第一篇：高分子材料改性用金紅石型納米Tio的制備及表征論文

創(chuàng)先職稱(chēng)論文發(fā)表網(wǎng) 004km.cn 高分子材料改性用金紅石型納米Tio的制備及表征論文

摘要：金紅石型納米Tio:作為一種性能優(yōu)異的無(wú)機(jī)紫外光屏蔽劑和吸收劑，不僅能散射進(jìn)入材料內(nèi)部的紫外光，而且還可通過(guò)電子躍遷有效吸收紫外光能量，在高分子材料的耐紫外光老化改性領(lǐng)域已獲得廣泛應(yīng)用。然而，納米TIO:顆粒表面易吸收大量經(jīng)基而顯親水性，導(dǎo)致其與大多數(shù)高分子材料相容性差，容易產(chǎn)生聚集和分相。因此，為提高納米TIO:在高分子材料中的分散性，納米TIOZ 的表面修飾已成為該領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。本文針對(duì)當(dāng)前納米Tio:粉體先分散再修飾工藝存在的分散及修飾效果不佳的問(wèn)題，提出在低溫下制備金紅石型納米 TIOZ，并在其制備過(guò)程后期引入有機(jī)表面改性劑進(jìn)行表面修飾，確保金紅石型納米TIOZ制備和修飾的連續(xù)進(jìn)行，從而減少傳統(tǒng)納米粉體修飾前的預(yù)分散過(guò)程，實(shí)現(xiàn)對(duì)納米TIO:一次粒子的表面修飾，提高納米TIO:在聚丙烯高分子材料中的分散性(高分子材料改性)。

關(guān) 鍵 詞:高分子材料;耐紫外光老化;金紅石表面修飾

自20世紀(jì)提出高分子材料概念以來(lái)，高分子材料在短短幾十年間已取得驚人的發(fā)展，在日常生活各個(gè)領(lǐng)域有著越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。然而，高分子材料長(zhǎng)期暴露于紫外光和含氧大氣中，高能量的紫外光可使高分子材料發(fā)生分子鏈斷裂或交聯(lián)，且伴隨著生成含氧基團(tuán)如酮、梭酸、過(guò)氧化物和醇，導(dǎo)致材料韌性和強(qiáng)度急劇下降，造成材料過(guò)早失效，不但在經(jīng)濟(jì)上受到很大損失，導(dǎo)致資源的浪費(fèi)，甚至因材料的失效分解造成對(duì)環(huán)境的污染。高分子材料的紫外光老化失效已成為高分子材料應(yīng)用研究所關(guān)注的重要問(wèn)題之一。高分子材料紫外光老化原理紫外光通過(guò)光子所攜帶的能量作用于高分子材料，激發(fā)分子鏈中活性基團(tuán)使其發(fā)生光解作用，在外界水或氧氣等物質(zhì)存在的條件下，發(fā)生光氧化作用，最終導(dǎo)致高分子材料的降解老化。不同的高分子材料對(duì)紫外光的敏感程度不同，芳香族聚合物，比如聚胺脂、聚碳酸脂、環(huán)氧樹(shù)脂等，由于分子中含有發(fā)色基團(tuán)對(duì)紫外光非常敏感，很容易受紫外光激發(fā)降解或光氧化;大部分的脂肪族聚合物和丙烯酸樹(shù)脂等，分子鏈中不含發(fā)色基團(tuán)，理論上是不會(huì)因吸收紫外光發(fā)生降解，但是在加工和制備過(guò)程中難免引入添加劑、雜質(zhì)等，因此在紫外光作用下仍會(huì)發(fā)生降解。除發(fā)色基團(tuán)外，高分子材料本身的化學(xué)結(jié)構(gòu)、加工方法等也是其對(duì)紫外光敏感程度的影響因素。下面以最常用塑料之一的聚丙烯塑料受紫外光輻射發(fā)生降解為例，說(shuō)明高分子材料紫外光老化原理: 聚丙烯塑料的光降解老化分為光解作用和光氧化作用兩個(gè)過(guò)程。聚丙烯分子鏈中，叔碳容易受紫外光激發(fā)脫去活潑氫而形成自由基，這是聚丙烯分子鏈降解的初始活性中心。在氧氣存在條件下自由基發(fā)生氧化并攻擊其它分子鏈形成氫過(guò)氧化物。氫過(guò)氧化物不穩(wěn)定，自發(fā)重新排列形成撥基化合物。撥基化合物是新的活性中心，可吸收紫外光發(fā)生斷裂形成新的自由基對(duì)聚丙烯分子產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)破壞。因此，光氧降解老化的最終產(chǎn)物主要是撥基化合物，包括酮類(lèi)、醋類(lèi)和酸類(lèi)，當(dāng)然老化產(chǎn)物中經(jīng)基化合物(包括氫過(guò)氧化物和醇類(lèi))也會(huì)增加。高分子材料耐紫外光老化改性方法目前，提高高分子材料耐紫外光老化性能最方便、最經(jīng)濟(jì)的方法是添加光穩(wěn)定劑，光穩(wěn)定劑的種類(lèi)很多，按照作用機(jī)理可分為四大類(lèi)

