一种纳米氧化铁防紫外线添加剂及其制备方法与流程

2021-02-02 16:02:14|

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本申请涉及纳米氧化铁的领域，更具体地说，它涉及一种纳米氧化铁防紫外线添加剂及其制备方法。
背景技术：
：高分子材料在户外使用,由于受日光照射等原因,而使高分子材料降解,导致高分子制品外观变坏,物理机械性能下降。但是紫外线吸收剂能够抑制这种光老化作用,从而延长高分子材料的使用寿命。纳米氧化铁具有纳米粒子的特性，如表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应等，目前应用较多的氧化铁主要为α-fe2o3。纳米α-fe2o3具有优越的磁性、较高的催化活性、良好耐光性、耐候性和屏蔽紫外线的能力，广泛应用于紫外过滤器以及各种涂料防紫外线添加剂中。针对上述相关技术，纳米氧化铁由于其纳米粒子的特性，具有强烈的表面效应，在添加进涂料等配方中进行混合时，容易在刚加入时由于纳米粒子的表面效应而发生团聚，而团聚后的纳米氧化铁由于粒径变大，其对于涂料的抗紫外线作用明显减弱。技术实现要素：为了减弱纳米氧化铁添加时的团聚作用，本申请提供一种纳米氧化铁防紫外线添加剂及其制备方法。第一方面，本申请提供一种纳米氧化铁防紫外线添加剂，采用如下技术方案：一种纳米氧化铁防紫外线添加剂，所述纳米氧化铁防紫外线添加剂由包括以下重量份数的原料制备得到：纳米氧化铁40～60份、分散剂10～15份、泡腾剂20～30份、促进剂8～10份。通过采用上述技术方案，纳米氧化铁具有较好的屏蔽紫外线的能力，可以起到主要抗紫外线的能力，但是纳米氧化铁由于其粒子的尺径很小，具有很高的表面积，具有强烈的表面效应，容易在添加到各种溶剂中时发生团聚作用，而失去纳米氧化铁本身的防紫外线能力。本申请中通过分散剂的作用，使得纳米氧化铁可以得到较好的分散而不易发生团聚。促进剂的添加使得防紫外线添加剂的抗紫外能力得到进一步提高。泡腾剂的添加使得防紫外线添加剂在添加使用时，泡腾剂会在溶剂中产生大量的气泡，产生的气泡，气泡在上浮破裂的过程中形成的机械搅拌作用会对添加剂中包括纳米氧化铁的各个组分进行更加有益的分散作用，一方面避免纳米氧化铁的团聚作用，另一方面使得添加剂各个组分得以快速分散，对于分散均匀程度要求不是极度高的情况下，甚至可以不需要人工进行机械搅拌，提高物料的分散地效率更高。并且泡腾剂与纳米氧化铁同步投入使用的，因此在投入起始，泡腾剂就会产生气泡以避免纳米氧化铁刚开始进行复配混合时的团聚作用，进而最大程度避免纳米氧化铁的团聚现象的产生。优选地，所述分散剂包括以下重量百分比的组分：十二烷基苯磺酸钠10～30％、聚环氧琥珀酸10～30％、聚乙二醇余量。通过采用上述技术方案，十二烷基苯磺酸钠、聚环氧琥珀酸均为阴离子表面活性剂，由于带负电荷的基团的吸附于纳米材料表面而改变纳米材料体系的静电力和空间排斥力，使得纳米氧化铁在溶剂中的稳定性提高，不易发生团聚。研究表明聚乙二醇对于纳米氧化铁具有修饰作用，对纳米氧化铁进行分散和稳定作用，从而使得纳米氧化铁粒子得到较好的分散效果。优选地，所述泡腾剂包括以下重量百分比的组分：碱剂20～30％、酸剂20～30％、聚乙烯吡咯烷酮的乙醇水溶10～20％、糊精余量。