CN114716627A - 一种用于室外无纺布的高分子uv吸收剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于室外无纺布的高分子UV吸收剂及其制备方法，其制备原料包括如下重量份组份：纳米级二氧化钛粒子10~25份，二苯甲酮类光稳定剂5~8份，偶联剂0.2~1份，溶剂70~90份，乳化剂10~15份，引发剂2~5份，丙烯酸酯类单体10~15份；纳米级二氧化钛粒子、二苯甲酮类光稳定剂，通过偶联剂与丙烯酸酯类单体充分反应，得出本发明所述的用于室外无纺布的高分子UV吸收剂，其与现有的UV吸收剂相比，改善了UV吸收剂的析出问题，提高了紫外吸收剂与无纺布表面的结合性，进一步提高无纺布材料长期的耐紫外线照射和耐老化性能。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料领域，特别是涉及一种用于室外无纺布的高分子UV吸收剂及其制备方法。
背景技术
高分子材料由于自身结构的原因，暴露在日光或强的荧光下，会出现外观和物理机械能劣化的光老化现象，如：变色、失去光泽、出现银纹、侵蚀、龟裂以及拉伸强度、冲击强度、伸长性和电性能下降等。虽然结构不同的聚合物的光老化速率存在显著的差异，但所有未经稳定化处理的高分子材料暴露在日光下，无论有没有氧存在，都会发生光老化。高分子材料光老化的最终结果是使用寿命缩短，如聚丙烯制品，如果不作稳定化处理，其户外使用寿命只有几个月。这就大大影响了高分子材料户外使用的经济性和环保性，限制了其应用范围。
室外无纺布通常都是由高分子材料通过熔喷或者其他纺丝工艺制备得到，而室外无纺布长期受到紫外线照射，耐老化时间很短。目前主流的UV吸收剂像UV234、UV944、UV770加入整理液后，通过后整理使UV吸收剂固定在无纺布表面，但由于其聚合度都较低，会出现固着牢度不够的问题，如将这些UV吸收剂直接加入聚合物纺丝也会有析出的风险，导致耐紫外时间不足。
发明内容
为了克服现有技术中的UV吸收剂聚合度偏小低和分子量较小带来的不足问题，本发明提供了一种用于室外无纺布的高分子UV吸收剂及其制备方法，本申请的发明人经过实验论证，本发明所述的用于室外无纺布的高分子UV吸收剂可有效改善了紫外UV吸收剂的析出问题，提高了紫外UV吸收剂与无纺布表面的结合性，进一步提高无纺布材料长期的耐紫外线照射性能和耐老化性能。
为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：一种用于室外无纺布的高分子UV吸收剂，所述高分子UV吸收剂的制备原料包括如下重量份的组份：
纳米级二氧化钛粒子10～25份；
二苯甲酮类光稳定剂5～8份；
偶联剂0.2～1份；
溶剂70～90份；
乳化剂10～15份；
引发剂2～5份；
以及丙烯酸酯类单体10～15份。
作为本发明的一种优选技术方案，所述偶联剂含有乙烯基、烯丙基、丙烯酰氧基或甲基丙烯酰氧基中的至少一种基团。
作为本发明的一种优选技术方案，所述偶联剂选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂中的一种或多种。
作为本发明的一种优选技术方案，所述偶联剂选自乙烯基三乙氧基硅烷或丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种。
作为本发明的一种优选技术方案，所述溶剂是乙醇与去离子水的混合物。
作为本发明的一种优选技术方案，所述乙醇与去离子水按照体积比为0.9-0.95：0.05-0.1混合。
作为本发明的一种优选技术方案，所述乳化剂为十二烷基氯化铵、十二烷基硫酸钠或十二烷基苯磺酸钠中的一种或者多种。
作为本发明的一种优选技术方案，所述所述二苯甲酮类光稳定剂选自2,4-二羟基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-羟基-4-十二烷氧基二苯甲酮、2,2’-二羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基-2’-羧基二苯甲酮、2,2’-二羟基-4,4’-二甲氧基二苯甲酮、2,2’,4,4’-四羟基二苯甲酮或2-羟基-4-甲氧基-5-磺酸二苯甲酮中的一种或者多种。
