[發明專利]表面改性納米氧化鑭鈰、改性方法、抗紫外線材料及制備方法和應用

有效

• 申請號: 201611089574.6
• 申請日: 2016-12-01
• 公開（公告）號: CN106750537B
• 公開（公告）日: 2019-01-29
• 發明（設計）人: 宋立軍
• 申請（專利權）人: 廈門稀土材料研究所
• 主分類號: C08K9/04
• 分類號: C08K9/04;C08K3/22;C08L77/00
• 代理公司: 北京知元同創知識產權代理事務所(普通合伙) 11535
• 代理人: 劉元霞;牛艷玲

本發明公開了一種改性納米氧化鑭鈰、其改性方法、含有其的抗紫外線材料及其制備方法，所述改性納米氧化鑭鈰采用脂肪醇聚氧乙烯醚作為表面活性劑對納米氧化鑭鈰進行表面改性制得。本發明創造性地采用脂肪醇聚氧乙烯醚作為表面活性劑對納米氧化鑭鈰進行表面改性，從而實現了納米氧化鑭鈰表面高電荷的消除，并同時改善了無機納米顆粒與有機介質的作用力，從而實現了納米氧化鑭鈰在高分子材料(如聚酰胺)中的均勻分散。本發明將表面改性后的納米氧化鑭鈰摻雜到聚酰胺中，對得到的雙向拉伸薄膜的斷面進行電鏡確認，發現氧化鑭鈰分散均勻，無團聚、溶出或相分離。

技術領域

本發明屬于納米功能材料技術領域，尤其是涉及一種表面改性納米氧化鑭鈰、改性方法、抗紫外線材料及抗紫外線聚酰胺薄膜制備方法和應用。

背景技術

雙向拉伸聚酰胺薄膜(BOPA薄膜)是聚酰胺系列中產量最大，使用最廣泛的品種之一，與傳統的聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)薄膜等相比，其具有優良的耐破裂、耐沖擊、拉伸性好等性能特點。相比低密度聚乙烯、乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)，聚偏二氯乙烯(PVDC)等阻隔材料，BOPA薄膜還具有優秀的氣體阻隔性，對O₂和CO₂等的阻隔性比低密度聚乙烯高100倍；而且耐溫范圍寬，透明性好。因此，BOPA薄膜被廣泛地用作食品加工、醫藥衛生、化工產品等領域的包裝材料，特別適合于冷凍、真空包裝，對食品的保鮮、保香效果遠遠大于常規的包裝材料。目前，國內外對BOPA薄膜已形成巨大的市場需求，預計未來5年全世界對BOPA薄膜的市場需求仍將以每年15-20％的速度增長。

但是，當前BOPA薄膜面臨著光致老化問題，即長期暴露在紫外線下使用時老化降解，變色甚至脆化。該問題一方面形成遍地白色污染并導致薄膜的浪費，另一方面造成BOPA薄膜的檔次不高，無法提升技術附加值并占據高端市場。

改進材料抗光致老化性能的傳統方法是添加有機紫外線吸收劑或紫外線屏蔽劑。

對于有機紫外線吸收劑，從機理上可以分為抗氧劑和光穩定劑，具體如受阻酚類，亞磷酸酯類，硫代類及受阻胺類等，其根本上是使高能紫外線斷裂聚合物分子鏈生成的活性自由基被捕捉或淬滅。但該方法存在先天的不足，如吸收是個消耗的過程，吸收劑逐漸會變質劣化，導致材料的透明度下降甚至變色。

對于紫外線屏蔽劑，例如基于納米無機粒子(如納米ZnO，納米TiO₂等)的紫外線屏蔽劑，因其具有良好的化學穩定性、熱穩定性以及屏蔽范圍寬等優點而備受人們的青睞。但納米ZnO作為光穩定劑的同時具有高度催化活性，當紫外光能量大于ZnO禁帶寬度時(3.0eV)，電子將被激發越過禁帶進入導帶，產生電子-空穴對。空穴將氧化環境中的OH^-，導致紫外屏蔽的失效。對納米TiO₂而言，雖然其禁帶寬度達3.2eV，但其折射率n接近2.5(銳鈦礦)和2.7(金紅石相)。摻入BOPA薄膜中后色澤顯得不自然，進而限制了其應用。二氧化鈰(CeO₂)的4f電子對可見光無吸收，對紫外展示出優異的吸收能力，同時禁帶寬度達到3.4，可以更好地減少催化活性，從而被應用于抗紫外線新材料中。納米CeO₂雖然表現出優異的紫外線吸收性能，但當將其摻雜到高分子材料中時，存在兩個缺陷很難克服：一是納米相CeO₂非常容易團聚，影響其在高分子中的均勻分散，生產中也會出現堵塞加料濾網的問題；二是納米CeO₂仍具有一定的光催化活性，對BOPA薄膜仍具有一定潛在傷害。雖然曾有文獻綜述報道可以通過在納米CeO₂的表面包裹二氧化硅來降低其催化活性，但是該方法操作繁瑣，僅適用于實驗室研究，無法大批量制備，因此也無法用于工業生產。

發明內容

本發明的目的旨在提供一種表面改性納米氧化鑭鈰、改性方法、抗紫外線材料及抗紫外線聚酰胺薄膜制備方法和應用，通過對納米氧化鑭鈰的表面進行改性，從而實現了其表面高電荷的消除，解決了采用未改性納米氧化鑭鈰時存在的團聚問題，同時改善了無機納米顆粒與有機介質的作用力，實現了納米氧化鑭鈰在高分子材料中的均勻分散。