CN1315970C - 纳米焦磷酸盐紫外线吸收材料、其制备方法和用途 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种新型紫外线吸收材料，即纳米焦磷酸盐紫外线吸收剂。这类材料在UVA-UVB波段都表现出较强的吸收，可以应用于化妆品、涂料、橡胶和塑料工业中作为抗紫外剂。
Description
技术领域
本发明涉及紫外线吸收材料的合成，具体涉及一类纳米焦磷酸盐的紫外线吸收材料，其制备方法和应用。
背景技术
由于现代工业的发展，近年来大气污染加剧，臭氧层的破坏程度日益严重。在相当多的领域抗紫外线已经成为一个迫在眉睫的问题。过度紫外线的危害主要体现在以下几个方面：
1：紫外线照射到生物体时会损害构成蛋白质的肽链，导致自由基的产生。自由基又会进一步与其他肽链作用最终导致组织损伤和基因突变。对人体而言将造成皮肤灼伤和皮肤癌的产生。使用防晒护肤品是解决上述问题的有效方法之一。
2：紫外线是高能射线，使高分子工业品老化和寿命缩短。因此高分子产品一般都要加入抗紫外剂。
在国外，防晒化妆品的研究和使用已达到较高水平，如美国、日本和欧州，防晒化妆品已成为护肤化妆品开发的重点，欧美防晒化妆品的年增长率为5-10％。据文献报道，1990年美国防晒化妆品己占化妆品总量的一半。在我国随着人民生活水平的迅速提高，人们审美和保健意识的增强，众多人士己开始重视对紫外线的防护。我国的防晒产品市场增长率从九十年代中期起一直保持在20％以上。而在塑料、橡胶和涂料工业中，抗紫外剂的用量也日益增长，尤其在涂料工业中，高效稳定的抗紫外剂一直是研究开发的重点。
目前开发的抗紫外材料分为化学和物理2大类。以前者应用居多。化学抗紫外剂一般为有机物，因此与有机相配伍性好，但是普遍具有一定毒性，对皮肤具有刺激性。在直接与人体接触的产品中使用时容易引起过敏反应，不符合目前人们追求健康的趋势。另外，有机抗紫外剂的光稳定性多数都不够好，在紫外线照射下会分解或氧化。纳米技术的发展为解决上述问题提供了答案。这就是伴随纳米技术发展起来的物理抗紫外剂，即无机纳米抗紫外剂，目前主要是纳米TiO2和ZnO。纳米TiO2和ZnO具有稳定、广谱的特点，在一定程度上弥补了有机抗紫外剂的弱点。但是，安全性也是纳米粒子应用的潜在问题。
纳米ZnO和TiO2具有光催化活性，在日光作用下会产生自由基，这会对人体DNA造成伤害。牛津大学的John Kownland等在TiO2和ZnO的负面影响的研究方面作了充分地研究。他们指出，TiO2和ZnO在光照下产生氧和氢氧自由基。但是和以前人们的认识不同的是，他们的研究表明真正对人体DNA造成损伤的是氢氧自由基，而不是氧自由基。因此通常人们为防护TiO2和ZnO的伤害而采用的加入氧自由基清除剂的方法是远远不够的。本发明提供了一类新型无机纳米紫外吸收材料，在性能和安全方面都达到较高的应用水准。这种材料和TiO2和ZnO在紫外漫反射吸收光谱上的比较见附图1，本发明的紫外线吸收材料优点在于：
1、吸收波段可以通过调节2种金属离子的比例而控制
2、吸收范围可以覆盖UVA和UVB波段，实现对紫外线的全防护。
3、无光催化氧化性，不存在安全性隐患。
本发明的一个目的是提供一种紫外线吸收材料。
本发明另一个目的是提供此种紫外线吸收材料的制备方法。
本发明还有一个目的是提供此种紫外线吸收材料的用途。
发明内容
本发明提供一种紫外线吸收材料，其采用的紫外线吸收剂为纳米焦磷酸盐，通式为TxAxByP2O7，式中，T为碱金属离子，A为第八族过渡元素离子，B为第四副族元素离子，或稀土离子。这类材料为无定型结构，在UVA和UVB波段都有很强的吸收。而且，与纳米TiO2，ZnO相比，这类焦磷酸盐纳米粒子几乎不表现光催化氧化性，因此安全性得到很大提高。
作为本发明的一个优选实例，所述的紫外线吸收材料中的纳米焦磷酸盐选自：NaxFexTiyP2O7、NaxFexCeyP2O7。
上述化学式中，分子式内的x、y满足x/y＝O.1～9，x+y＝1。
本发明还提供上述紫外线吸收材料的制备方法，此方法以第八族过度金属的硫酸盐和稀土磷酸盐或第四副族金属磷酸盐为前驱体，以可溶性的焦磷酸盐为沉淀剂，以共沉淀法合成复合金属的焦磷酸盐纳米粒子，得到粒子的粒径在40～200纳米之间。
