CN109370195A - 一种防紫外线的光变色聚氨酯复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种防紫外线的光变色聚氨酯复合材料，按重量份其组成，聚氨酯为85份‑120份；聚醚酰亚胺为3份‑5份；聚对苯二甲酸乙二醇酯改性光致变色剂为10份‑15份；助剂为1份‑5份；光致变色剂为无机光致变色剂和有机光致变色剂。本技术方案中，通过在聚氨酯中添加聚对苯二甲酸乙二醇酯改性光致变色剂，通过聚对苯二甲酸乙二醇酯的包覆，实现该光致变色材料在聚氨酯中的分布均匀性，并且该有机光致变色剂根据不同的光线，变换成不同的颜色，提高了聚氨酯的使用范围。

Description

一种防紫外线的光变色聚氨酯复合材料
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，特别是指一种通过光线的变化，复合材料的颜色进行相应变化及防紫外线的高分子聚氨酯复合材料。
背景技术
聚氨酯是聚氨基甲酸酯的简称，其应用领域涉及轻工、化工、电子、纺织、医疗、建筑、建材、汽车、国防、航天及航空等，被誉为第五大塑料。
聚氨酯虽然应用领域广泛，但是聚氨酯的染色性差，为了提高聚氨酯的色彩，均是在聚氨酯内添加大量的颜料来实现的，但是颜料与聚氨酯的相容性较差，虽然使用相容剂能够提高颜料与聚氨酯的相容性，但是颜色单一，使得聚氨酯的应用范围受到一定的影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种防紫外线的光变色聚氨酯复合材料，其不仅保留了聚氨酯的全部优点，而而且能够解决现有技术中，聚氨酯的颜色单一及不具有防紫外线的问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种防紫外线的光变色聚氨酯复合材料，按重量份其组成为：
所述光致变色剂包括无机光致变色剂和有机光致变色剂。
所述无机光致变色剂为以CaHfO3为基体材料的无机光致变色材料，其表达式为M1-XHfO3：xR，其中，M为碱土金属元素Ca、Sr、Ba中的一种；x为R的掺杂量，0≤x≤0.03；R为掺杂到基体材料中的稀土元素，选自Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu中的一种或多种。
所述无机光致变色剂与所述有机光致变色剂的质量比为1：3。
所述聚对苯二甲酸乙二醇酯改性光致变色剂中，所述光致变色剂占所述聚对苯二甲酸乙二醇酯改性光致变色剂总重量的0.1％-5％。
所述有机光致变色剂为螺毗喃和偶氮苯。
所述助剂包括氧化剂、相容剂、抗老化剂、光稳定剂中的一种或多种组合。
所述聚对苯二甲酸乙二醇酯改性光致变色剂的制备方法，包括以下步骤：
1)向反应器中加入对苯二甲酸、乙二醇，反应器加热升温并进行搅拌，进行酯化反应，生成酯化产物，冷却至固体；
2)将酯化产物研磨成粉末，得到酯化产物粉末；
3)将酯化产物粉末、无机变色剂及有机变色剂充分混合后进行真空缩聚反应，制得聚对苯二甲酸乙二醇酯改性光致变色剂。
其中，步骤1)中的反应温度为180-220℃；反应时间为1-4小时。
本发明的有益效果是：
本技术方案中，通过在聚氨酯中添加聚对苯二甲酸乙二醇酯改性光致变色剂，通过聚对苯二甲酸乙二醇酯的包覆，实现该光致变色材料在聚氨酯中的分布均匀性，并且通过使用有机光致变色剂，当可见光照射到复合材料上时，会导致按设计添加的有机光致变色剂的颜色变化，改变可见光的透光性能，提高聚氨酯的色彩多样性。
本技术方案通过使用无机光致变色剂，根据紫外线的照射能够改变相应的颜色，从而起到阻挡紫外线的功能。
具体实施方式
以下通过实施例来详细说明本发明的技术方案，以下的实施例仅是示例性的，仅能用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为是对本发明技术方案的限制。
本申请各实施例中，其中无机光致变色剂为依据中国专利申请号201410622103.1制备的无机可逆光致变色剂，因为在其中使用不同的稀土元素，会使得纤维呈现不同的变色效果，在实际的生产中，可以根据需要进行改变稀土元素。
一种防紫外线的光变色聚氨酯复合材料，按重量份其组成为：
所述光致变色剂包括无机光致变色剂和有机光致变色剂。