通过采用上述技术方案，碱剂和酸剂在遇水后，碱剂中的碳酸根粒子和酸剂中的氢离子发生电离而脱离束缚，并发生反应产生大量的二氧化碳气体气泡，从而达到泡腾搅拌分散的作用。聚乙烯吡咯烷酮的乙醇水溶作为黏合剂泡腾剂中各组分与防紫外线添加剂中其他组分进行粘合，最后得到的防紫外线添加剂无法成行。而聚乙烯吡咯烷酮的乙醇水溶与分散剂中的聚环氧琥珀酸共同存在时，会产生协同效果，两者对于添加剂体系中的纳米氧化铁的分散效果得到较大的提高，对于分散后的纳米氧化铁体系的稳定性也具有较大的提高的效果。优选地，所述碱剂选自碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸钠中的一种或多种。通过采用上述技术方案，碳酸氢钠、碳酸氢钾和碳酸钠在常温下为固体，且含有较多的碳酸根离子，可以释放较多的气泡，从而起到较好的泡腾效果。优选地，所述酸剂选自醋酸、酒石酸、柠檬酸中的一种或多种。通过采用上述技术方案，由于醋酸、酒石酸、柠檬酸三者的酸性强度都不高，因此选用醋酸、酒石酸、柠檬酸作为酸剂的主要成分，可以在提供氢离子的条件下，不会产生较强的酸性，而对添加剂的添加后的酸碱环境产生较大的影响。优选地，所述促进剂包括以下重量百分比的组分：苯并三唑20～40％、二苯甲酮10～30％、三嗪类10～20％、丙酮余量。通过采用上述技术方案，二苯甲酮的羰基氧和羟基氢中、三嗪类和苯并三唑中的n和h之间均形成有氢键，而当紫外线照射后，氢键会发生振荡打开，将紫外线吸收并以热能的方式释放，从而达到吸收紫外线的功能。丙酮作为溶剂，将三者具有紫外线吸收能力的组分进行溶解分散均匀，以便促进剂作为一个整体在最终产物中分散也较为均匀。优选地，所述纳米氧化铁防紫外线添加剂中还添加有10～20份的膨润土。通过采用上述技术方案，膨润土具有较强的吸附性能，可以将分子吸附聚集到膨润土表面，膨润土先与促进剂混合，将促进剂吸附到膨润土表面，然后在使用时再通过泡腾剂的崩解起泡作用进行分散，使得促进剂各组分的比例基本均匀，同时促进剂组分整体随膨润土在溶液中分散均匀。而膨润土表面一般都带有负电荷，可以吸附阳离子，而泡腾剂中的酸剂以及碱剂中的在崩解过程中，阳离子被膨润土吸附后，可以使得泡腾的效果更佳，产生气泡更多更快，达到的机械搅拌效果更好。第二方面，本申请提供一种纳米氧化铁防紫外线添加剂的制备方法，采用如下的技术方案：一种纳米氧化铁防紫外线添加剂的制备方法，包括以下步骤：s1：用分散剂对纳米氧化铁进行预处理，得到预处理后的纳米氧化铁；s2：将促进剂与膨润土进行混合搅拌均匀后得到预搅拌混合物；s3：将预处理后的纳米氧化铁与预搅拌混合物和泡腾剂进行机械搅拌混合，得到混合物；s4：将步骤s2中搅拌完成后的混合物进行干燥压片，得到纳米氧化铁防紫外线添加剂。通过采用上述技术方案，分散剂先与纳米氧化铁进行混合预处理，分散剂会先与纳米氧化铁进行附着，从而提高预先提高纳米氧化铁的分散能力。然后促进剂与膨润土进行混合，膨润土通过吸附作用将促进剂组分进行均匀吸附，从而使得最后将预处理后的纳米氧化铁与预搅拌混合物和泡腾剂混合后形成的防紫外线添加剂具有较好的层次，均匀性更好。综上所述，本申请具有以下有益效果：1、由于本申请采用分散剂、促进剂和泡腾剂与纳米氧化铁进行混合的复配方式，由于分散剂的化学分散效果以及泡腾剂的瞬间起泡，获得了减少纳米氧化铁团聚的效果。