本发明还提供了一种所述用于室外无纺布的高分子UV吸收剂的制备方法。
本发明所述高分子UV吸收剂的制备方法，包括如下制备步骤：
S1：首先对纳米级二氧化钛粒子进行物理改性：
(1)将纳米级二氧化钛粒子、偶联剂、二苯甲酮类光稳定剂置于盛有溶剂的反应罐中，加热至50～80℃，并搅拌1～3h；
(2)冷却、干燥、粉碎，最后得到改性纳米级二氧化钛粒子；
S2：将改性纳米级二氧化钛粒子、乳化剂及去离子水混合并搅拌40～50分钟，再置于超声波环境下，分散15～30分钟；
S3：将经过S2步骤后的溶液置于反应罐内，并进行氮气保护，加热至60～70℃，向其中添加反应引发剂，混合0.3～0.5h之后，加入丙烯酸酯类单体，进行反应2～3h后，冷却至室温并出料，再过滤、干燥得到本发明所述高分子UV吸收剂。
作为本发明的一种优选技术方案，所述丙烯酸酯类单体包括丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、2-甲基丙烯酸甲酯或2-甲基丙烯酸乙酯中的一种或者多种。
作为本发明的一种优选技术方案，所述S2步骤中，改性纳米级二氧化钛粒子、乳化剂与10-15倍重量份去离子水混合。
作为本发明的一种优选技术方案，所述S3步骤中，丙烯酸酯类单体分3～5次加入反应罐内，每次时间间隔为0.5-1h。
与现有技术相比，本发明能达到的有益效果是：
1、本发明所述的用于室外无纺布的高分子UV吸收剂，在制备时通过硅烷偶联剂对二氧化钛粒子进行表面改性，同时部分硅烷偶联剂与二苯甲酮类光稳定剂反应，形成表面改性纳米二氧化钛；再通过自由基聚合，在改性二氧化钛表面进一步接上聚丙烯酸酯结构，得出本发明所述的用于室外无纺布的高分子UV吸收剂，其较现有的UV吸收剂，分子量更大，聚合度更高，聚合物链段可以通过物理掺绕或分子间作用力，与无纺布纤维的结合更加紧密，也避免了现有小分子UV吸收剂的析出问题。
2、本发明所述的制备方法，通过分批加入丙烯酸酯类单体的方式，延长反应的时间，使得其内部的化学反应能够足够充分的反应，得到纯净的产物。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明，但下述实施例仅仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本发明的保护范围。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
下面就对本发明方法通过实施例进一步描述：
实施例1
一种用于室外无纺布的高分子UV吸收剂，包括如下重量份原料：纳米级二氧化钛粒子10份、2,4-二羟基二苯甲酮5份、乙烯基三乙氧基硅烷0.2份、溶剂70份(乙醇与去离子水的体积比为0.93:0.07)、十二烷基氯化铵10份、丙烯酸乙酯10份、过硫酸铵(引发剂)2份。
制备方法如下：
S1：首先对纳米级二氧化钛粒子进行物理改性：
(1)将纳米级二氧化钛粒子、乙烯基三乙氧基硅烷、2,4-二羟基二苯甲酮置于盛有溶剂(乙醇与去离子水的体积比为0.93:0.07混合)的反应罐中，加热70℃，2h，并进行均匀搅拌；
(2)冷却、干燥、粉碎，最后得到改性纳米级二氧化钛粒子；
S2：将改性纳米级二氧化钛粒子、十二烷基氯化铵与10倍重量份去离子水进行充分搅拌4分钟，并置于超声波环境下分散15分钟；
S3：将经过S2步骤后的溶液置于反应罐内，并进行氮气保护，加热至60℃，向其中添加反应引发剂，反应0.5h之后，加入丙烯酸乙酯，分5次加入，每次间隔0.5h，完全加入后，反应2.5h，冷却至室温并出料，再过滤、干燥得到所述用于室外无纺布的高分子UV吸收剂。
实施例2
