CN116041883A - 一种微纳层叠PMMA/纳米ZnO复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种微纳层叠PMMA/纳米ZnO复合材料，所述微纳层叠PMMA/纳米ZnO复合材料的成分以质量分数计包括：PMMA 95％‑99％；改性纳米ZnO 1％‑5％。本发明的微纳层叠PMMA/纳米ZnO复合材料具有优良的抗紫外性能。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，特别涉及一种微纳层叠PMMA/纳米ZnO复合材料及其制备方法。
背景技术
聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)是一种透明、硬质的高分子材料，广泛应用于建筑航空、建筑、仪器设备等领域。PMMA的光学性能优异，透光率可达92％，由于其具有优异的可见光透过率、低吸水性、力学性能和良好的室外耐候性，PMMA被认为是替代传统石英玻璃的材料。但是PMMA的透过范围较广，能够透过大部分紫外光，这也限制了它的应用。而目前，鲜有对PMMA的抗紫外性能的研究报道。
因此，如何有效提高PMMA的抗紫外性能，拓宽PMMA的应用领域，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的第一方面提供了一种微纳层叠PMMA/纳米ZnO复合材料，所述微纳层叠PMMA/纳米ZnO复合材料的成分以质量分数计包括：PMMA95％-99％；改性纳米ZnO 1％-5％。
在第一方面中，所述改性纳米ZnO通过如下方式获得：将硅烷偶联剂溶于乙醇溶液中，然后加入ZnO纳米粒子，磁力搅拌30mi n后，超声波分散30mi n,在80-90℃下回流2-4h；经无水乙醇洗涤后，干燥至恒重，得到改性纳米ZnO。
在第一方面中，所述微纳层叠PMMA/纳米ZnO复合材料包括N层微纳结构，所述N层微纳结构为“-A-B-A-”形式的叠层结构，所述A为PMMA层，所述B为PMMA/纳米ZnO层，所述N为大于等于3的正整数。
第二方面，本申请提供了一种微纳层叠PMMA/纳米ZnO复合材料的制备方法，所述的制备方法包含以下步骤：制备改性纳米ZnO；按照材料配方，称取PMMA和改性纳米ZnO；对PMMA进行干燥得到PMMA粒料，取PMMA粒料的50％的组分与改性纳米ZnO进行混合，得到第一混料；将第一混料加入微纳层叠共挤装置的一台挤出机中，将剩余的50％的PMMA粒料加入微层共挤出装置的另一台挤出机中，进行微纳层叠共挤，经过层叠作用，一步共挤出获得微纳层叠PMMA/纳米ZnO复合材料。
在第二方面中，所述材料配方包括如下质量百分比的组分：PMMA 95％-99％和改性纳米ZnO 1％-5％。
在第二方面中，所述制备改性纳米ZnO包括：将硅烷偶联剂溶于乙醇溶液中，然后加入ZnO纳米粒子，磁力搅拌30mi n后，超声波分散30mi n,在80-90℃下回流2-4h；经无水乙醇洗涤后，干燥至恒重，得到改性纳米ZnO。
在第二方面中，所述微纳层叠PMMA/纳米ZnO复合材料包括N层微纳结构，所述N层微纳结构为“-A-B-A-”形式的叠层结构，所述A为PMMA层，所述B为PMMA/纳米ZnO层，所述N为大于等于3的正整数。
在第二方面中，所述微纳层叠共挤装置中的加工温度为240-270℃。
有益效果：本发明提出了一种微纳层叠PMMA/纳米ZnO复合材料，微纳层叠PMMA/纳米ZnO复合材料的成分以质量分数计包括：PMMA 95％-99％和改性纳米ZnO1％-5％。本发明选用的ZnO纳米粒子在改性后，可使具有极性表面的ZnO粒子均匀分散在非极性的PMMA基体中，与PMMA基体具有良好的相容性，提高PMMA材料的的抗紫外性能。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中微纳层叠PMMA/纳米ZnO复合材料的制备方法的流程图；
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
同时，在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
需要补充说明的是，本发明中涉及的两种材料之间的符号“/”表示为“和”的意思，例如“PMMA/纳米ZnO”表示“PMMA和纳米ZnO”。
