專利名稱：一種抗紫外ZnO-高分子復合膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有機無機復合材料的制備，特別是涉及一種抗紫外ZnO-高分子 復合膜及其制備方法。
背景技術(shù)：
紫外線對人體及各類器件有害，在紫外光強的區(qū)域需要在功能器件表面涂 覆或者包覆抗紫外層來避免紫外損傷。由于其特殊的光電特性， 一些包括Ti02、 Ce02、 ZnO在內(nèi)的寬禁帶化合物可以有效地吸收紫外光，但是無機材料固有的 高密度、不可彎曲、制備工藝復雜、價格昂貴等缺點限制了其在工業(yè)上的應(yīng)用。 高分子聚合物價格低廉，密度低、柔韌性好且無色透明的，將前述無機物以納 米分散形態(tài)摻入高分子聚合物既可保留其優(yōu)良的抗紫外性能，又可克服單純使 用無機材料帶來的弊端。因此，有機無機復合膜成為近幾年來抗紫外覆膜開發(fā) 研究的熱點。目前在抗紫外復合覆膜領(lǐng)域的研究主要集中在將1102納米晶與 PMMA、 PEG、 PEO等有機物的復合上，但是由于無機納米顆粒本身極易發(fā)生 團聚，在有機基體中出現(xiàn)偏聚相，分散性較差，導致所制備的復合膜的抗紫外 性能不佳，且二氧化鈦屬貴金屬，制備Ti02-高分子膜的成本高昂，難以工業(yè)化 應(yīng)用。水溶液法合成的ZnO納米晶顆粒尺度小、粒徑均勻、分散性好、合成方 法簡單，將其摻入高分子材料中能夠有效增強其抗紫外性能，并保持其可見光 區(qū)域的透明性，在有機無機復合提升材料性能和工業(yè)化生產(chǎn)抗紫外覆膜上有很 高的研究價值和應(yīng)用意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種抗紫外性能優(yōu)良、可見光透過率高的ZnO-高分子 復合膜及其制備方法。
本發(fā)明的抗紫外ZnO-高分子復合膜，它含有質(zhì)量百分比為0.01%~50%的 ZnO，余量為高分子材料，所說的高分子材料為聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、 聚環(huán)氧乙烷、聚乙二醇、聚丙烯或聚氯乙烯。
抗紫外ZnO-高分子復合膜的厚度為10納米~20厘米。
抗紫外ZnO-高分子復合膜的制備方法，包括以下步驟
1)將醋酸鋅與氫氧化物在醇溶液中反應(yīng)生成氧化鋅納米晶，然后溶于有機 溶劑并加入分散劑，得到氧化鋅納米晶溶液，醋酸鋅與氫氧化物的摩爾比為2:
1~1: 10，分散劑與氧化鋅納米晶的摩爾比為1: 10~1: 1000000;2) 將高分子材料溶解于有機溶劑中，加入上述氧化鋅納米晶溶液，在10 80 'C下反應(yīng)至混合均勻，氧化鋅納米晶溶液與高分子材料的質(zhì)量比為1: 99.99~1: 2。
3) 靜置步驟2)所得的混合溶液，蒸發(fā)去除有機溶劑，得到ZnO-高分子復合膜。
本發(fā)明中，所說的醇溶液為甲醇、乙醇、丙醇、丁醇或戊醇溶液。所說的 氫氧化物為氫氧化鈉、氫氧化鉀或氫氧化鋰。所說的分散劑可以是脂肪胺、芳 香胺或脂肪酸；脂肪胺選自丁胺、戊胺、己胺、庚胺、辛胺、壬胺、乙二胺或 三辛胺；芳香胺選自苯胺，萘胺，苯二胺、甲苯胺或聯(lián)苯胺；脂肪酸選自硬脂 酸、油酸、丁酸、月桂酸、硬脂酸、豆蔻酸或棕櫚酸。
本發(fā)明中，所說的高分子材料為聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚環(huán)氧乙 垸、聚乙二醇、聚丙烯或聚氯乙烯。
本發(fā)明制備過程中，步驟l)中所用的有機溶劑為苯、甲苯、二甲苯、二氯 甲烷、氯仿、氯苯、環(huán)己烷或正己垸。步驟2)中所用的有機溶劑為甲苯、氯苯、 二氯苯、異丙醇、乙酸乙酯、乙醚、丙酮、二氯甲垸、氯仿或四氫呋喃。
