[發(fā)明專利]一種可生物降解的紫外阻隔和耐候微納復(fù)合材料和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811533134.4
• 申請(qǐng)日: 2018-12-14
• 公開（公告）號(hào): CN109852016B
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王文俊;邢乾秋;劉平偉;吳林波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): C08L67/04
• 分類號(hào): C08L67/04;C08L97/00;C08L79/04;C08J5/18
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

本發(fā)明公開了一種可生物降解的紫外阻隔和耐候微納復(fù)合材料和應(yīng)用，該材料由由1～100質(zhì)量份核殼結(jié)構(gòu)微納顆粒和50～10000質(zhì)量份可生物降解聚合物基體在溫度100～250℃下熔融共混5～40min得到，可用作各類紫外防護(hù)及耐候性的薄膜、片材或板材。所含微納顆粒為一種核殼型改性生物基材料，殼以多巴胺聚合物為主，核為木質(zhì)素，通過調(diào)控殼層形貌和材料組成，可有效地提高微納顆粒的力學(xué)性能，提高其紫外阻隔和耐候穩(wěn)定性以及與聚合物基體的相容性。本發(fā)明具有良好的紫外阻隔和耐候性能，經(jīng)濟(jì)環(huán)保，操作簡(jiǎn)易，在紫外防護(hù)和耐候聚合物材料制備方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微納復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種可生物降解的紫外阻隔和耐候微納復(fù)合材料和其應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，高分子材料尤其是塑料薄膜、片材及板材的廣泛使用給人們的生活帶來了極大的便利。目前使用的大多數(shù)聚合物材料，比如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和聚苯乙烯等，作為食品包裝、文具用品、餐飲具用品、工藝機(jī)電包裝等制品，涉及我們生活的方方面面。但這些聚合物一般化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，難以降解，他們的使用，尤其是在多采用一次性消費(fèi)品的農(nóng)業(yè)及包裝業(yè)中大量使用，引發(fā)了嚴(yán)重的白色污染。在農(nóng)業(yè)、包裝業(yè)及醫(yī)療行業(yè)中，許多塑料制品并不需要太長(zhǎng)的使用壽命，因此，人們開展了各種關(guān)于可自然條件下降解的聚合物的研究工作。可降解聚合物中的重要分類可生物降解聚合物已成為當(dāng)今研究的熱點(diǎn)，它是指在一定時(shí)間和適當(dāng)?shù)淖匀粭l件下能夠被微生物(如真菌、細(xì)菌、藻類等)或其分泌物在酶或化學(xué)分解作用下發(fā)生降解的聚合物材料。目前已經(jīng)商品化的可生物降解聚合物主要有脂肪族聚酯、聚醚、聚乙烯醇和聚多糖。

20世紀(jì)以來，由于人類活動(dòng)的影響，臭氧層逐漸遭到破壞，太陽光中的輻射到地面上的短波長(zhǎng)紫外線增加，紫外線量增加和短波化會(huì)對(duì)人類(包括生物界)產(chǎn)生重大危害和影響，也是聚合物光降解導(dǎo)致性能劣化的根本原因，紫外線阻隔及聚合物耐候改性技術(shù)也受到越來越多的關(guān)注。作為包裝用薄膜材料，其紫外光阻隔性是影響其使用價(jià)值的一個(gè)重要指標(biāo)；而對(duì)所有戶外使用的聚合物材料而言，擁有良好的耐候性，更是保證其壽命內(nèi)正常使用的關(guān)鍵所在。

目前，普遍采用添加紫外線吸收劑或者紫外線的方法來制備紫外阻隔薄膜、耐候片材和板材。現(xiàn)有的有機(jī)紫外線吸收劑按照化學(xué)結(jié)構(gòu)可分為：水楊酸酯類、二苯甲酮類、苯并三唑類、三嗪類等，如CN102756522A中引入苯并三唑、苯甲酮等制備三層聚乙烯復(fù)合薄膜；CN104371233A中采用聚乙烯醇、磷酸鈉鈦和丙三醇，通過溶液共溶-浸漬提拉法制備了抗紫外塑料薄膜；CN103507348A中引入市售光穩(wěn)定劑UV-327，通過熱壓和冷壓相結(jié)合的方法，制備了一種阻燃耐候連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合板材。但紫外線吸收劑往往易在聚合物基體中遷移及團(tuán)聚，其中一些甚至?xí)?duì)人體健康或環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響。無機(jī)紫外線屏蔽劑多為金屬氧化物，如TiO₂、CeO₂、SiO₂、ZnO等，CN101012343A利用含有無機(jī)粒子的涂層，制備抗紫外薄膜；CN101555340A通過溶液共混或者熔融擠出的方法，制備了含有金屬氧化物納米粒子的抗紫外高透明光學(xué)薄膜及片材。然而，無機(jī)紫外線屏蔽劑的紫外光阻隔能力及與聚合物體系相容性有限，往往還會(huì)催化聚合物基體降解。

除了上述有機(jī)光穩(wěn)定劑及無機(jī)紫外光屏蔽劑，天然產(chǎn)物中也存在良好的紫外吸收性物質(zhì)，其中木質(zhì)素是除纖維素之外地球上最豐富的生物質(zhì)材料，本身含有大量的苯環(huán)、羰基等共軛基團(tuán)，具有的酚羥基不僅有利于吸收紫外線，還具有清除自由基的功能，是一種良好的天然紫外光吸收劑及抗氧劑。黑色素是一種在生物體中普遍存在的生物大分子。它除了具有生物學(xué)功能外，還具有光防護(hù)、熱調(diào)節(jié)、金屬離子螯合、自由基清除等眾多許多吸引人的特性。在聚乙烯醇薄膜中加入烏賊黑素可以顯著提高薄膜的紫外阻隔性和光穩(wěn)定性(ACS Sustainable ChemistryEngineering,2016,4(4):2252-2258)。黑色素中含有的羥基、氨基和羧基等官能團(tuán)，使得其能與聚合物鏈中的極性基團(tuán)的形成氫鍵，進(jìn)而大幅增強(qiáng)所得復(fù)合材料的力學(xué)性能。將天然紫外線吸收劑引入可生物降解薄膜材料，無疑為實(shí)現(xiàn)生物基材料高附加值利用及制備高性能可降解紫外阻隔材料的提供了新思路。