实施例1
按以下方法获得微纳层叠PMMA/纳米ZnO复合材料：
(1)制备改性纳米ZnO；
所述制备改性纳米ZnO包括：将硅烷偶联剂溶于乙醇溶液中，然后加入ZnO纳米粒子，磁力搅拌30mi n后，超声波分散30mi n,在80-90℃下回流2-4h；经无水乙醇洗涤后，干燥至恒重，得到改性纳米ZnO；
(2)按照材料配方，包括如下质量百分比的组分：PMMA 95％和改性纳米ZnO5％；精确称取各组分；
(3)对PMMA进行干燥得到PMMA粒料，取PMMA粒料的50％的组分与改性纳米ZnO进行混合，得到第一混料；
(4)将第一混料加入微纳层叠共挤装置的一台挤出机中，将剩余的50％的PMMA粒料加入微层共挤出装置的另一台挤出机中，进行微纳层叠共挤，经过层叠作用，一步共挤出获得微纳层叠PMMA/纳米ZnO复合材料；所述微纳层叠共挤装置中的加工温度为240-270℃；所述微纳层叠PMMA/纳米ZnO复合材料包括N层微纳结构，所述N层微纳结构为“-A-B-A-”形式的叠层结构，所述A为PMMA层，所述B为PMMA/纳米ZnO层，所述N为大于等于3的正整数。
实施例2
按以下方法获得微纳层叠PMMA/纳米ZnO复合材料：
(1)制备改性纳米ZnO；
所述制备改性纳米ZnO包括：将硅烷偶联剂溶于乙醇溶液中，然后加入ZnO纳米粒子，磁力搅拌30mi n后，超声波分散30mi n,在80-90℃下回流2-4h；经无水乙醇洗涤后，干燥至恒重，得到改性纳米ZnO；
(2)按照材料配方，包括如下质量百分比的组分：PMMA 97.5％和改性纳米ZnO2.5％；精确称取各组分；
(3)对PMMA进行干燥得到PMMA粒料，取PMMA粒料的50％的组分与改性纳米ZnO进行混合，得到第一混料；
(4)将第一混料加入微纳层叠共挤装置的一台挤出机中，将剩余的50％的PMMA粒料加入微层共挤出装置的另一台挤出机中，进行微纳层叠共挤，经过层叠作用，一步共挤出获得微纳层叠PMMA/纳米ZnO复合材料；所述微纳层叠共挤装置中的加工温度为240-270℃；所述微纳层叠PMMA/纳米ZnO复合材料包括N层微纳结构，所述N层微纳结构为“-A-B-A-”形式的叠层结构，所述A为PMMA层，所述B为PMMA/纳米ZnO层，所述N为大于等于3的正整数。
实施例3
按以下方法获得微纳层叠PMMA/纳米ZnO复合材料：
(1)制备改性纳米ZnO；
所述制备改性纳米ZnO包括：将硅烷偶联剂溶于乙醇溶液中，然后加入ZnO纳米粒子，磁力搅拌30mi n后，超声波分散30mi n,在80-90℃下回流2-4h；经无水乙醇洗涤后，干燥至恒重，得到改性纳米ZnO；
(2)按照材料配方，包括如下质量百分比的组分：PMMA 98.5％和改性纳米ZnO1.5％；精确称取各组分；
(3)对PMMA进行干燥得到PMMA粒料，取PMMA粒料的50％的组分与改性纳米ZnO进行混合，得到第一混料；
(4)将第一混料加入微纳层叠共挤装置的一台挤出机中，将剩余的50％的PMMA粒料加入微层共挤出装置的另一台挤出机中，进行微纳层叠共挤，经过层叠作用，一步共挤出获得微纳层叠PMMA/纳米ZnO复合材料；所述微纳层叠共挤装置中的加工温度为240-270℃；所述微纳层叠PMMA/纳米ZnO复合材料包括N层微纳结构，所述N层微纳结构为“-A-B-A-”形式的叠层结构，所述A为PMMA层，所述B为PMMA/纳米ZnO层，所述N为大于等于3的正整数。
对比例1
按以下方法获得PMMA材料：
(1)按照材料配方，包括如下质量百分比的组分：PMMA 100％；精确称取PMMA；
(2)对PMMA进行干燥得到PMMA粒料；
(3)通过双螺杆挤出机对干燥后的PMMA粒料进行挤出，得到PMMA材料；双螺杆挤出机的加工温度为240-270℃。
对比例2
按以下方法获得PMMA材料：
(1)制备改性纳米ZnO；
所述制备改性纳米ZnO包括：将硅烷偶联剂溶于乙醇溶液中，然后加入ZnO纳米粒子，磁力搅拌30mi n后，超声波分散30mi n,在80-90℃下回流2-4h；经无水乙醇洗涤后，干燥至恒重，得到改性纳米ZnO；
(2)按照材料配方，包括如下质量百分比的组分：PMMA 95％和改性纳米ZnO5％；精确称取各组分；
(3)对PMMA进行干燥得到PMMA粒料；将PMMA粒料与改性纳米ZnO进行混合，得到混合物；
