CN106496870A - 一种氟化自洁型塑料板材及其制备方法 - Google Patents

一种氟化自洁型塑料板材及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种氟化自洁型塑料板材，它是由下述重量份的原料组成的：聚甘油‑10油酸酯0.3‑1、蒙脱土6‑8、烷基苯磺酸钠0.7‑1、n‑水杨酰苯胺0.4‑1、四氯化钛10‑14、氯化铁3.7‑4、25‑30%的过氧化氢6‑8、甲基丙烯酸甲酯7‑9、偶氮二异丁腈0.1‑0.2、聚氯乙烯100‑130、硅烷偶联剂kh5600.7‑1、2‑溴‑4‑甲基苯酚0.6‑1、三羟甲基丙烷0.3‑1、硫酸铝铵2‑3、全氟丁基磺酸钾0.7‑1、氟化钙2‑3。本发明加入的铁掺杂二氧化钛具有很好的光催化能力，可以将板材表面附着的污染物降解去除，从而实现自清洁性能。

Description

一种氟化自洁型塑料板材及其制备方法
技术领域
本发明涉及板材技术领域，尤其涉及一种氟化自洁型塑料板材及其制备方法。
背景技术
二氧化钛是一种过渡金属氧化物同时也是一种半导体材料,由于其具有较好的生物相容性，可抵抗化学腐蚀，对人体无害等优点，同时，钛源含量的物质丰富使二氧化钛物产丰富且价格低廉，因此得到了人们广泛的关注，二氧化钛的应用体现在人们生活的各个方面，目前二氧化钛的无机制品使用量已达到世界领先水平。由于二氧化钛的特性，可以作为非常重要的无机化工材料，故其在国防航空事业，工业生产，尖端科技等众多领域有着巨大的影响力与应用。二氧化钛又可以作为白色颜料，使用钛白粉生产出来的涂料拥有色彩鲜艳，着色能力强，遮盖力高等优点，并且其使用寿命较其他颜料较长，故其使用量占到所有白色颜料的 80%。而非颜料级别的二氧化钛依然拥有广泛的应用领域，主要集中在冶金、陶瓷、玻璃、板材等领域；由于二氧化钛具有吸收紫外线的能力和较高的光催化活性，故可以利用此特性来制备催化剂，吸附剂，杀菌剂等，在上个世纪的 70 年代，人们就发现向水中添加二氧化钛，在可见光的照射下，水可以分解成氧气和氢气。随后，又因为二氧化钛特有的物理化学性质和各项优异性能，所以被广泛应用在众多的领域，包括环境、能源、信息、材料、卫生、建筑、医疗等，尤其在光催化、太阳能电池、气体传感器、杀菌等领域，体现出很大的研究价值；
纳米二氧化钛具有优异的光催化活性，有着十分广泛的应用前景，然而，也存在着一些不足之处，纳米二氧化钛必须在紫外光的促进下，才能起到催化剂的作用，对太阳光能产生了极大的浪费，这在很大程度上限制了纳米二氧化钛的使用。所以我们需要通过改性这种方法提高纳米二氧化钛对太阳能的利用，使它可以充分利用可见光区的光。研究表明，当减小纳米二氧化钛颗粒的尺寸时，其表面积，表面张力与表面能会随之增强。相应具有了小尺寸效应，量子尺寸效应，表面效应等特性，这些特质也使得二氧化钛成为了应用广泛的各种无机材料制品；
光催化材料改善了人们的生存环境，我们利用光催化材料的光电特性，不仅可以用于制备太阳能电池，还可以降解污染物，维护生态平衡。然而需要解决的问题是，光催化材料还不能较为高效的利用太阳能，这导致能源转换率低或光催化降解效率差等缺点；一方面资源短缺，一方面不能有效利用有效能源（可见光部分），都将会造成资源的极大损失。因此，针对如何提高二氧化钛作为光催化效率的问题，仍需进一步研究及改进；
