[發(fā)明專利]一種高強長效抗紫外生物基UP復(fù)合材料及其高效制備方法和應(yīng)用

在審

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• 申請日: 2022-12-14
• 公開（公告）號: CN115785638A
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王瑋;王政;王啟程;馮槊
• 申請（專利權(quán)）人: 江南大學(xué)
• 主分類號: C08L67/06
• 分類號: C08L67/06;C08L97/00;C08G63/52
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23211
• 代理人: 張勇

一種高強長效抗紫外生物基UP復(fù)合材料及其高效制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明屬于高分子復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有抗紫外不飽和聚酯中的添加劑易從基體中滲出，從而影響制品長期使用性能以及無法兼顧力學(xué)性能和抗紫外性能的技術(shù)問題。本發(fā)明以衣康酸、丁二醇和異山梨醇作為單體制備低粘度生物基UP預(yù)聚體體系，同時通過調(diào)整引發(fā)劑含量、添加納米木質(zhì)素及調(diào)控其添加量，最終在引入少量納米木質(zhì)素的基礎(chǔ)上獲得了兼具高力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性和長效穩(wěn)定抗紫外功能的復(fù)合材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高分子復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種高強長效抗紫外生物基UP復(fù)合材料及其高效制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

不飽和聚酯(UP)樹脂因價格低廉、固化工藝簡單以及固化后具有良好的力學(xué)性能、耐熱性、耐腐蝕等特點，常作為復(fù)合材料的基材，廣泛應(yīng)用于建筑、汽車、航空、船舶等領(lǐng)域。與其他材料一樣，UP因自身結(jié)構(gòu)特點，存在性能缺陷。如因不飽和聚酯分子結(jié)構(gòu)中固有的酯鍵等結(jié)構(gòu)，使得石油基和生物基UP作為戶外產(chǎn)品使用時，在紫外線照射下，材料表面出現(xiàn)發(fā)黃、應(yīng)力開裂的現(xiàn)象，嚴(yán)重會損害力學(xué)性能，大大縮短了其使用壽命。

目前解決這一問題的主要有三種：(1)引入添加型光穩(wěn)定劑，如苯并三唑、二苯甲酮、三嗪類等，但由于上述添加劑會從基體中滲出，從而影響制品長期使用性能；(2)引入反應(yīng)型穩(wěn)定劑，雖利用其分子中的活性基團，鍵和到UP大分子中，實現(xiàn)了長期穩(wěn)定性，但其合成工藝復(fù)雜，成本較高。(3)添加無機納木粒子如納米ZnO、SiO₂等，但在賦予UP抗紫外的同時，其力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性有所降低。因此尋找一種價格低廉、綠色環(huán)保以及具有長期穩(wěn)定效果的高效紫外吸收劑對于UP戶外產(chǎn)品的開發(fā)尤為重要。

近年來，納米木質(zhì)素，由于來源廣泛、綠色環(huán)保、天然可再生、抗氧化、抗菌、紫外線吸收、生物相容性以及剛性等獨特優(yōu)勢，而被廣泛用作功能復(fù)合材料的增強劑、交聯(lián)劑、紫外線防護劑、抗氧化劑、抗菌劑。其中因木質(zhì)素分子鏈中的苯環(huán)、羰基、苯酚等生色單元結(jié)構(gòu)的存在，使得其抗紫外線的能力表現(xiàn)得尤為突出。有研究者將納米木質(zhì)素引入PMMA、PU、PVA等體系中，制備的納米復(fù)合材料的抗紫外能力均得到了大幅提高，但由于其中酚羥基的存在會對UP的固化產(chǎn)生負(fù)面影響，導(dǎo)致其力學(xué)性能、耐熱性大幅降低，因此，如何保證引入木質(zhì)素后的生物基UP的力學(xué)性能、耐熱性仍然是亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過制備低粘度的生物基UP預(yù)聚體體系，同時通過對木質(zhì)素進行預(yù)處理獲得棒狀納米木質(zhì)素，有利于其在UP預(yù)聚物體系中的分散性，又使得其與基體樹脂間形成較強的相互作用力，然后通過調(diào)整體系引發(fā)劑的添加量，來提高體系的固化度，最終在引入少量納米木質(zhì)素的基礎(chǔ)上獲得了兼具高力學(xué)性能和長效穩(wěn)定抗紫外功能的復(fù)合材料。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明的目的之一是提供一種高強長效抗紫外生物基UP復(fù)合材料的高效制備方法，包括，

S1：采用直接酯化縮聚法，分預(yù)聚、縮聚兩步合成生物基UP預(yù)聚體，其中采用的單體為衣康酸(IA)、丁二醇(BD)和異山梨醇(IS)，三者摩爾比為1.0：0.9：0.3；

S2：將納米木質(zhì)素加入到稀釋劑中，機械攪拌，然后加入生物基UP預(yù)聚體，攪拌均勻后在引發(fā)劑和促進劑作用下進行三段式固化，得到高強長效抗紫外生物基UP復(fù)合材料。

作為本發(fā)明高強長效抗紫外生物基UP復(fù)合材料的高效制備方法的一種優(yōu)選方案，其中，S1中生物基UP預(yù)聚體的制備方法如下：

向衣康酸(IA)、丁二醇(BD)和異山梨醇(IS)中加入催化劑和阻聚劑，先預(yù)聚，然后進行縮聚，得到生物基UP預(yù)聚體。

作為本發(fā)明生物基UP預(yù)聚體的制備方法的一種優(yōu)選方案，其中，催化劑為鈦酸四丁酯，其用量為衣康酸(IA)質(zhì)量的0.05-0.2％。