CN113321915A - 一种防紫外老化聚碳酸酯色母粒的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种防紫外老化聚碳酸酯色母粒的制备方法，将二氧化硅分散于三羟甲基胺缓冲溶液，超声，将盐酸多巴胺加入超声、搅拌、离心、洗涤、惰性碳化，然后卤化氢胺溶液中洗涤，得氮掺杂空心球介孔碳；称上述物溶于去离子水，加钛盐和铜盐超声；向上述液加强碱搅拌，再加强还原剂，搅拌、离心、洗涤，得双核氧化亚钛@氧化亚铜@氮掺杂空心球介孔碳；将其在过氧乙酸中搅拌、离心、干燥，得双核二氧化钛@氧化亚铜@氮掺杂空心球介孔碳；将其与聚碳酸酯和EBFF混合，再加辅料，混匀后加入双螺杆挤出机，挤出冷却牵条、风干切粒制得防紫外老化聚碳酸酯色母粒。该母粒1mm打样样片可阻隔紫外线，具有防紫外老化功能，400nm波段紫外阻隔率达95％以上。

Description

一种防紫外老化聚碳酸酯色母粒的制备方法
技术领域
本发明涉及一种防紫外老化聚碳酸酯色母粒及其制备方法，属于防紫外老化材料领域。
背景技术
色母粒是一种常用的塑料着色剂，是由高比例的颜料或添加剂与热塑性树脂，经良好分散而成的塑料着色剂，其所选用的树脂对着色剂具有良好润湿和分散作用，并且与被着色材料具有良好的相容性。即:颜料+载体+添加剂＝色母粒。其具有以下优点：1、使颜料在制品中具有更好的分散性；2、有利于保持颜料的化学稳定性；3、保证制品颜色的稳定；4、保护操作人员的健康；5、保持环境的洁净，不沾污器皿；6、工序简单，转色容易，节省时间和原材料。
聚碳酸酯色母粒是一种用量非常大的着色剂，主要应用于塑料日用品，杯子、垃圾桶、浴室用品、收纳用品、塑料盆、饭盒、塑料餐具、果盘和家居用品等产品。
聚碳酸酯(PC)材料领域存在一种用作添加剂的PC母粒，其中包含改善PC材料性能的添加剂，制成母粒后可直接添加到PC树脂中进而制成板材、薄膜等PC材料。但是，PC本身的透光性强，隔热效果不理想。中国专利CN 201010238295公布了通过添加氧化锡锑(ATO)纳米红外功能粒子制备PC阳光板专用母料，缺点是ATO对紫外线的阻隔效果不佳。因此，在具有可见光透过率高的基础上，制备一种具有防紫外老化功能的聚碳酸脂色母粒成为一个亟待解决的重要课题。
本发明提供了一种防紫外老化聚碳酸酯色母粒及其制备方法，可以使氮更好的取代部分碳，实现合理的氮掺杂；同时，双核结构一方面可反射、散射长波区紫外线，另一方面可吸收比其禁带宽度能量大中波区和短波区紫外线，从而能够提升掺杂产物防紫外老化的能力。来解决上述内容存在的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种防紫外老化聚碳酸酯色母粒及其制备方法，本发明提供的聚碳酸酯色母粒中，添加了双核二氧化钛@氧化亚铜@氮掺杂空心球介孔碳，通过金属掺杂，既能反射、散射紫外线，又能吸收紫外线，从而对紫外线有更强的阻隔能力，进而能够提升掺杂产物防紫外老化的能力。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种防紫外老化聚碳酸酯色母粒及其制备方法，包括如下步骤，
1)将二氧化硅分散于三羟甲基胺缓冲溶液，超声10～20min，将盐酸多巴胺加入上述溶液中，二氧化硅和盐酸多巴胺的质量比为5：1，继续超声5～10min，室温下搅拌20～30h，将悬浊液离心，并且用去离子水和乙醇洗涤3～5次，在惰性气体条件下800～850℃碳化2～3h，然后4～6M卤化氢胺溶液中洗涤24～36h，得氮掺杂空心球介孔碳；
2)称取氮掺杂空心球介孔碳溶于去离子水中，向其加入可溶性钛盐和可溶性铜盐，其中氮掺杂空心球介孔碳、钛盐和铜盐的摩尔比为1:2:1，超声分散30～60min；