2、本申请中优选采用聚环氧琥珀酸作为分散剂的组分以及聚乙烯吡咯烷酮的乙醇水溶作为黏合剂，由于两者之间的还具有协同分散的效果，获得了优化纳米氧化铁分散稳定性的效果。3、本申请的方法，通过分步处理，使得各组分得到有序的均匀的组合，最后再压片得到产品，因此获得了更好的分散均匀性的效果。具体实施方式以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。实施例实施例1一种纳米氧化铁防紫外线添加剂，由包括以下重量份数的原料制备得到：纳米氧化铁40份、分散剂10份、泡腾剂20份、促进剂8份。分散剂包括以下重量百分比的组分：乙二胺四乙酸10％、聚环氧琥珀酸10％、聚乙二醇80％。泡腾剂包括以下重量百分比的组分：碱剂20％、酸剂20％、聚乙烯吡咯烷酮的乙醇水溶10％、糊精50％。碱剂选自碳酸氢钠。酸剂选自醋酸。聚乙烯吡咯烷酮的乙醇水溶中，聚乙烯吡咯烷酮的质量分数为5％，乙醇水溶液中乙醇的体积分数为75％。促进剂包括以下重量百分比的组分：苯并三唑20％、二苯甲酮30％、三嗪类20％、丙酮30％。三嗪类为三聚氰酸。上述的纳米氧化铁防紫外线添加剂的制备方法，具体包括以下步骤：s1：预处理纳米氧化铁，按比例将乙二胺四乙酸、聚环氧琥珀酸和聚乙二醇搅拌混合均匀，得到分散剂混合液，随后将分散剂混合液通过雾化枪喷淋至纳米氧化铁表面，喷淋结束后，收集从纳米氧化铁上滴落的分散剂混合液继续喷淋到纳米氧化铁表面，直到不再有分散剂混合液滴落。s2：原料混合；按比例将丙酮、二苯甲酮、三聚氰酸和苯并三唑搅拌溶解混合均匀得到促进剂液体混合物，随后用烘箱在50℃下蒸发丙酮烘干得到促进剂固体混合物。然后，将预处理后的纳米氧化铁、泡腾剂、促进剂固体混合物进行机械搅拌混粒。s3：压片，将步骤s2得到的最终原料混合物用压片机进行压片后即可得到纳米氧化铁防紫外线添加剂成品。实施例2～5与实施例1的区别如下表所示：实施例6一种纳米氧化铁防紫外线添加剂，由包括以下重量份数的原料制备得到：纳米氧化铁60份、分散剂15份、泡腾剂30份、促进剂10份、膨润土10份。分散剂包括以下重量百分比的组分：乙二胺四乙酸30％、聚环氧琥珀酸30％、聚乙二醇40％。泡腾剂包括以下重量百分比的组分：碱剂30％、酸剂30％、聚乙烯吡咯烷酮的乙醇水溶20％、糊精20％。碱剂选自碳酸氢钠。酸剂选自醋酸。促进剂包括以下重量百分比的组分：苯并三唑20％、二苯甲酮10％、三嗪类20％、丙酮50％。三嗪类为三聚氰酸。上述的纳米氧化铁防紫外线添加剂的制备方法，具体包括以下步骤：s1：预处理纳米氧化铁，按比例将乙二胺四乙酸、聚环氧琥珀酸和聚乙二醇搅拌混合均匀，得到分散剂混合液，随后将分散剂混合液通过雾化枪喷淋至纳米氧化铁表面，喷淋结束后，收集从纳米氧化铁上滴落的分散剂混合液继续喷淋到纳米氧化铁表面，直到不再有分散剂混合液滴落。s2：原料混合；按比例将丙酮、二苯甲酮、三聚氰酸和苯并三唑搅拌溶解混合均匀得到促进剂液体混合物，随后将按比例在促进剂液体混合物投入膨润土，并搅拌均匀，得到二次混合物。随后用烘箱在50℃下蒸发二次混合物中的丙酮，烘干得到促进剂固体混合物。然后，将预处理后的纳米氧化铁、泡腾剂、促进剂固体混合物进行机械搅拌混粒。s3：压片，将步骤s2得到的最终原料混合物用压片机进行压片后即可得到纳米氧化铁防紫外线添加剂成品。实施例7与实施例6的区别在于：膨润土的添加量为15重量份。