CN104004426A - 一种对紫外光有相应特性的高分子水性涂料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种对紫外光具有相应特性的高分子水性涂料，其特征在于，所述的高分子水性涂料包括以下原料组分及重量份：含螺吡喃光致变色分子基团的纳米聚合物颗粒水分散体1份；白色水性涂料1~50份；所述白色水性涂料选自丙烯酸酯白色涂料、水性聚氨酯白色涂料或醇酸树脂白色涂料中的一种。本发明设计合成了一种紫外UV光响应特性的高分子水性涂料物，所合成的聚合物材料因含有甲基丙烯酸螺吡喃功能基团，将表现出紫外光致变色效应特性，其具有易于制备、实时显色明显特征以及产品安全等优点，具有创造性价值。

Description

一种对紫外光有相应特性的高分子水性涂料
技术领域
本发明涉及一种纳米复合材料，具体涉及一种对紫外UV光具有相应特性的高分子水性涂料。
背景技术
紫外光波长比可见光短，但比X射线长的电磁辐射。紫外光在电磁波谱中范围波长为10-400nm。这范围内开始于可见光的短波极限，而与长波X射线的波长相重叠。紫外光被划分为A射线、B射线和C射线(简称UVA、UVB和UVC)，波长范围分别为400-315nm，315-280nm，280-190nm。杀菌是紫外光最常见的用途功能。由于紫外线对于生物有强大的杀伤力，因此可以用它来对付细菌、病毒。不过要特别注意的是，这些杀菌设备一样会伤害人体，因此在使用的时候一定要特别小心加以预防。发明一种简便而有效的指示标记物，能够及时对紫外光线敏感响应，提醒人们注意紫外辐照产生的危害作用意义非常重大。
螺吡喃分子是一类光响应异构化分子，在紫外光照射下，可以实现紫外-可见光吸收变化，颜色由无色闭环螺吡喃结构转变成为开环部花菁有色结构而呈现出蓝紫色；再经可见光照射或加热作用开环结构则可恢复成为闭环螺吡喃结构。上述两种过程是可逆重复进行的，这种现象为典型的光致变色现象。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种对紫外UV光具有相应特性的高分子水性涂料，以克服现有技术中高分子水性涂料功能单一，以及不能对紫外光相应的问题。
为了实现上述目的或者其它目的，本发明是通过以下技术方案实现的。
本发明公开了一种对紫外光具有相应特性的高分子水性涂料，所述的高分子水性涂料包括以下原料组分及重量份：
含螺吡喃光致变色分子基团的纳米聚合物颗粒水分散体      1份
白色水性涂料                                         1～50份
所述白色水性涂料选自丙烯酸酯白色涂料、水性聚氨酯白色涂料或醇酸树脂白色涂料中的一种。
优选地，所述白色水性涂料为20～50份。
更优选地，所述白色水性涂料选自丙烯酸酯白色涂料。
将所述原料组分充分混合即可获得本发明中所述的对紫外光具有相应特性的高分子水性涂料。
优选地，所述含螺吡喃光致变色分子基团的纳米聚合物颗粒水分散体采用细乳液聚合反应工艺合成，包括以下步骤：
1)配制水相：将乳化剂、pH缓冲液和水混合，所述乳化剂为十二烷基磺酸钠、所述pH缓冲剂为碳酸氢钠；
2)配制油相：将单体、交联剂和助稳定剂混合，所述单体选自甲基丙烯酸N-羟乙基螺吡喃酯和甲基丙烯酸甲酯，所述交联剂选自1,4-丁二醇二丙烯酸酯、二乙烯基苯、1,4-丁二醇二丙烯酸酯和二甲基丙烯酸乙二醇酯中的一种，所述助稳定剂为聚苯乙烯；
3)混合和乳化：将所述水相和所述油相混合乳化并均质乳化形成细乳液，乳化温度为30-35℃；
4)细乳液聚合反应：向所述细乳液中加入引发剂反应，反应温度为60～65℃，所述引发剂为水溶性的过硫酸钾水溶液或水溶性的过硫酸铵水溶液中的一种。
优选地，步骤2)中所述聚苯乙烯的分子量为6000～7000。
优选地，步骤2)中所述交联剂选自1,4-丁二醇二丙烯酸酯和二乙烯基苯中的一种。