聚丙烯酸酯具有无污染、成本低等优点，在建筑、汽车、包装、印刷等领域得到了较为广泛的应用，但也存在耐热性、硬度等较差等问题，在一定程度上限制其应用，采用无机纳米二氧化钛改性聚丙烯酸酯，可以显著提高聚丙烯酸酯的硬度、耐热性、冲击强度等性能，从而进一步扩大其使用范围；
然而，由于纳米二氧化钛的比表面积大、表面能高，处于非热力学稳定态，所制备的复合材料易存在纳米粒子团聚、复合材料储存稳定性差、制备工艺复杂等缺点。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种氟化自洁型塑料板材及其制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种氟化自洁型塑料板材，它是由下述重量份的原料组成的：
聚甘油-10油酸酯0.3-1、蒙脱土6-8、烷基苯磺酸钠0.7-1、n-水杨酰苯胺0.4-1、四氯化钛10-14、氯化铁3.7-4、25-30%的过氧化氢6-8、甲基丙烯酸甲酯7-9、偶氮二异丁腈0.1-0.2、聚氯乙烯100-130、硅烷偶联剂kh5600.7-1、2-溴-4-甲基苯酚0.6-1、三羟甲基丙烷0.3-1、硫酸铝铵2-3、全氟丁基磺酸钾0.7-1、氟化钙2-3。
一种所述的氟化自洁型塑料板材的制备方法，包括以下步骤：
（1）将上述蒙脱土在700-800℃下煅烧1-2小时，冷却，磨成细粉，与上述硫酸铝铵混合，加入到混合料重量13-20倍的去离子水中，在57-60℃下保温搅拌30-40分钟，加入上述n-水杨酰苯胺，搅拌至常温，过滤，将沉淀水洗3-4次，常温干燥，得改性蒙脱土；
（2）取上述烷基苯磺酸钠，加入到其重量17-20倍的去离子水中，搅拌均匀，升高温度为54-60℃，保温搅拌3-6分钟，加入上述氟化钙，搅拌至常温，得氟化分散液；
（3）将上述四氯化钛加入到其重量60-70倍的去离子水中，搅拌均匀，加入上述氯化铁，滴加浓度为5.4-6%的氨水溶液，调节pH为8-9，抽滤，将沉淀加入到其重量40-50倍的去离子水中，超声6-10分钟，加入上述25-30%的过氧化氢，磁力搅拌20-30分钟，加入上述氟化分散液，搅拌均匀，升高温度为100-105℃，保温搅拌4-5小时，送入57-60℃的烘箱中，烘干，出料，得铁掺杂二氧化钛；
（4）取上述硅烷偶联剂kh560，加入到其重量50-60倍的丙酮中，滴加乙酸，调节pH为5-6，搅拌均匀，加入上述铁掺杂二氧化钛，超声20-30分钟，抽滤，得硅烷接枝掺杂二氧化钛；
（5）取上述硅烷接枝掺杂二氧化钛、改性蒙脱土混合，加入到混合重量37-40倍的二甲基亚砜中，超声5-7分钟，加入上述甲基丙烯酸甲酯、偶氮二异丁腈，在57-60℃下保温搅拌4-6小时，离心分离，将沉淀用无水乙醇洗涤3-4次，在50-60℃下真空干燥1-2小时，得掺杂二氧化钛接枝聚合物；
（6）将上述2-溴-4-甲基苯酚加入到其重量10-15倍的无水乙醇中，搅拌均匀，升高温度为70-80℃，加入聚甘油-10油酸酯，保温搅拌4-10分钟，冷却至常温，得醇分散液；