实施例8与实施例6的区别在于：膨润土的添加量为20重量份.实施例9与实施例1的区别在于：碱剂选用碳酸氢钠和碳酸钠质量比为1∶1的混合物；酸剂选用醋酸和酒石酸质量比为1∶1的混合物。实施例10与实施例1的区别在于：剂选用碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸氢钾质量比为1∶1∶1的混合物；酸剂选用醋酸、酒石酸和柠檬酸质量比为1∶1∶1的混合物。对比例对比例1防紫外线添加剂选用纯纳米氧化铁。对比例2与实施例1的区别在于：防紫外线添加剂原料中未添加泡腾剂。对比例3与实施例1的区别在于：防紫外线添加剂原料中未添加分散剂。对比例4与实施例1的区别在于：分散剂组分中聚环氧琥珀酸采用等量的乙二胺四乙酸代替。性能检测试验选用规格15mm*10mm*2mm的a3钢。用砂纸逐级打磨至1000#，抛光后用丙酮去油，超声波清洗，电吹风吹干。涂料选用天津灯塔股份有限公司的聚氨酯清漆，使用时用丙酮稀释，清漆与溶剂的质量比为1∶4。将实施例1～10以及对比例1～4中的防紫外线添加剂加入清漆溶液中，然后将a3钢浸涂，室温固化24h，然后放入烘干箱60℃烘干24小时使之充分固化，用千分尺测厚仪测定厚度，干膜厚度约为30μm。老化试验箱采用光源博城253nm的石英灯管，温度25℃，相对湿度70％±5％。将涂层固化后的钢放入老化试验箱中进行光照14天后，取出用eis进行分析。孔隙率可由孔隙率“无限大的”涂层的理论电阻(rpt)与实测孔隙电阻(rp)的比值来确定。计算公式为：孔隙率＝rpt/rp(rpt＝d/ak，d为涂层厚度，a为电极面积，k为电解质电导率＝4.2sm-1)rpt＝30×10-6/(150×10-6×4.2)＝0.048ω表1实施例rp(ω×104)p实施例11134.25×10-8实施例21124.29×10-8实施例31114.32×10-8实施例41134.25×10-88实施例51124.29×10-8实施例61184.07×10-8实施例71164.14×10-8实施例81164.14×10-8实施例91174.10×10-8实施例101194.03×10-8对比例1242.00×10-7对比例2471.02×10-7对比例3451.07×10-7对比例4865.58×10-8结合实施例1～10和对比例1～4并结合表1可以看出，实施例1～10的孔隙率都小于对比例1～4中的孔隙率，说明本申请中采用的防紫外线添加剂在涂层中分散更加均匀，对于涂层的抗紫外线能力具有更好的优化。而通过对比例1与实施例1的结果对比可以明显看出，同样条件下，本申请中采用的防紫外线添加剂的抗紫外线能力明显优于单纯添加纳米氧化铁的，而通过对比例2和3与实施例1的结果对比可以看出，泡腾剂和分散剂对于纳米氧化铁的分散抗团聚起到较优的作用，明显提高纳米氧化铁在涂层中对涂层的抗紫外线能力。最后通过对比例4与实施例1的对比可以看出的，聚环氧琥珀酸与聚乙烯吡咯烷酮之间是具有一定的协同作用的，采用聚环氧琥珀酸后的分散剂对纳米氧化铁的分散作用明显提高。本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。当前第1页1 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