更优选地，所述甲基丙烯酸N-羟乙基螺吡喃酯与所述甲基丙烯酸甲酯的质量比为1:20。
优选地，步骤3)中混合时所述水相和所述油相的质量比为0.5～2:1。
更优选地，步骤3)中混合时所述水相和所述油相的质量比为1:1。
优选地，所述助稳定剂与所述单体的质量比为1:40～45。
优选地，所述引发剂选自水溶性的过硫酸钾的水溶液。
优选地，步骤4)中所述反应的反应时间为4～6个小时。
优选地，所述水相中所述乳化剂的含量为10～30mmol/L，所述pH缓冲剂的含量为5～20mmol/L。
优选地，步骤2)所述油相中所述甲基丙烯酸N-羟乙基螺吡喃酯与甲基丙烯酸甲酯的质量比为1:20～50；所述单体与所述交联剂的质量比为40～20:1；所述助稳定剂与所述单体的质量比为1:20～50。
优选地，步骤4)中所述水溶性的过硫酸钾或过硫酸铵中的一种的水溶液的浓度为15～25wt％。
更优选地，步骤4)中所述水溶性的过硫酸钾或过硫酸铵中的一种的水溶液的浓度为20wt％。
优选地，步骤4)中引发剂的质量为所述单体质量的1～3wt％。
优选地，使用动态光散射法测定，本发明中中所述含螺吡喃的纳米聚合物颗粒水分散体中含螺吡喃的纳米聚合物颗粒的平均粒径为50-60nm。
优选地，本发明中所述白色水性涂料的含量为20～50份。
一种如上述所述高分子水性涂料的用途，为将所述高分子水性涂料刷涂至原木纸浆纸张、塑料、或玻璃表面，用做紫外光照指示标记物。
与现有的紫外光环境响应荧光物质相比，本发明具有的有益效果在于：
1.螺吡喃类化合物光致变色反应与辐照量或辐照时间呈正相关性，一级反应指数特征，随辐照时间延长可达到最大值；因此可以根据辐照后色变程度估计辐照量。
2.除发生色变之外，螺吡喃的开环结构在紫外光照下发出橘红色荧光，具有典型特征，易于观察。
3.本发明中的最终产物为水分散材料，无有机溶剂刺激毒害，易于涂装，制成卡片后可反复使用，抛弃后不会产生公害问题。
综上所述，本发明设计合成了一种紫外UV光响应特性的高分子水性涂料物。所合成的聚合物材料因含有甲基丙烯酸螺吡喃功能基团，将表现出紫外光致变色效应特性，其具有易于制备、实时显色明显特征以及产品安全等优点，具有创造性价值。
附图说明
图1为本发明中使用动态光散射法测定本发明实施例1中所述含螺吡喃的纳米聚合物颗粒水分散体中的含螺吡喃的纳米聚合物颗粒的粒径的谱图。
图2为本发明实施例1中所述含螺吡喃的纳米聚合物颗粒水分散体经紫外光/可见光照射的紫外-可见吸收光谱；图2中a为紫外光照射后的紫外吸收光谱，b为可见光照射后的吸收光谱。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
实施例1
本实施例中所述含螺吡喃光致变色分子基团的纳米聚合物颗粒水分散体采用细乳液聚合反应工艺合成，包括以下步骤：
1)配制水相：将乳化剂、pH缓冲液和水混合，所述乳化剂为十二烷基磺酸钠、所述pH缓冲剂为碳酸氢钠；其中十二烷基硫酸钠含量20mmol/L，碳酸氢钠含量10mmol/L；其余为水；
2)配制油相：将单体、交联剂和助稳定剂混合，所述单体选自0.1份的甲基丙烯酸N-羟乙基螺吡喃酯和2份甲基丙烯酸甲酯，所述交联剂选自0.1份1,4-丁二醇二丙烯酸酯，所述助稳定剂为0.05份重均分子量5000聚苯乙烯；
3)混合和乳化：将所述水相和所述油相混合乳化并均质乳化形成细乳液；水相和油相的质量比为1:1混合，机械搅拌乳化形成宏乳液后再在温度不超过30-35℃条件下超声均质乳化数分钟形成细乳液；
4)细乳液聚合反应：向所述细乳液中加入0.02份引发剂反应，反应温度为60～65℃，所述引发剂为20wt％的水溶性的过硫酸钾水溶液，反应时间为4小时。
市售多乐士白色聚丙烯酸酯内墙乳胶漆用水调整至30-50％固含量，然后与上述制备的含螺吡喃光致变色分子基团的纳米聚合物颗粒水分散体以质量比20:1混合均匀即可制备本发明中对紫外光具有相应特性的高分子水性涂料。