一种用于室外无纺布的高分子UV吸收剂，包括如下重量份原料：纳米级二氧化钛粒子25份、2-羟基-4-十二烷氧基二苯甲酮8份、丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷1份、溶剂90份(乙醇和去离子水按照0.95:0.05混合)、十二烷基硫酸钠10份、过硫酸铵(引发剂)5份、2-甲基丙烯酸甲酯15份。
制备方法如下：
S1：首先对纳米级二氧化钛粒子进行物理改性：
(1)将纳米级二氧化钛粒子、丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、2,4-二羟基二苯甲酮置于盛有溶剂(乙醇与去离子水的体积比为0.95:0.05混合)的反应罐中，加热80℃，2h，并进行均匀搅拌；
(2)冷却、干燥、粉碎，最后得到改性纳米级二氧化钛粒子；
S2：将改性纳米级二氧化钛粒子、十二烷基硫酸钠与15倍重量份水进行充分搅拌4分钟，并置于超声波环境下分散15分钟；
S3：将经过S2步骤后的溶液置于反应罐内，并进行氮气保护，加热至60℃，向其中添加反应引发剂，反应0.5h之后，加入丙烯酸乙酯，分4次加入，每次间隔0.5h，完全加入后，反应2.5h，冷却至室温并出料，再过滤、干燥得到所述用于室外无纺布的高分子UV吸收剂。
实施例3
一种用于室外无纺布的高分子UV吸收剂，包括如下重量份原料：纳米级二氧化钛粒子18份、2-羟基-4-甲氧基-5-磺酸二苯甲酮6份、丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷0.8份、溶剂80份(乙醇和去离子水按照0.95:0.05混合)、十二烷基硫酸钠13份、过硫酸铵(引发剂)份、2-甲基丙烯酸甲酯13份。
制备方法如下：
S1：首先对纳米级二氧化钛粒子进行物理改性：
(1)将纳米级二氧化钛粒子、丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、2-羟基-4-甲氧基-5-磺酸二苯甲酮置于盛有溶剂(乙醇与去离子水的体积比为0.95:0.05混合)的反应罐中，加热80℃，2h，并进行均匀搅拌；
(2)冷却、干燥、粉碎，最后得到改性纳米级二氧化钛粒子；
S2：将改性纳米级二氧化钛粒子、十二烷基硫酸钠与15倍重量份去离子水进行充分搅拌4分钟，并置于超声波环境下分散15分钟；
S3：将经过S2步骤后的溶液置于反应罐内，并进行氮气保护，加热至60℃，向其中添加反应引发剂，反应0.5h之后，2-甲基丙烯酸甲酯，分3次加入，每次间隔0.5h，完全加入后，反应2.5h，冷却至室温并出料，再过滤、干燥得到所述用于室外无纺布的高分子UV吸收剂。
对比例1
较与实施例1，未进行丙烯酸酯类单体的聚合。
对比例2
较与实施例1，直接将丙烯酸酯类单体一次性加入进行聚合。
对比例3
直接使用实施例1等量的纳米二氧化钛和2-羟基-4-十二烷氧基二苯甲酮，不经过表面改性。
实施例1-3以及对比例1-3的应用：
采用市售口罩作为测试用无纺布基材(安徽雷胜医疗用品科技有限公司，聚丙烯，纺粘，30g/m2)。制备浓度为5wt％的聚乙烯醇溶液6份，分别加入1wt％实施例1-3及对比例1-3制备的UV吸收剂，混合均匀后将溶液分别涂覆在无纺布基材中，自然风干后在真空下进一步干燥。将干燥后的每个样品置于老化试验箱中进行紫外老化测试(温度25℃，辐照强度75W/m2，辐照距离50mm，辐照时间12h)。将测试前后的每个样品按照标准《GB/T 24218.3—2010纺织品非织造布试验方法第3部分：断裂强力和断裂伸长率的测定(条样法)》进行机械性能测试(断裂强度、断裂伸长率)。其具体实验数据见表1。
表1
如表1所示，在实施例1-3的产物相比较于对比例1-3，其断裂强力以及断裂伸长率均有明显提升，在接受12小时的紫外光照射后，其断裂强力降低幅度＜2％、断裂伸长率降低幅度＜5％，而对比例1-3断裂强力10％-40％、断裂伸长率13-40％。可以看出通过本发明所选用的偶联剂引入聚丙烯酸酯聚合物链段，形成的本发明所述的用于室外无纺布的高分子UV吸收剂与无纺布更好的结合，进而改善无纺布材料长期的耐紫外线照射性能和耐老化性能。