（7）将上述掺杂二氧化钛接枝聚合物加入到上述醇分散液中，搅拌混合20-30分钟，过滤，将沉淀水洗2-3次，在47-59℃下真空干燥1-2小时，与剩余各原料混合，在70-80℃下保温搅拌1-2小时，送入到双螺杆挤出机，挤出、模具成型、截切，覆膜，即得所述塑料板材。
本发明的优点是：
本发明将硅烷偶联剂锚固于较小的团聚体表面，降低了掺杂二氧化钛粒子的表面能和表面活性，阻止掺杂粒子自身发生软团聚现象，由于掺杂粒子粒径很小，增强了覆盖于掺杂粒子表面的偶联剂分子之间的作用力以及由于偶联剂吸附而产生的空间位阻排斥力，其次，在通过原位乳液接枝将聚甲基丙烯酸甲酯接枝于硅烷处理后的粒子表面，实现粒子表面的完全有机化，导致无机纳米掺杂粒子表面的碳链被延长，尤其是聚甲基丙烯酸甲酯的线性长链分子被乳液接枝引入后，明显改善了无机/有机两相的界面结构，增加了相容性，提高了复合材料的稳定性；本发明加入的掺杂二氧化钛接枝聚合物会增加基体树脂分子链段间的交联密度，导致有机基体高分子链段间距离变短，分子间的作用力加强，其次，锚固接枝和乳液接枝的实现，使得两相界面相容性被改善，界面粘接作用进一步被加强，这些作用的最终结果都导致体系内有机分子链运动能力降低，提高了复合材料的耐热性能，另外，本发明加入的铁掺杂二氧化钛具有很好的光催化能力，可以将板材表面附着的污染物降解去除，从而实现自清洁性能，本发明的板材具有很好的疏水性，耐候性好，抗冲击强度高，韧性好。
具体实施方式
一种氟化自洁型塑料板材，它是由下述重量份的原料组成的：
聚甘油油酸酯0.3、蒙脱土6、烷基苯磺酸钠0.7、n-水杨酰苯胺0.4、四氯化钛10、氯化铁3.7、25%的过氧化氢6、甲基丙烯酸甲酯7、偶氮二异丁腈0.1、聚氯乙烯100、硅烷偶联剂kh5600.7、2-溴甲基苯酚0.6、三羟甲基丙烷0.3、硫酸铝铵2、全氟丁基磺酸钾0.7、氟化钙2。
一种所述的氟化自洁型塑料板材的制备方法，包括以下步骤：
（1）将上述蒙脱土在700℃下煅烧1小时，冷却，磨成细粉，与上述硫酸铝铵混合，加入到混合料重量13倍的去离子水中，在57℃下保温搅拌30分钟，加入上述n水杨酰苯胺，搅拌至常温，过滤，将沉淀水洗3次，常温干燥，得改性蒙脱土；
（2）取上述烷基苯磺酸钠，加入到其重量17倍的去离子水中，搅拌均匀，升高温度为54℃，保温搅拌3分钟，加入上述氟化钙，搅拌至常温，得氟化分散液；
（3）将上述四氯化钛加入到其重量60倍的去离子水中，搅拌均匀，加入上述氯化铁，滴加浓度为5.4%的氨水溶液，调节pH为8，抽滤，将沉淀加入到其重量40倍的去离子水中，超声6分钟，加入上述25%的过氧化氢，磁力搅拌20分钟，加入上述氟化分散液，搅拌均匀，升高温度为100℃，保温搅拌4小时，送入57℃的烘箱中，烘干，出料，得铁掺杂二氧化钛；
（4）取上述硅烷偶联剂kh560，加入到其重量50倍的丙酮中，滴加乙酸，调节pH为5，搅拌均匀，加入上述铁掺杂二氧化钛，超声20分钟，抽滤，得硅烷接枝掺杂二氧化钛；
（5）取上述硅烷接枝掺杂二氧化钛、改性蒙脱土混合，加入到混合重量37倍的二甲基亚砜中，超声5分钟，加入上述甲基丙烯酸甲酯、偶氮二异丁腈，在57℃下保温搅拌4小时，离心分离，将沉淀用无水乙醇洗涤3次，在50℃下真空干燥1小时，得掺杂二氧化钛接枝聚合物；
（6）将上述2溴甲基苯酚加入到其重量10倍的无水乙醇中，搅拌均匀，升高温度为70℃，加入聚甘油油酸酯，保温搅拌4分钟，冷却至常温，得醇分散液；
