紫外线吸收剂，进一步加强了抗紫外机制；接枝的紫外线吸收剂2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮为亲水分子，可以进一步提高防雾液的亲水性能，优化防雾效果。
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