3)向上述溶液中加入强碱，磁力搅拌至均匀10～30min，将0.3～0.5g强还原剂加入上述悬浮液中，磁力搅拌10～30min后进行离心，并用去离子水和乙醇洗涤2～3次，得双核氧化亚钛@氧化亚铜@氮掺杂空心球介孔碳；
4)将双核氧化亚钛@氧化亚铜@氮掺杂空心球介孔碳分散在质量分数为10％～15％的过氧乙酸中，磁力搅拌3～5h，然后进行离心并且在60～80℃干燥0.5～2h，得最终产物双核二氧化钛@氧化亚铜@氮掺杂空心球介孔碳；
5)将双核二氧化钛@氧化亚铜@氮掺杂空心球介孔碳与聚碳酸酯和分散剂EBFF混合，其重量份组分分别为30份、65份和5份，再加辅料聚氧化乙烯3份、铝钛复合偶联剂2份、乙二胺四乙酸钠3份，混匀后加入双螺杆挤出机，挤出冷却牵条、风干切粒制得防紫外老化聚碳酸酯色母粒。
优选的，所述步骤1)中，惰性气体是氮气或氩气的一种或其组合；所述卤化氢胺是氯化氢胺或溴化氢胺中的一种或其组合。
优选的，所述步骤2)中，钛盐是钛酸四丁酯、钛酸异丙酯或钛酸乙酯中的一种或其组合；所述铜盐是氯化铜或乙酸铜中的一种或其组合。
优选的，所述步骤3)中，强碱是氢氧化钠或氢氧化钾中的一种或其组合；强还原剂是硼氢化钠或水合肼中的一种或其组合。
优选的，所述步骤5)中，双螺杆挤出机的九段加工温度设定为：一区温度130℃，二区温度180℃，三区温度230℃，四区温度250℃，五区温度260℃，六区温度260℃，七区温度240℃，八区温度200℃，九区温度180℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明的目的在于提供一种高透红外阻隔聚碳酸酯色母粒的制备方法，本发明提供的聚碳酸酯色母粒中，添加了双核二氧化钛@氧化亚铜@氮掺杂空心球介孔碳，通过金属掺杂，可以使氮更好的取代部分碳，实现合理的氮掺杂；同时，双核结构一方面可反射、散射长波区紫外线，另一方面可吸收比其禁带宽度能量大中波区和短波区紫外线，从而能够提升掺杂产物防紫外老化的能力。
附图说明
图1为实施例1双核二氧化钛@氧化亚铜@氮掺杂空心球介孔碳的紫外吸收图
图2为实施例2双核二氧化钛@氧化亚铜@氮掺杂空心球介孔碳的SEM图
图3为实施例3制得的防紫外老化聚碳酸酯色母粒截面SEM图
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，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：
将二氧化硅分散于三羟甲基胺缓冲溶液，超声20min，将盐酸多巴胺加入上述溶液中，二氧化硅和盐酸多巴胺的质量比为5:1，继续超声5min，室温下搅拌20h，将悬浊液离心，并且用去离子水和乙醇洗涤3次，在氮气条件下850℃碳化2h，然后6M氯化氢胺溶液中洗涤24h，得氮掺杂空心球介孔碳；称取氮掺杂空心球介孔碳溶于去离子水中，向其加入可溶性钛酸四丁酯和可溶性氯化铜，其中氮掺杂空心球介孔碳、钛酸四丁酯和氯化铜的摩尔比为1:2:1，超声分散30min，标记为悬浮液A；向上述溶液A中加入氢氧化钠，磁力搅拌至均匀20min，将0.3g硼氢化钠加入上述悬浮液中，磁力搅拌10min后进行离心，并用去离子水和乙醇洗涤3次，得双核氧化亚钛@氧化亚铜@氮掺杂空心球介孔碳；将双核氧化亚钛@氧化亚铜@氮掺杂空心球介孔碳分散在质量分数为10％的过氧乙酸中，磁力搅拌5h，然后进行离心并且在80℃干燥1h，得最终产物双核二氧化钛@氧化亚铜@氮掺杂空心球介孔碳；将双核二氧化钛@氧化亚铜@氮掺杂空心球介孔碳与聚碳酸酯和分散剂EBFF混合，其重量份组分分别为30份、65份和5份，再加辅料聚氧化乙烯3份、铝钛复合偶联剂2份、乙二胺四乙酸钠3份，混匀后加入双螺杆挤出机，双螺杆挤出机的加工温度：一区温度130℃，二区温度180℃，三区温度230℃，四区温度250℃，五区温度260℃，六区温度260℃，七区温度240℃，八区温度200℃，九区温度180℃，挤出冷却牵条、风干切粒，制得防紫外老化聚碳酸酯色母粒。
