CN108249431B - 一种石墨烯基全波段紫外屏蔽材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种石墨烯基全波段紫外屏蔽材料的制备方法，属于防护功能材料制备技术领域。本发明将石墨烯分散在溶剂中后加入MBBT有机紫外吸收剂，超声分散后升温至沸腾，回收溶剂后得石墨烯‑MBBT，干燥后即可得到石墨烯基全波段紫外屏蔽材料，本发明通过引入石墨烯载体材料来控制MBBT的粒径尺寸，从而大幅提高了MBBT的紫外吸收性能，制备方法简便，易于操作，制得的石墨烯基全波段紫外屏蔽材料具有优异的全波段紫外阻隔效果，对UVA和UVB的屏蔽能力强。

Description

一种石墨烯基全波段紫外屏蔽材料的制备方法
技术领域
本发明属于防护功能材料制备技术领域，具体涉及一种石墨烯基全波段紫外屏蔽材料的制备方法。
背景技术
太阳辐射的光线中，存在有大约5％的波长≤400nm的紫外线。太阳光中的紫外线，按其波长可以分为：波长为320～400nm的长波紫外线，称为A型紫外线(UVA)；波长为280～320nm的中波紫外线，称为B型紫外线(UVB)以及波长为200～280nm的短波紫外线，称为C型紫外线(UVC)。UVC经过臭氧层时会基本被吸收，不会对地球生物造成危害。研究表明，UVB会造成皮肤的炎症和晒伤；UVA则是晒黑和诱发皮肤癌的主要原因。其中，无机紫外屏蔽剂主要有纳米TiO2和纳米ZnO，纳米TiO2屏蔽UVB的性能优异，但对长波紫外线(简称UVA)的屏蔽效果不理想；而纳米ZnO对UVA的屏蔽效果较好，但其屏蔽UVB性能欠佳，因此很难满足全波段地阻隔紫外线的要求。
与无机紫外屏蔽剂相比，有机紫外吸收剂具有种类丰富、吸收紫外线强等优点，其中2,2'-亚甲基双–(6-(2H-苯并三唑-2-基)-4-(1,1,3,3-四甲基-丁基))苯酚(MBBT)作为有机紫外吸收剂中用量最广泛的一种，特别是具有全波段紫外阻隔的效果。MBBT分子结构中含有吸收紫外线的发色基团，通过散射、吸收的方式实现紫外屏蔽。然而，由于MBBT具有结晶性，通常会形成粒径达1μm以上的颗粒，通常当MBBT的颗粒粒径大于200nm时，其紫外吸收性能大幅下降，不能满足应用需求，限制了其应用。因此，如何降低MBBT的结晶性，以控制颗粒尺寸大小是MBBT在紫外屏蔽应用中首要解决的问题。
发明内容
针对背景技术中所存在的问题，本发明的目的在于通过引入石墨烯载体材料来控制MBBT的粒径尺寸，以获得一种石墨烯基全波段高效紫外屏蔽材料的制备方法。
上述石墨烯基全波段紫外屏蔽材料的制备方法，包括如下步骤：
将石墨烯分散于油相溶剂中，其中石墨烯与油相溶剂质量之比为0.03～0.1:1，然后加入MBBT，其中MBBT与石墨烯质量之比为0.5～1:1；超声分散，均匀混合后，升温至沸腾状态，在沸腾条件下冷凝回收溶剂，直至除去大部分溶剂后，将所得的石墨烯-MBBT在60～80℃条件下干燥30～60分钟，即制得石墨烯基全波段紫外屏蔽材料。
本发明的有益效果是：
1、本发明利用石墨烯表面的亲油性能(能均匀分散于油相体系中)，这便于溶解于油相溶剂中的MBBT能够均匀地吸附在石墨烯表面，从而达到有效降低MBBT的结晶性，控制MBBT的颗粒粒径，从而大幅提高了MBBT的紫外吸收性能，制备方法简便，易于操作；
2、本发明充分利用石墨烯二维薄片状结构的物理阻隔特性和优异的柔韧性，应用于化妆品领域中还可以起到保湿作用，应用于高分子材料中可以提高材料力学性能。
具体实施方式
实施例1