在现实的生产过程中，可以通过在所定计量范围内调整，得到类似效果，适用于不同的使用环境下。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种用于室外无纺布的高分子UV吸收剂，其特征在于，所述高分子UV吸收剂的制备原料包括如下重量份的组份：
纳米级二氧化钛粒子10~25份；
二苯甲酮类光稳定剂5~8份；
偶联剂0.2~1份；
溶剂70~90份；
乳化剂10~15份；
引发剂2~5份；
以及丙烯酸酯类单体 10~15份。
2.根据权利要求1所述的高分子UV吸收剂，其特征在于：所述偶联剂含有乙烯基、烯丙基、丙烯酰氧基或甲基丙烯酰氧基中的至少一种基团。
3.根据权利要求1所述的高分子UV吸收剂，其特征在于：所述溶剂是乙醇与去离子水的混合物。
4.根据权利要求3所述的高分子UV吸收剂，其特征在于：所述乙醇与去离子水按照体积比为0.9-0.95：0.05-0.1混合。
5.根据权利要求1所述的高分子UV吸收剂，其特征在于：所述乳化剂选自十二烷基氯化铵、十二烷基硫酸钠或十二烷基苯磺酸钠中的一种或者多种。
6.根据权利要求1所述的高分子UV吸收剂，其特征在于：所述二苯甲酮类光稳定剂选自2,4-二羟基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-羟基-4-十二烷氧基二苯甲酮、2,2’-二羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基-2’-羧基二苯甲酮、2,2’-二羟基-4,4’-二甲氧基二苯甲酮、2,2’,4,4’-四羟基二苯甲酮或2-羟基-4-甲氧基-5-磺酸二苯甲酮中的一种或者多种。
7.一种制备如权利要求1-6中任意一项所述高分子UV吸收剂的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：
S1：首先对纳米级二氧化钛粒子进行物理改性：
（1）将纳米级二氧化钛粒子、偶联剂、二苯甲酮类光稳定剂置于盛有溶剂的反应罐中，加热至50~80℃，并搅拌1~3h；
（2）冷却、干燥、粉碎，最后得到改性纳米级二氧化钛粒子；
S2：将改性纳米级二氧化钛粒子、乳化剂及去离子水混合并搅拌40~50分钟，再置于超声波环境下，分散15~30分钟；
S3：将经过S2步骤后的溶液置于反应罐内，并进行氮气保护，加热至60~70℃，向其中添加反应引发剂，混合0.3~0.5h之后，加入丙烯酸酯类单体，进行反应2~3h后，冷却至室温并出料，再过滤、干燥得到所述高分子UV吸收剂。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述丙烯酸酯类单体包括丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、2-甲基丙烯酸甲酯或2-甲基丙烯酸乙酯中的一种或者多种。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述S2步骤中，改性纳米级二氧化钛粒子、乳化剂与10-15倍重量份去离子水混合。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述S3步骤中，丙烯酸酯类单体分3~5次加入反应罐内，每次时间间隔为0.5-1h。
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|---|---|---|---|---|
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| CN1919923A (zh) * | 2006-09-01 | 2007-02-28 | 四川大学 | 含紫外吸收基团的聚合物与二氧化钛复合粒子组合物及其制备方法 |
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