其中图1是双核二氧化钛@氧化亚铜@氮掺杂空心球介孔碳的SEM图，其粒径大小在25-85nm；图2是双核二氧化钛@氧化亚铜@氮掺杂空心球介孔碳的紫外吸收图，在波长小于400nm对紫外光具有较好的吸光度，在可见光无吸收。
测试双核二氧化钛@氧化亚铜@氮掺杂空心球介孔碳的紫外阻隔率，结果如表2。
实施例二：
将二氧化硅分散于三羟甲基胺缓冲溶液，超声20min，将盐酸多巴胺加入上述溶液中，二氧化硅和盐酸多巴胺的质量比为5:1，继续超声5min，室温下搅拌25h，将悬浊液离心，并且用去离子水和乙醇洗涤3次，在氮气体条件下800℃碳化3h，然后4M溴化氢胺溶液中洗涤36h，得氮掺杂空心球介孔碳；称取氮掺杂空心球介孔碳溶于去离子水中，向其加入可溶性钛酸异丙酯和可溶性乙酸铜，其中氮掺杂空心球介孔碳、钛酸异丙酯和乙酸铜的摩尔比为1:2:1，超声分散60min，标记为悬浮液A；向上述溶液A中加入氢氧化钾，磁力搅拌至均匀20min，将0.5g水合肼加入上述悬浮液中，磁力搅拌10min后进行离心，并用去离子水和乙醇洗涤3次，得双核氧化亚钛@氧化亚铜@氮掺杂空心球介孔碳；将双核氧化亚钛@氧化亚铜@氮掺杂空心球介孔碳分散在质量分数为15％的过氧乙酸中，磁力搅拌3h，然后进行离心并且在60℃干燥2h，得最终产物双核二氧化钛@氧化亚铜@氮掺杂空心球介孔碳；将双核二氧化钛@氧化亚铜@氮掺杂空心球介孔碳与聚碳酸酯和分散剂EBFF混合，其重量份组分分别为30份、65份和5份，再加辅料聚氧化乙烯3份、铝钛复合偶联剂2份、乙二胺四乙酸钠3份，混匀后加入双螺杆挤出机，双螺杆挤出机的加工温度：一区温度130℃，二区温度180℃，三区温度230℃，四区温度250℃，五区温度260℃，六区温度260℃，七区温度240℃，八区温度200℃，九区温度180℃，挤出冷却牵条、风干切粒，制得防紫外老化聚碳酸酯色母粒。
测试双核二氧化钛@氧化亚铜@氮掺杂空心球介孔碳的粒径，结果如表1。
测试双核二氧化钛@氧化亚铜@氮掺杂空心球介孔碳的紫外阻隔率，结果如表2。
实施例3
将二氧化硅分散于三羟甲基胺缓冲溶液，超声20min，将盐酸多巴胺加入上述溶液中，二氧化硅和盐酸多巴胺的质量比为5:1，继续超声10min，室温下搅拌25h，将悬浊液离心，并且用去离子水和乙醇洗涤3次，在氩气体条件下850℃碳化2h，然后4M氯化氢胺溶液中洗涤36h，得氮掺杂空心球介孔碳；称取氮掺杂空心球介孔碳溶于去离子水中，向其加入可溶性钛酸乙酯和可溶性乙酸铜，其中氮掺杂空心球介孔碳、钛酸乙酯和乙酸铜的摩尔比为1:2:1，超声分散60min，标记为悬浮液A；向上述溶液A中加入氢氧化钾，磁力搅拌至均匀20min，将0.5g水合肼加入上述悬浮液中，磁力搅拌10min后进行离心，并用去离子水和乙醇洗涤3次，得双核氧化亚钛@氧化亚铜@氮掺杂空心球介孔碳；将双核氧化亚钛@氧化亚铜@氮掺杂空心球介孔碳分散在质量分数为15％的过氧乙酸中，磁力搅拌3h，然后进行离心并且在60℃干燥2h，得最终产物双核二氧化钛@氧化亚铜@氮掺杂空心球介孔碳；将双核二氧化钛@氧化亚铜@氮掺杂空心球介孔碳与聚碳酸酯和分散剂EBFF混合，其重量份组分分别为30份、65份和5份，再加辅料聚氧化乙烯3份、铝钛复合偶联剂2份、乙二胺四乙酸钠3份，混匀后加入双螺杆挤出机，双螺杆挤出机的加工温度：一区温度130℃，二区温度180℃，三区温度230℃，四区温度250℃，五区温度260℃，六区温度260℃，七区温度240℃，八区温度200℃，九区温度180℃，挤出冷却牵条、风干切粒，制得防紫外老化聚碳酸酯色母粒。