采用热封方式把上述制备的高分子水性涂料刷涂在纯木浆厚纸上，干燥后成膜状，置入透明塑料袋中悬挂在紫外消毒灯曝光处，数分钟后颜色由无色或极浅紫色变成深蓝紫色。该颜色暴露在白光下数小时后可返回原始浅色状态。
实施例2
仅把实施例1步骤2)中市售多乐士白色聚丙烯酸酯内墙乳胶漆换成多乐士白色聚丙烯酸酯外墙白色乳胶漆，其余与实施例1完全相同。
采用热封方式把上述制备的高分子水性涂料刷涂在纯木浆厚纸上，干燥后成膜状，置入透明塑料袋中悬挂在紫外消毒灯曝光处，数分钟后颜色由无色或极浅紫色变成深蓝紫色。该颜色暴露在白光下数小时后可返回原始浅色状态。
实施例3
仅把实施例1步骤1)中交联剂换成二乙烯基苯0.2份，其余与实施例1完全相同。
采用热封方式把上述制备的高分子水性涂料刷涂在纯木浆厚纸上，干燥后成膜状，置入透明塑料袋中悬挂在紫外消毒灯曝光处，数分钟后颜色由无色或极浅紫色变成深蓝紫色。该颜色暴露在白光下数小时后可返回原始浅色状态。
以上所述，仅是本发明的较佳实施实例而已，并非对本发明的技术方案作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施实例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种对紫外光具有相应特性的高分子水性涂料，其特征在于，所述的高分子水性涂料包括以下原料组分及重量份：
含螺吡喃光致变色分子基团的纳米聚合物颗粒水分散体      1份
白色水性涂料                                         1～50份
所述白色水性涂料选自丙烯酸酯白色涂料、水性聚氨酯白色涂料或醇酸树脂白色涂料中的一种。
2.如权利要求1所述高分子水性涂料，其特征在于，所述含螺吡喃光致变色分子基团的纳米聚合物颗粒水分散体采用细乳液聚合反应工艺合成，包括以下步骤：
1)配制水相：将乳化剂、pH缓冲液和水混合，所述乳化剂为十二烷基磺酸钠、所述pH缓冲剂为碳酸氢钠；
2)配制油相：将单体、交联剂和助稳定剂混合，所述单体选自甲基丙烯酸N-羟乙基螺吡喃酯和甲基丙烯酸甲酯，所述交联剂选自1,4-丁二醇二丙烯酸酯、二乙烯基苯、1,4-丁二醇二丙烯酸酯和二甲基丙烯酸乙二醇酯中的一种，所述助稳定剂为聚苯乙烯；
3)混合和乳化：将所述水相和所述油相混合乳化并均质乳化形成细乳液，乳化温度为30-35℃；
4)细乳液聚合反应：向所述细乳液中加入引发剂反应，反应温度为60～65℃，所述引发剂为水溶性的过硫酸钾水溶液或水溶性的过硫酸铵水溶液中的一种。
3.如权利要求2中所述高分子水性涂料，其特征在于，步骤2)中所述聚苯乙烯的分子量为6000～7000。
4.如权利要求2中所述高分子水性涂料，其特征在于，步骤3)中混合时所述水相和所述油相的质量比为0.5～2:1。
5.如权利要求2中所述高分子水性涂料，其特征在于，步骤4)中所述反应的反应时间为4～6个小时。
6.如权利要求2中所述高分子水性涂料，其特征在于，所述水相中所述乳化剂的含量为10～30mmol/L，所述pH缓冲剂的含量为5～20mmol/L。
7.如权利要求2中所述高分子水性涂料，其特征在于，步骤2)所述油相中所述甲基丙烯酸N-羟乙基螺吡喃酯与甲基丙烯酸甲酯的质量比为1:20～50；所述单体与所述交联剂的质量比为40～20:1；所述助稳定剂与所述单体的质量比为1:20～50。
8.如权利要求2中所述高分子水性涂料，其特征在于，步骤4)中所述水溶性的过硫酸钾或过硫酸铵中的一种的水溶液的浓度为15～25wt％。
9.如权利要求2中所述高分子水性涂料，其特征在于，步骤4)中引发剂的质量为所述单体质量的1～3wt％。
10.一种如权利要求1-9任一所述高分子水性涂料的用途，为将所述高分子水性涂料刷涂至原木纸浆纸张、塑料、或玻璃表面，用做紫外光照指示标记物。
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