(4)通过双螺杆挤出机对混合物进行挤出，得到PMMA材料；双螺杆挤出机的加工温度为240-270℃。
效果实施例
将实施例1-3和对比例1-2制得的材料进行性能检测，测试结果如表1所示。
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 | 对比例2 | |
| 平均紫外吸收率％ | 99.4 | 99.6 | 99.2 | 0 | 50.8 |
表1实施例1-3与对比例1-3的材料性能检测结果
由表1可得，本发明实施例1-3中通过PMMA和改性纳米ZnO复配开发的微纳层叠PMMA/纳米ZnO复合材料具有优良的抗紫外性能。本发明采用硅烷偶联剂对ZnO纳米粒子表面改性后，可使具有极性表面的ZnO粒子均匀分散在非极性的PMMA基体中，提高ZnO在基体中的相容性；通过微纳层叠工艺进一步提高纳米ZnO粒子在基体PMMA中的分散性，通过扭转层叠器中形成的剪切力使得纳米ZnO在PMMA中分散均匀，从而使得相同填料负载的条件下，促进薄膜的抗紫外性能；通过微纳层叠设备挤出的PMMA/纳米ZnO多层薄膜不仅能够散射、反射紫外线，还能够吸收紫外线，使得抗紫外性能优于单层，在结构上形成的大量层间界面，也能对紫外线的透过起到多次阻碍的效果，提高材料的的抗紫外性能。因此该微纳层叠PMMA/纳米ZnO复合材料在实现将填料均匀分散，降低填料用量的同时，提高了材料的抗紫外性能。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种微纳层叠PMMA/纳米ZnO复合材料，其特征在于，所述微纳层叠PMMA/纳米ZnO复合材料的成分以质量分数计包括：
PMMA 95％-99％；改性纳米ZnO 1％-5％。
2.根据权利要求1所述的微纳层叠PMMA/纳米ZnO复合材料，其特征在于，所述改性纳米ZnO通过如下方式获得：将硅烷偶联剂溶于乙醇溶液中，然后加入ZnO纳米粒子，磁力搅拌30min后，超声波分散30min,在80-90℃下回流2-4h；经无水乙醇洗涤后，干燥至恒重，得到改性纳米ZnO。
3.根据权利要求2所述的微纳层叠PMMA/纳米ZnO复合材料，其特征在于，所述微纳层叠PMMA/纳米ZnO复合材料包括N层微纳结构，所述N层微纳结构为“-A-B-A-”形式的叠层结构，所述A为PMMA层，所述B为PMMA/纳米ZnO层，所述N为大于等于3的正整数。
4.一种微纳层叠PMMA/纳米ZnO复合材料的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包含以下步骤：
制备改性纳米ZnO；
按照材料配方，称取PMMA和改性纳米ZnO；
对PMMA进行干燥得到PMMA粒料，取PMMA粒料的50％的组分与改性纳米ZnO进行混合，得到第一混料；
将第一混料加入微纳层叠共挤装置的一台挤出机中，将剩余的50％的PMMA粒料加入微层共挤出装置的另一台挤出机中，进行微纳层叠共挤，经过层叠作用，一步共挤出获得微纳层叠PMMA/纳米ZnO复合材料。
5.根据权利要求4所述的微纳层叠PMMA/纳米ZnO复合材料的制备方法，其特征在于，所述材料配方包括如下质量百分比的组分：PMMA 95％-99％和改性纳米ZnO 1％-5％。
6.根据权利要求5所述的微纳层叠PMMA/纳米ZnO复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备改性纳米ZnO包括：将硅烷偶联剂溶于乙醇溶液中，然后加入ZnO纳米粒子，磁力搅拌30min后，超声波分散30min,在80-90℃下回流2-4h；经无水乙醇洗涤后，干燥至恒重，得到改性纳米ZnO。
7.根据权利要求6所述的微纳层叠PMMA/纳米ZnO复合材料的制备方法，其特征在于，所述微纳层叠PMMA/纳米ZnO复合材料包括N层微纳结构，所述N层微纳结构为“-A-B-A-”形式的叠层结构，所述A为PMMA层，所述B为PMMA/纳米ZnO层，所述N为大于等于3的正整数。
8.根据权利要求7所述的微纳层叠PMMA/纳米ZnO复合材料的制备方法，其特征在于，所述微纳层叠共挤装置中的加工温度为240-270℃。
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