测试双核二氧化钛@氧化亚铜@氮掺杂空心球介孔碳的紫外阻隔率，结果如表2。
表1双核二氧化钛@氧化亚铜@氮掺杂空心球介孔碳的粒径
样品名 d<sub>50</sub>(nm) d<sub>90</sub>(nm)
双核二氧化钛@氧化亚铜@氮掺杂空心球介孔碳 45 80
表2双核二氧化钛@氧化亚铜@氮掺杂空心球介孔碳的紫外阻隔率
样品 400nm波长紫外阻隔率
实施例1 95.8％
实施例2 95.6％
实施例3 96.7％

Claims (5)

1.一种防紫外老化聚碳酸酯色母粒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤；
1)将二氧化硅分散于三羟甲基胺缓冲溶液，超声10～20min，将盐酸多巴胺加入上述溶液中，二氧化硅和盐酸多巴胺的质量比为5：1，继续超声5～10min，室温下搅拌20～30h，将悬浊液离心，并且用去离子水和乙醇洗涤3～5次，在惰性气体条件下800～850℃碳化2～3h，然后4～6M卤化氢胺溶液中洗涤24～36h，得氮掺杂空心球介孔碳；
2)称取氮掺杂空心球介孔碳溶于去离子水中，向其加入可溶性钛盐和可溶性铜盐，其中氮掺杂空心球介孔碳、钛盐和铜盐的摩尔比为1:2:1，超声分散30～60min；
3)向上述溶液中加入强碱，磁力搅拌至均匀10～30min，将0.3～0.5g强还原剂加入上述悬浮液中，磁力搅拌10～30min后进行离心，并用去离子水和乙醇洗涤2～3次，得双核氧化亚钛@氧化亚铜@氮掺杂空心球介孔碳；
4)将双核氧化亚钛@氧化亚铜@氮掺杂空心球介孔碳分散在质量分数为10％～15％的过氧乙酸中，磁力搅拌3～5h，然后进行离心并且在60～80℃干燥0.5～2h，得最终产物双核二氧化钛@氧化亚铜@氮掺杂空心球介孔碳；
5)将双核二氧化钛@氧化亚铜@氮掺杂空心球介孔碳与聚碳酸酯和分散剂EBFF混合，其重量份组分分别为30份、65份和5份，再加辅料聚氧化乙烯3份、铝钛复合偶联剂2份、乙二胺四乙酸钠3份，混匀后加入双螺杆挤出机，挤出冷却牵条、风干切粒制得防紫外老化聚碳酸酯色母粒。
2.根据权利要求1所述一种防紫外老化聚碳酸酯色母粒的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，惰性气体是氮气或氩气的一种或其组合；所述卤化氢胺是氯化氢胺或溴化氢胺中的一种或其组合。
3.根据权利要求1所述一种防紫外老化聚碳酸酯色母粒的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，钛盐是钛酸四丁酯、钛酸异丙酯或钛酸乙酯中的一种或其组合；所述铜盐是氯化铜或乙酸铜中的一种或其组合。
4.根据权利要求1所述一种防紫外老化聚碳酸酯色母粒的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中，强碱是氢氧化钠或氢氧化钾中的一种或其组合；强还原剂是硼氢化钠或水合肼中的一种或其组合。
5.根据权利要求1所述一种防紫外老化聚碳酸酯色母粒的制备方法，其特征在于，所述步骤5)中，双螺杆挤出机的九段加工温度设定为：一区温度130℃，二区温度180℃，三区温度230℃，四区温度250℃，五区温度260℃，六区温度260℃，七区温度240℃，八区温度200℃，九区温度180℃。
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