本發(fā)明通過在低溫下將ZnO與高分子聚合物混合得到ZnO-高分子膜，制備 方法簡單，設(shè)備要求低，成本小，重復性好，生產(chǎn)周期短，所得的復合膜具有 優(yōu)良的抗紫外性能、透明性好、柔韌性好、價格低廉等優(yōu)點。通過改變復合膜 中的ZnO含量，其紫外透過率能夠在86%至0.1%之間得到連續(xù)的調(diào)節(jié)，可見光 透過率可達50% 99%，獲得的薄膜厚度和形狀可根據(jù)生產(chǎn)要求改變，能夠適用 于各種類型的器件，在抗紫外覆層的研究生產(chǎn)領(lǐng)域有著極其廣泛的應(yīng)用。


圖1是實施例1所制得的ZnO-高分子復合膜的紫外可見分光譜，實線為所
制備的ZnO-高分子膜的譜線，虛線為純高分子膜的譜線。
圖2是實施例1所制得的ZnO-高分子復合膜的TEM照片。
圖3是實施例2所制得的ZnO-高分子復合膜放置一個月后的紫外可見分光
譜，實線為樣品放置一個月后測試所得的譜線，虛線為新鮮制備的樣品的譜線。
具體實施例方式
以下為采用本發(fā)明方法制備ZnO-高分子復合膜的實例，但本發(fā)明并不限于 這些實施例。 實施例1
l)將0.800g醋酸鋅與0.400g氫氧化鉀溶于35ml乙醇，在8(TC下反應(yīng)2小時，得到氧化鋅納米晶，將其溶于10ml氯仿，加入100)il硬脂酸，用0.2pm孔 徑的過濾頭過濾后配成澄清溶液。
2)將5.00g聚苯乙烯溶于40ml氯仿，攪拌30分鐘后加入1.0ml上述ZnO納 米晶溶液，在室溫下攪拌30分鐘，形成混合均勻的溶液。將溶液倒入直徑20mm 的圓形平底玻璃容器中，在室溫下蒸干溶劑，獲得厚度為0.40mm的ZnO-高分 子復合膜。
將得到的透明薄膜進行紫外-可見分光光度測試，測試結(jié)果見圖1。圖1中 的虛線為相同厚度的純聚苯乙烯(PS)膜，實線為ZnO-高分子復合膜，對照發(fā) 現(xiàn)復合膜在紫外光部分透過率大大低于純高分子膜，在340納米光照下透過率 接近零，在可見光部分的透過率與純PS膜接近，保持在85%以上，證明產(chǎn)物具 有優(yōu)異的抗紫外性和高透明性。產(chǎn)物的TEM電鏡照片見圖2，從圖中可以看出， 直徑約為5納米的ZnO納米晶在高分子基體中具有良好的分散性，沒有發(fā)生明 顯的團聚現(xiàn)象，這種良好的分散性使得產(chǎn)物的抗紫外性能明顯優(yōu)于其他無機化 合物與高分子的復合物，能夠達到生產(chǎn)應(yīng)用要求。
實施例2
1) 將1.350g醋酸鋅與0.820g氫氧化鈉溶于55ml正丁醇，在ll(TC下反應(yīng)1.5 小時，得到氧化鋅納米晶，將其溶于10ml氯仿，加入100^il三辛胺，用0.2pm 孔徑的過濾頭過濾后配成澄清溶液。
2) 將2.00g聚甲基丙烯酸甲酯溶于25ml氯仿，攪拌30分鐘后加入3ml上述 ZnO納米晶溶液，在室溫下攪拌30分鐘，形成混合均勻的溶液。將溶液倒入直 徑20mm的圓形平底玻璃容器中，在室溫下蒸干溶劑，獲得厚度為0.30mm的 ZnO-高分子復合膜。圖3是所得產(chǎn)物在一個月后測試的紫外-可見光譜對照圖， 從圖中可以看出，產(chǎn)物在經(jīng)過一段時間放置后抗紫外性能基本沒有變化，證明 產(chǎn)物性能穩(wěn)定，可以應(yīng)用于生產(chǎn)實際。
實施例3
1) 將0.900g醋酸鋅與0.380g氫氧化鉀溶于45ml甲醇，在6CTC下反應(yīng)2.5 小時，得到氧化鋅納米晶，將其溶于10ml甲苯，加入200pl丁胺，用0.2pm孔 徑的過濾頭過濾后配成澄清溶液。
2) 將lO.OOg聚環(huán)氧乙烷溶于25ml四氫呋喃，攪拌30分鐘后加入2ml上述 ZnO納米晶溶液，在室溫下攪拌30分鐘，形成混合均勻的溶液。將溶液倒入直 徑20mm的圓形平底玻璃容器中，在室溫下蒸干溶劑，獲得厚度為0.50mm的 ZnO-高分子復合膜。
權(quán)利要求