具体步骤为：起始原料溶于水，以过量碱金属离子焦磷酸盐例如Na4P2O7的水溶液为沉淀剂，滴加入上述混合溶液中，形成沉淀，再离心分离产物，于80～100℃干燥，得到产物。以此为紫外线吸收剂制得紫外线吸收材料。
因此，上述紫外线吸收材料的制备方法的特征在于，以B2(SO4)3加上A(SO4)2为起始原料，以T4P2O7的水溶液为沉淀剂，式中T为碱金属离子，A为第八族过渡元素离子，B为第四副族元素离子，或稀土离子，在室温下合成，再离心分离产物，干燥，以此产物作为紫外线吸收剂制得紫外线吸收材料。
本发明进一步提供此类紫外线吸收材料在化妆品，涂料，橡胶和塑料工业中的应用。
附图说明
图1为本发明紫外线吸收材料和TiO2和ZnO在紫外漫反射吸收光谱上的比较，其中A代表Na0.5Fe0.5Ti0.5P2O7，B代表Na0.5Fe0.5Ce0.5P2O7，C代表ZnO，D代表TiO。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述，但这些实施例不对本发明构成任何限制。
实施例1
Na0.5Fe0.5Ti0.5P2O7的制备：
以Fe2(SO4)3和Ti(SO4)2为起始原料，摩尔比1∶2，二者溶于水。以过量Na1P2O7的水溶液为沉淀剂，滴加入上述混合溶液中，形成沉淀。再离心分离产物，于80～100℃干燥，得到粒径在100纳米左右的Na0.5Fe0.5Ti0.5P2O7。
实施例2：
Na0.5Fe0.5Ce0.5P2O7的制备：
以Fe2(SO4)3和Ce(SO4)2为起始原料，摩尔比1∶2，二者溶于水。以过量Na4P2O7的水溶液为沉淀剂，滴加入上述混合溶液中，形成沉淀。再离心分离产物，于80～100℃干燥，得到粒径在100纳米左右的Na0.5Fe0.5Ce0.5P2O7。
实施例3
本发明紫外线吸收材料应用于制备丙烯酸-氨基清漆的实施配方：
| 原料 | wt％ |
| 丙烯酸树脂(70％固含量)氨基树脂(70％固含量)纳米TxAxByP2O7流干硅剂(10％)醋酸丁酯二甲苯乙二醇丁醚醋酸酯正丁醇 | 52.222.31.35.05.010.02.71.5 |
实施例4
本发明紫外线吸收材料应用于硅油包水体系防晒护肤品的实施配方：
| 原料 | 百分含量 |
| 甲基聚硅氧烷聚醚共聚物环二甲基硅氧烷 | 1.515.5 |
| 氢化聚异丁烯 | 6 |
| 环甲基硅氢烷和聚二甲基硅烷醇 | 10 |
| 纳米TxAxByP2O7 | 10 |
| 硅处理二氧化硅 | 1 |
| 硅粉 | 4 |
| 余者为水 |
实施例5
本发明紫外线吸收材料应用于硅油包水体系防晒护肤品的实施配方：
| 原料 | 百分含量 |
| 甲基聚硅氧烷聚醚共聚物环二甲基硅氧烷氢化聚异丁烯环5甲基硅氧烷，二硬脂基二甲基氯化铵锂蒙脱土，变性乙醇环甲基硅氧烷和聚二甲二甲基硅油纳米TxAxByP2O7硅粉余者为水 | 1.514.56446104 |
Claims (8)
1、一种紫外线吸收材料，其特征在于采用纳米焦磷酸盐为紫外线吸收剂，其中焦磷酸盐的分子式为TxAxByP2O7，式中，T为碱金属离子，A为第八族过渡元素离子，B为第四副族元素离子，或稀土离子；
分子式内的x、y满足x/y＝0.1～9，x+y＝1。
2、如权利要求1所述的紫外线吸收材料，其中纳米焦磷酸盐选自：
NaxFexTiyP2O7、NaxFexCeyP2O7。
3、如权利要求1所述的紫外线吸收材料，其中作为紫外线吸收剂的纳米焦磷酸盐粒径介于40～200纳米之间。
4、如权利要求1所述紫外线吸收材料的制备方法，其特征在于，以B2(SO4)3加上A(SO4)2为起始原料，以T4P2O7的水溶液为沉淀剂，式中T为碱金属离子，A为第八族过渡元素离子，B为第四副族元素离子，或稀土离子，在室温下合成，再离心分离产物，干燥，以此产物作为紫外线吸收剂制得紫外线吸收材料。
5、如权利要求4所述的制备方法，其中干燥采用的温度为80～100℃。
6、如权利要求1所述的紫外线吸收材料在化妆品中的应用。
7、如权利要求1所述的紫外线吸收材料在涂料中的应用。
8、如权利要求1所述的紫外线吸收材料在橡胶或塑料工业中的应用。
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