所述无机光致变色剂为以CaHfO3为基体材料的无机光致变色材料，其表达式为M1-XHfO3：xR，其中，M为碱土金属元素Ca、Sr、Ba中的一种；x为R的掺杂量，0≤x≤0.03；R为掺杂到基体材料中的稀土元素，选自Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu中的一种或多种。
在本申请的其它实施例中，稀土元素可以根据需要改变的颜色进行改变，因为稀土元素的种类较多，在本申请的以下实施例中，均以CaHfO3：La2O3为例进行说明，但是决不能认为本申请的无机光致变色剂仅适用于CaHfO3：La2O3，而是可以适用于稀土的其它元素，比如，CaHfO3：Sc2O3、CaHfO3：Y2O3、CaHfO3：CeO2、CaHfO3：Pr2O3、CaHfO3：Nd2O3、CaHfO3：Sm2O3、CaHfO3：Eu2O3、CaHfO3：Gd2O3、CaHfO3：Tb2O3、CaHfO3：Dy2O3、CaHfO3：Ho2O3、CaHfO3：Er2O3、CaHfO3：Tm2O3、CaHfO3：Yb2O3、CaHfO3：Lu2O3仅是因为申请文件的篇幅问题，不进行一一列出。
所述聚对苯二甲酸乙二醇酯改性光致变色剂中，所述光致变色剂占所述聚对苯二甲酸乙二醇酯改性光致变色剂总重量的0.1％-5％。
有机光致变色剂为螺毗喃和偶氮苯；本申请的下列实施例仅列出螺毗喃和偶氮苯按质量比为1：1的一种组合，其它组合在说明书中不进行说明。
助剂包括氧化剂、相容剂、抗老化剂、光稳定剂中的一种或多种组合。在本申请中，助剂均为现有技术，助剂的使用并不在本申请的改进技术方案中，因此，本申请不对助剂的具体组分进行说明，能够用于本申请中的所助剂均能够适用。
在本申请中，通过使用聚醚酰亚胺，能够保证聚甲基丙烯酸甲酯改性光致变色剂在复合材料中的分布均匀且防止聚甲基丙烯酸甲酯改性光致变色剂的聚集，同时聚醚酰亚胺的使用能够提高复合材料的机械性能、耐磨性能及阻燃性能。
聚对苯二甲酸乙二醇酯改性光致变色剂的制备方法，包括以下步骤：
1)向反应器中加入对苯二甲酸、乙二醇，反应器加热升温并进行搅拌，进行酯化反应，生成酯化产物，冷却至固体；反应温度为180-220℃；反应时间为1-4小时。
2)将酯化产物研磨成粉末，得到酯化产物粉末；
3)将酯化产物粉末、无机光致变色剂及有机光致变色剂充分混合后进行真空缩聚反应，制得聚对苯二甲酸乙二醇酯改性光致变色剂。在进行真空缩聚反应时，真空在本申请中是保持稳定的，不能采用现有些技术中所采用的前期低真空后期高真空的缩聚条件。
在本申请中，进行真空缩聚时，不使用催化剂，因为产物中使用的稀土元素在反应过程中，起到了替代催化剂的作用，若加入催化剂，会导致影响光变色性能。
经过真空缩聚后的聚对苯二甲酸乙二醇酯改性光致变色剂，为以光致变色剂为核包覆聚对苯二甲酸乙二醇酯外壳的壳核结构，该壳核结构能够保证与高分子纤维之间的稳定结合、并且分布均匀。
实施例1
一种防紫外线的光变色聚氨酯复合材料，按重量份其组成为：
光致变色剂其中的无机光致变色剂为CaHfO3：La2O3。
聚对苯二甲酸乙二醇酯改性光致变色剂中，光致变色剂占聚对苯二甲酸乙二醇酯改性光致变色剂总重量的0.1％。
有机光致变色剂为螺毗喃和偶氮苯的组合物，其中螺毗喃和偶氮苯的质量比1:1。
助剂包括氧化剂、相容剂、抗老化剂、光稳定剂中的一种或多种组合。
聚对苯二甲酸乙二醇酯改性光致变色剂的制备方法，包括以下步骤：
1)向反应器中加入对苯二甲酸、乙二醇反应温度为180℃；反应时间为1小时，反应器加热升温并进行搅拌，进行酯化反应，生成酯化产物，冷却至固体；
2)将酯化产物研磨成粉末，得到酯化产物粉末；
3)将酯化产物粉末、CaHfO3：La2O3、螺毗喃和偶氮苯充分混合后进行真空缩聚反应，制得聚对苯二甲酸乙二醇酯改性光致变色剂。
在本发明的以下实施例中，聚对苯二甲酸乙二醇酯改性光致变色剂的制备方法均相同，在以下的实施例中，不进行一一说明。
实施例2
一种防紫外线的光变色聚氨酯复合材料，按重量份其组成为：
光致变色剂其中的无机光致变色剂为CaHfO3：La2O3。
聚对苯二甲酸乙二醇酯改性光致变色剂中，光致变色剂占聚对苯二甲酸乙二醇酯改性光致变色剂总重量的5％。