（7）将上述掺杂二氧化钛接枝聚合物加入到上述醇分散液中，搅拌混合20分钟，过滤，将沉淀水洗2次，在47℃下真空干燥1小时，与剩余各原料混合，在70℃下保温搅拌1小时，送入到双螺杆挤出机，挤出、模具成型、截切，覆膜，即得所述塑料板材。
性能测试：
拉伸强度： 46.8MPa；
弯曲强度： 79MPa；
阻燃性：离火即熄，没有黑烟。

Claims (2)

1.一种氟化自洁型塑料板材，其特征在于，它是由下述重量份的原料组成的：
聚甘油-10油酸酯0.3-1、蒙脱土6-8、烷基苯磺酸钠0.7-1、n-水杨酰苯胺0.4-1、四氯化钛10-14、氯化铁3.7-4、25-30%的过氧化氢6-8、甲基丙烯酸甲酯7-9、偶氮二异丁腈0.1-0.2、聚氯乙烯100-130、硅烷偶联剂kh5600.7-1、2-溴-4-甲基苯酚0.6-1、三羟甲基丙烷0.3-1、硫酸铝铵2-3、全氟丁基磺酸钾0.7-1、氟化钙2-3。
2.一种如权利要求1所述的氟化自洁型塑料板材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将上述蒙脱土在700-800℃下煅烧1-2小时，冷却，磨成细粉，与上述硫酸铝铵混合，加入到混合料重量13-20倍的去离子水中，在57-60℃下保温搅拌30-40分钟，加入上述n-水杨酰苯胺，搅拌至常温，过滤，将沉淀水洗3-4次，常温干燥，得改性蒙脱土；
（2）取上述烷基苯磺酸钠，加入到其重量17-20倍的去离子水中，搅拌均匀，升高温度为54-60℃，保温搅拌3-6分钟，加入上述氟化钙，搅拌至常温，得氟化分散液；
（3）将上述四氯化钛加入到其重量60-70倍的去离子水中，搅拌均匀，加入上述氯化铁，滴加浓度为5.4-6%的氨水溶液，调节pH为8-9，抽滤，将沉淀加入到其重量40-50倍的去离子水中，超声6-10分钟，加入上述25-30%的过氧化氢，磁力搅拌20-30分钟，加入上述氟化分散液，搅拌均匀，升高温度为100-105℃，保温搅拌4-5小时，送入57-60℃的烘箱中，烘干，出料，得铁掺杂二氧化钛；
（4）取上述硅烷偶联剂kh560，加入到其重量50-60倍的丙酮中，滴加乙酸，调节pH为5-6，搅拌均匀，加入上述铁掺杂二氧化钛，超声20-30分钟，抽滤，得硅烷接枝掺杂二氧化钛；
（5）取上述硅烷接枝掺杂二氧化钛、改性蒙脱土混合，加入到混合重量37-40倍的二甲基亚砜中，超声5-7分钟，加入上述甲基丙烯酸甲酯、偶氮二异丁腈，在57-60℃下保温搅拌4-6小时，离心分离，将沉淀用无水乙醇洗涤3-4次，在50-60℃下真空干燥1-2小时，得掺杂二氧化钛接枝聚合物；
（6）将上述2-溴-4-甲基苯酚加入到其重量10-15倍的无水乙醇中，搅拌均匀，升高温度为70-80℃，加入聚甘油-10油酸酯，保温搅拌4-10分钟，冷却至常温，得醇分散液；
（7）将上述掺杂二氧化钛接枝聚合物加入到上述醇分散液中，搅拌混合20-30分钟，过滤，将沉淀水洗2-3次，在47-59℃下真空干燥1-2小时，与剩余各原料混合，在70-80℃下保温搅拌1-2小时，送入到双螺杆挤出机，挤出、模具成型、截切，覆膜，即得所述塑料板材。
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