高分子材料改性用金红石型纳米Tio的制备及表征论文

第一篇：高分子材料改性用金红石型纳米Tio的制备及表征论文

创先职称论文发表网 www.xiexiebang.com 高分子材料改性用金红石型纳米Tio的制备及表征论文

摘要：金红石型纳米Tio:作为一种性能优异的无机紫外光屏蔽剂和吸收剂，不仅能散射进入材料内部的紫外光，而且还可通过电子跃迁有效吸收紫外光能量，在高分子材料的耐紫外光老化改性领域已获得广泛应用。然而，纳米TIO:颗粒表面易吸收大量经基而显亲水性，导致其与大多数高分子材料相容性差，容易产生聚集和分相。因此，为提高纳米TIO:在高分子材料中的分散性，纳米TIOZ 的表面修饰已成为该领域研究的重点。本文针对当前纳米Tio:粉体先分散再修饰工艺存在的分散及修饰效果不佳的问题，提出在低温下制备金红石型纳米 TIOZ，并在其制备过程后期引入有机表面改性剂进行表面修饰，确保金红石型纳米TIOZ制备和修饰的连续进行，从而减少传统纳米粉体修饰前的预分散过程，实现对纳米TIO:一次粒子的表面修饰，提高纳米TIO:在聚丙烯高分子材料中的分散性(高分子材料改性)。

关 键 词:高分子材料;耐紫外光老化;金红石表面修饰

自20世纪提出高分子材料概念以来，高分子材料在短短几十年间已取得惊人的发展，在日常生活各个领域有着越来越广泛的应用。然而，高分子材料长期暴露于紫外光和含氧大气中，高能量的紫外光可使高分子材料发生分子链断裂或交联，且伴随着生成含氧基团如酮、梭酸、过氧化物和醇，导致材料韧性和强度急剧下降，造成材料过早失效，不但在经济上受到很大损失，导致资源的浪费，甚至因材料的失效分解造成对环境的污染。高分子材料的紫外光老化失效已成为高分子材料应用研究所关注的重要问题之一。高分子材料紫外光老化原理紫外光通过光子所携带的能量作用于高分子材料，激发分子链中活性基团使其发生光解作用，在外界水或氧气等物质存在的条件下，发生光氧化作用，最终导致高分子材料的降解老化。不同的高分子材料对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、环氧树脂等，由于分子中含有发色基团对紫外光非常敏感，很容易受紫外光激发降解或光氧化;大部分的脂肪族聚合物和丙烯酸树脂等，分子链中不含发色基团，理论上是不会因吸收紫外光发生降解，但是在加工和制备过程中难免引入添加剂、杂质等，因此在紫外光作用下仍会发生降解。除发色基团外，高分子材料本身的化学结构、加工方法等也是其对紫外光敏感程度的影响因素。下面以最常用塑料之一的聚丙烯塑料受紫外光辐射发生降解为例，说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为光解作用和光氧化作用两个过程。聚丙烯分子链中，叔碳容易受紫外光激发脱去活泼氢而形成自由基，这是聚丙烯分子链降解的初始活性中心。在氧气存在条件下自由基发生氧化并攻击其它分子链形成氢过氧化物。氢过氧化物不稳定，自发重新排列形成拨基化合物。拨基化合物是新的活性中心，可吸收紫外光发生断裂形成新的自由基对聚丙烯分子产生链式反应破坏。因此，光氧降解老化的最终产物主要是拨基化合物，包括酮类、醋类和酸类，当然老化产物中经基化合物(包括氢过氧化物和醇类)也会增加。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、最经济的方法是添加光稳定剂，光稳定剂的种类很多，按照作用机理可分为四大类

自由基捕获剂自由基捕获剂也就是常用的受阻胺光稳定齐((HALS)。它自身不吸收紫外光，但是可以通过捕获激发态聚合物中的活性自由基、分解氢过氧化物，从而切断光氧化的链式反应起到保护高分子材料的作用。受阻胺光稳定剂含碱性基团使得它的应用领域受到限制，特别是在一些含 第一章绪论酸性组分的高分子材料(如PVC、PC、PMMA等)中不能使用。虽然受阻胺的碱性较低(pH=4.4)，但是高温加工过程中能分解成强碱性化合物，创先职称论文发表网 www.xiexiebang.com 使聚合物在发生分解。因此受阻胺光稳定剂被限制在不含酸性组合或在低温下加工成型的聚合物中。

激发态碎灭剂这类光稳定剂本身不具吸收紫外光功能。它的作用是通过分子间的作用把激发态聚合物的能量去除。紫外光作用于高分子材料使其处于不稳定的激发态，为了防止它分解生成自由基对高分子材料产生进一步的破坏，碎灭剂能够从受激聚合物上将激发态消除使之回到低能状态，从而避免了高分子材料的光解作用。目前使用最广泛的碎灭剂主要是一些二价的有机镍络合物，它的有机部分是取代酚和硫代双酚等。该类物质由于含镍而显绿色使其应用场合受到限制，此外有机镍络合物热稳定性差，在加热到时300℃会分解产生黑色物质，更为重要的是生产和处理这类光稳定剂的过程中会排放出重金属离子，对环境造成危害，因此已经被很多国家禁止使用。

紫外光吸收剂这是目前使用最广泛的一类光稳定剂，主要有邻经基二苯甲酮类、苯并三哇类、三傣类、取代丙烯睛类等。这类光稳定剂能够选择性地吸收高能紫外光，使自身分子处于激发态，然后通过自身分子内部的氢键作用使得分子在吸光后发生共振，然后以较低的振动能将所吸收的能量耗散并回到基态，从而起到保护高分子材料的作用。紫外光吸收剂多为小分子有机物，其分子能从试样的中心向表面扩散。在试样的表面创门会因蒸发、滤出和光化学反应的分解而被消耗。此外，紫外光吸收剂的吸光作用是随光程的增加而增大，造成其最大的缺点就是只能对厚样品才有好的保护作用，而对薄膜产品、纤维产品和高分子材料表面的保护则很有限。这类光稳定剂中最具前景的是一些半导体无机物，特别是金红石型TIOZ 在整个紫外光谱内都具有较强的吸光能力。光屏蔽剂光屏蔽剂是利用对紫外光不透明的物质阻止紫外光进入高分子材料内部。通过在紫外光源和高分子材料之间建立一道屏障，使紫外光在照射到高分子材料之前就受到吸收或散射，从而对高分子材料起到保护作用。这类物质主要是炭黑、铁白粉等其它有机或无机颜料。由于颜料具有染色性而使它的使用场合受到一定的限制。此外，颜料在高分子材料中的分散性也是影响它屏蔽紫外光能力的一个重要因素。钦白粉作为最优秀的白色颜料，如果将其颗粒缩小至纳米级别，并能够解决分散性差等问题，它将在高分子材料耐紫外光老化改性领域具有广阔的应用前景。