自由基捕獲劑自由基捕獲劑也就是常用的受阻胺光穩(wěn)定齊((HALS)。它自身不吸收紫外光，但是可以通過(guò)捕獲激發(fā)態(tài)聚合物中的活性自由基、分解氫過(guò)氧化物，從而切斷光氧化的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)起到保護(hù)高分子材料的作用。受阻胺光穩(wěn)定劑含堿性基團(tuán)使得它的應(yīng)用領(lǐng)域受到限制，特別是在一些含 第一章緒論酸性組分的高分子材料(如PVC、PC、PMMA等)中不能使用。雖然受阻胺的堿性較低(pH=4.4)，但是高溫加工過(guò)程中能分解成強(qiáng)堿性化合物，創(chuàng)先職稱(chēng)論文發(fā)表網(wǎng) 004km.cn 使聚合物在發(fā)生分解。因此受阻胺光穩(wěn)定劑被限制在不含酸性組合或在低溫下加工成型的聚合物中。

激發(fā)態(tài)碎滅劑這類(lèi)光穩(wěn)定劑本身不具吸收紫外光功能。它的作用是通過(guò)分子間的作用把激發(fā)態(tài)聚合物的能量去除。紫外光作用于高分子材料使其處于不穩(wěn)定的激發(fā)態(tài)，為了防止它分解生成自由基對(duì)高分子材料產(chǎn)生進(jìn)一步的破壞，碎滅劑能夠從受激聚合物上將激發(fā)態(tài)消除使之回到低能狀態(tài)，從而避免了高分子材料的光解作用。目前使用最廣泛的碎滅劑主要是一些二價(jià)的有機(jī)鎳絡(luò)合物，它的有機(jī)部分是取代酚和硫代雙酚等。該類(lèi)物質(zhì)由于含鎳而顯綠色使其應(yīng)用場(chǎng)合受到限制，此外有機(jī)鎳絡(luò)合物熱穩(wěn)定性差，在加熱到時(shí)300℃會(huì)分解產(chǎn)生黑色物質(zhì)，更為重要的是生產(chǎn)和處理這類(lèi)光穩(wěn)定劑的過(guò)程中會(huì)排放出重金屬離子，對(duì)環(huán)境造成危害，因此已經(jīng)被很多國(guó)家禁止使用。

紫外光吸收劑這是目前使用最廣泛的一類(lèi)光穩(wěn)定劑，主要有鄰經(jīng)基二苯甲酮類(lèi)、苯并三哇類(lèi)、三傣類(lèi)、取代丙烯睛類(lèi)等。這類(lèi)光穩(wěn)定劑能夠選擇性地吸收高能紫外光，使自身分子處于激發(fā)態(tài)，然后通過(guò)自身分子內(nèi)部的氫鍵作用使得分子在吸光后發(fā)生共振，然后以較低的振動(dòng)能將所吸收的能量耗散并回到基態(tài)，從而起到保護(hù)高分子材料的作用。紫外光吸收劑多為小分子有機(jī)物，其分子能從試樣的中心向表面擴(kuò)散。在試樣的表面創(chuàng)門(mén)會(huì)因蒸發(fā)、濾出和光化學(xué)反應(yīng)的分解而被消耗。此外，紫外光吸收劑的吸光作用是隨光程的增加而增大，造成其最大的缺點(diǎn)就是只能對(duì)厚樣品才有好的保護(hù)作用，而對(duì)薄膜產(chǎn)品、纖維產(chǎn)品和高分子材料表面的保護(hù)則很有限。這類(lèi)光穩(wěn)定劑中最具前景的是一些半導(dǎo)體無(wú)機(jī)物，特別是金紅石型TIOZ 在整個(gè)紫外光譜內(nèi)都具有較強(qiáng)的吸光能力。光屏蔽劑光屏蔽劑是利用對(duì)紫外光不透明的物質(zhì)阻止紫外光進(jìn)入高分子材料內(nèi)部。通過(guò)在紫外光源和高分子材料之間建立一道屏障，使紫外光在照射到高分子材料之前就受到吸收或散射，從而對(duì)高分子材料起到保護(hù)作用。這類(lèi)物質(zhì)主要是炭黑、鐵白粉等其它有機(jī)或無(wú)機(jī)顏料。由于顏料具有染色性而使它的使用場(chǎng)合受到一定的限制。此外，顏料在高分子材料中的分散性也是影響它屏蔽紫外光能力的一個(gè)重要因素。欽白粉作為最優(yōu)秀的白色顏料，如果將其顆?？s小至納米級(jí)別，并能夠解決分散性差等問(wèn)題，它將在高分子材料耐紫外光老化改性領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。