1.一種抗紫外ZnO-高分子復合膜，其特征在于它含有質(zhì)量百分比為0.01％～50％的ZnO，余量為高分子材料，所說的高分子材料為聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚環(huán)氧乙烷、聚乙二醇、聚丙烯或聚氯乙烯。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗紫外ZnO-高分子復合膜，其特征在于復合膜的 厚度為10納米~20厘米。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗紫外ZnO-高分子復合膜的制備方法，其特征在 于包括以下步驟1) 將醋酸鋅與氫氧化物在醇溶液中反應(yīng)生成氧化鋅納米晶，然后溶于有機 溶劑并加入分散劑，得到氧化鋅納米晶溶液，醋酸鋅與氫氧化物的摩爾比為2:10，分散劑與氧化鋅納米晶的摩爾比為1: 10 1: 1000000;2) 將高分子材料溶解于有機溶劑中，加入上述氧化鋅納米晶溶液，在10~80 。C下反應(yīng)至混合均勻，氧化鋅納米晶溶液與高分子材料的質(zhì)量比為1: 99.99 1: 2。3) 靜置步驟2)所得的混合溶液，蒸發(fā)去除有機溶劑，得到ZnO-高分子復合膜。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的抗紫外ZnO-高分子復合膜的制備方法，其特征在 于所說的醇溶液為甲醇、乙醇、丙醇、丁醇或戊醇溶液。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的抗紫外ZnO-高分子復合膜的制備方法，其特征在 于所說的氫氧化物為氫氧化鈉、氫氧化鉀或氫氧化鋰。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的抗紫外ZnO-高分子復合膜的制備方法，其特征在 于步驟l)中所說的有機溶劑選自苯、甲苯、二甲苯、二氯甲烷、氯仿、氯苯、 環(huán)己垸或正己垸。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的抗紫外ZnO-高分子復合膜的制備方法，其特征在 于所說的分散劑是脂肪胺、芳香胺或脂肪酸；脂肪胺選自丁胺、戊胺、己胺、 庚胺、辛胺、壬胺、乙二胺或三辛胺；芳香胺選自苯胺，萘胺，苯二胺、甲苯 胺或聯(lián)苯胺；脂肪酸選自硬脂酸、油酸、丁酸、月桂酸、硬脂酸、豆蔻酸或棕 櫚酸。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的抗紫外ZnO-高分子復合膜的制備方法，其特征在 于步驟2)中所說的有機溶劑為甲苯、氯苯、二氯苯、異丙醇、乙酸乙酯、乙醚、丙酮、二氯甲烷、氯仿或四氫呋喃。
9. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的抗紫外ZnO-高分子復合膜的制備方法，其特征在 于所述的高分子材料為聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚環(huán)氧乙烷、聚乙二醇、 聚丙烯或聚氯乙烯。
全文摘要
本發(fā)明公開的抗紫外ZnO-高分子復合膜含有質(zhì)量百分比為0.01％～50％的ZnO，余量為高分子材料，其中的高分子材料為聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚環(huán)氧乙烷、聚乙二醇、聚丙烯或聚氯乙烯。制備步驟如下先將醋酸鋅與氫氧化物在醇溶液中反應(yīng)生成氧化鋅納米晶，然后溶于有機溶劑并加入分散劑，得到氧化鋅納米晶溶液；再將此納米晶溶液與高分子聚合物在有機溶劑中混合均勻，繼而蒸發(fā)除去溶劑得到ZnO-高分子復合膜。本發(fā)明制備方法簡單，成本低，重復性好，生產(chǎn)周期短，所得的復合膜具有優(yōu)良的抗紫外性能、柔韌性好、其紫外透過率在86％至0.1％，可見光透過率可達50％～99％，能夠適用于各種類型的器件。
文檔編號C08J5/18GK101585925SQ200910099499
公開日2009年11月25日 申請日期2009年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月11日
發(fā)明者葉志鎮(zhèn), 立 周, 瑤 屠, 金一政, 超 高 申請人:浙江大學