有机光致变色剂为螺毗喃和偶氮苯的组合物，其中螺毗喃和偶氮苯的质量比1:1。
助剂包括氧化剂、相容剂、抗老化剂、光稳定剂中的一种或多种组合。
实施例3
一种防紫外线的光变色聚氨酯复合材料，按重量份其组成为：
光致变色剂其中的无机光致变色剂为CaHfO3：La2O3。
聚对苯二甲酸乙二醇酯改性光致变色剂中，光致变色剂占聚对苯二甲酸乙二醇酯改性光致变色剂总重量的0.5％。
有机光致变色剂为螺毗喃和偶氮苯的组合物，其中螺毗喃和偶氮苯的质量比1:1。
助剂包括氧化剂、相容剂、抗老化剂、光稳定剂中的一种或多种组合。
实施例4
一种防紫外线的光变色聚氨酯复合材料，按重量份其组成为：
光致变色剂其中的无机光致变色剂为CaHfO3：La2O3。
聚对苯二甲酸乙二醇酯改性光致变色剂中，光致变色剂占聚对苯二甲酸乙二醇酯改性光致变色剂总重量的1％。
有机光致变色剂为螺毗喃和偶氮苯的组合物，其中螺毗喃和偶氮苯的质量比1:1。
助剂包括氧化剂、相容剂、抗老化剂、光稳定剂中的一种或多种组合。
实施例5
一种防紫外线的光变色聚氨酯复合材料，按重量份其组成为：
光致变色剂其中的无机光致变色剂为CaHfO3：La2O3。
聚对苯二甲酸乙二醇酯改性光致变色剂中，光致变色剂占聚对苯二甲酸乙二醇酯改性光致变色剂总重量的2％。
有机光致变色剂为螺毗喃和偶氮苯的组合物，其中螺毗喃和偶氮苯的质量比1:1。
助剂包括氧化剂、相容剂、抗老化剂、光稳定剂中的一种或多种组合。
实施例6
一种防紫外线的光变色聚氨酯复合材料，按重量份其组成为：
光致变色剂其中的无机光致变色剂为CaHfO3：La2O3。
聚对苯二甲酸乙二醇酯改性光致变色剂中，光致变色剂占聚对苯二甲酸乙二醇酯改性光致变色剂总重量的3％。
有机光致变色剂为螺毗喃和偶氮苯的组合物，其中螺毗喃和偶氮苯的质量比1:1。
助剂包括氧化剂、相容剂、抗老化剂、光稳定剂中的一种或多种组合。
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、替换和变形，本发明的范围由所附权利要求极其等同限定。

Claims (8)

1.一种防紫外线的光变色聚氨酯复合材料，其特征在于，按重量份其组成为：
所述光致变色剂包括无机光致变色剂和有机光致变色剂。
2.根据权利要求1所述的防紫外线的光变色聚氨酯复合材料，其特征在于，所述无机光致变色剂为以CaHfO3为基体材料的无机光致变色材料，其表达式为M1-XHfO3：xR，其中，M为碱土金属元素Ca、Sr、Ba中的一种；x为R的掺杂量，0≤x≤0.03；R为掺杂到基体材料中的稀土元素，选自Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的防紫外线的光变色聚氨酯复合材料，其特征在于，所述无机光致变色剂与所述有机光致变色剂的质量比为1：3。
4.根据权利要求1所述的防紫外线的光变色聚氨酯复合材料，其特征在于，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯改性光致变色剂中，所述光致变色剂占所述聚对苯二甲酸乙二醇酯改性光致变色剂总重量的0.1％-5％。
5.根据权利要求1所述的防紫外线的光变色聚氨酯复合材料，其特征在于，所述有机光致变色剂为螺毗喃和偶氮苯。
6.根据权利要求1所述的防紫外线的光变色聚氨酯复合材料，其特征在于，所述助剂包括氧化剂、相容剂、抗老化剂、光稳定剂中的一种或多种组合。
7.根据权利要求1所述的防紫外线的光变色聚氨酯复合材料，其特征在于，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯改性光致变色剂的制备方法，包括以下步骤：
1)向反应器中加入对苯二甲酸、乙二醇，反应器加热升温并进行搅拌，进行酯化反应，生成酯化产物，冷却至固体；
2)将酯化产物研磨成粉末，得到酯化产物粉末；
3)将酯化产物粉末、无机变色剂及有机变色剂充分混合后进行真空缩聚反应，制得聚对苯二甲酸乙二醇酯改性光致变色剂。
8.根据权利要求7所述的防紫外线的光变色聚氨酯复合材料，其特征在于，其中，步骤1)中的反应温度为180-220℃；反应时间为1-4小时。
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