将石墨烯分散于乙酸乙酯中，其中石墨烯与乙酸乙酯质量之比为0.05:1，然后加入MBBT，其中MBBT与石墨烯质量之比为0.6:1；超声分散，均匀混合后，升温至沸腾状态，在沸腾条件下冷凝回收溶剂，直至除去大部分溶剂后，将所得的石墨烯-MBBT在65℃条件下干燥40分钟，即制得石墨烯基全波段紫外屏蔽材料。
实施例2
将石墨烯分散于二氯甲烷中，其中石墨烯与油相溶剂质量之比为0.03:1，然后加入MBBT，其中MBBT与有石墨烯质量之比为0.8:1；超声分散，均匀混合后，升温至沸腾状态，在沸腾条件下冷凝回收溶剂，直至除去大部分溶剂后，将所得的石墨烯-MBBT在75℃条件下干燥30分钟，即制得石墨烯基全波段紫外屏蔽材料。
实施例3
将石墨烯分散于乙酸乙酯中，其中石墨烯与油相溶剂质量之比为0.07:1，然后加入MBBT，其中MBBT与有石墨烯质量之比为0.5:1；超声分散，均匀混合后，升温至沸腾状态，在沸腾条件下冷凝回收溶剂，直至除去大部分溶剂后，将所得的石墨烯-MBBT在60℃条件下干燥60分钟，即制得石墨烯基全波段紫外屏蔽材料。
实施例4
将石墨烯分散于二氯甲烷中，其中石墨烯与油相溶剂质量之比为0.1:1，然后加入MBBT，其中MBBT与有石墨烯质量之比为1:1；超声分散，均匀混合后，升温至沸腾状态，在沸腾条件下冷凝回收溶剂，直至除去大部分溶剂后，将所得的石墨烯-MBBT在80℃条件下干燥50分钟，即制得石墨烯基全波段紫外屏蔽材料。
比较例1
在比较例1中，将实施例4中的包覆MBBT工序去除，其他操作步骤与实施例4相同。
比较例2
在比较例2中，将实施例4中的石墨烯去除，其他操作步骤与实施例4相同。
比较例3
在比较例3中，将实施例4中的石墨烯替换为其他片状材料如高岭土，其他操作步骤与实施例4相同。
将实施例和比较例所制得的复合材料加入乙醇中，配制成20ppm的分散液，再超声分散30分钟后，分别在紫外-可见近红外分光光度计(UV3600，日本岛津公司)上测量光的吸光度，用光程1cm的石英比色皿、以无水乙醇作参比。在308nm处的吸光度用A308表示，其反应是复合粉体对UVB的屏蔽能力，A308越大，说明屏蔽UVB能力越好；在360nm处的吸光度用A360表示，其反应是复合粉体对UVA的屏蔽能力，A360越大，说明屏蔽UVA能力越好。其实验结果如表1所示。从表中可以看出，本发明所制得的石墨烯基紫外屏蔽复合材料具有优异的全波段紫外阻隔效果，对UVA和UVB的屏蔽能力强。
表1 不同材料的吸光度测试
Figure BDA0001606151260000041
从上表1中可以看出，本发明所制得的石墨烯基紫外屏蔽复合材料具有优异的全波段紫外阻隔效果，对UVA和UVB的屏蔽能力强。

Claims (4)

1.一种石墨烯基全波段紫外屏蔽材料的制备方法，其特征在于，具体制备方法为：
将石墨烯分散于油相溶剂中，然后加入2,2'-亚甲基双– (6-(2H-苯并三唑-2-基)-4-(1,1,3,3-四甲基-丁基))苯酚(MBBT)，MBBT与石墨烯质量之比为0.5~1:1，超声分散，均匀混合后升温至沸腾状态，在沸腾条件下冷凝回收溶剂，除去溶剂后，得到石墨烯-MBBT，干燥后即制得石墨烯基全波段紫外屏蔽材料。
2.如权利要求1所述的石墨烯基全波段紫外屏蔽材料的制备方法，其特征在于：所述的石墨烯与油相溶剂质量之比为0.03~0.1:1。
3.如权利要求1或2所述的石墨烯基全波段紫外屏蔽材料的制备方法，其特征在于：所述的油相溶剂为乙酸乙酯或二氯甲烷。
4.如权利要求1所述的石墨烯基全波段紫外屏蔽材料的制备方法，其特征在于：所述的石墨烯-MBBT的干燥温度为60~80℃，干燥时间为30~60分钟。
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