专利名称：一种抗紫外ZnO-高分子复合膜及其制备方法
技术领域：
本发明涉及有机无机复合材料的制备，特别是涉及一种抗紫外ZnO-高分子 复合膜及其制备方法。
背景技术：
紫外线对人体及各类器件有害，在紫外光强的区域需要在功能器件表面涂 覆或者包覆抗紫外层来避免紫外损伤。由于其特殊的光电特性， 一些包括Ti02、 Ce02、 ZnO在内的宽禁带化合物可以有效地吸收紫外光，但是无机材料固有的 高密度、不可弯曲、制备工艺复杂、价格昂贵等缺点限制了其在工业上的应用。 高分子聚合物价格低廉，密度低、柔韧性好且无色透明的，将前述无机物以纳 米分散形态掺入高分子聚合物既可保留其优良的抗紫外性能，又可克服单纯使 用无机材料带来的弊端。因此，有机无机复合膜成为近几年来抗紫外覆膜开发 研究的热点。目前在抗紫外复合覆膜领域的研究主要集中在将1102纳米晶与 PMMA、 PEG、 PEO等有机物的复合上，但是由于无机纳米颗粒本身极易发生 团聚，在有机基体中出现偏聚相，分散性较差，导致所制备的复合膜的抗紫外 性能不佳，且二氧化钛属贵金属，制备Ti02-高分子膜的成本高昂，难以工业化 应用。水溶液法合成的ZnO纳米晶颗粒尺度小、粒径均匀、分散性好、合成方 法简单，将其掺入高分子材料中能够有效增强其抗紫外性能，并保持其可见光 区域的透明性，在有机无机复合提升材料性能和工业化生产抗紫外覆膜上有很 高的研究价值和应用意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种抗紫外性能优良、可见光透过率高的ZnO-高分子 复合膜及其制备方法。
本发明的抗紫外ZnO-高分子复合膜，它含有质量百分比为0.01%~50%的 ZnO，余量为高分子材料，所说的高分子材料为聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、 聚环氧乙烷、聚乙二醇、聚丙烯或聚氯乙烯。
抗紫外ZnO-高分子复合膜的厚度为10纳米~20厘米。
抗紫外ZnO-高分子复合膜的制备方法，包括以下步骤
1)将醋酸锌与氢氧化物在醇溶液中反应生成氧化锌纳米晶，然后溶于有机 溶剂并加入分散剂，得到氧化锌纳米晶溶液，醋酸锌与氢氧化物的摩尔比为2:
1~1: 10，分散剂与氧化锌纳米晶的摩尔比为1: 10~1: 1000000;2) 将高分子材料溶解于有机溶剂中，加入上述氧化锌纳米晶溶液，在10 80 'C下反应至混合均匀，氧化锌纳米晶溶液与高分子材料的质量比为1: 99.99~1: 2。
3) 静置步骤2)所得的混合溶液，蒸发去除有机溶剂，得到ZnO-高分子复合膜。
本发明中，所说的醇溶液为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇或戊醇溶液。所说的 氢氧化物为氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化锂。所说的分散剂可以是脂肪胺、芳 香胺或脂肪酸；脂肪胺选自丁胺、戊胺、己胺、庚胺、辛胺、壬胺、乙二胺或 三辛胺；芳香胺选自苯胺，萘胺，苯二胺、甲苯胺或联苯胺；脂肪酸选自硬脂 酸、油酸、丁酸、月桂酸、硬脂酸、豆蔻酸或棕榈酸。
本发明中，所说的高分子材料为聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚环氧乙 垸、聚乙二醇、聚丙烯或聚氯乙烯。
本发明制备过程中，步骤l)中所用的有机溶剂为苯、甲苯、二甲苯、二氯 甲烷、氯仿、氯苯、环己烷或正己垸。步骤2)中所用的有机溶剂为甲苯、氯苯、 二氯苯、异丙醇、乙酸乙酯、乙醚、丙酮、二氯甲垸、氯仿或四氢呋喃。
本发明通过在低温下将ZnO与高分子聚合物混合得到ZnO-高分子膜，制备 方法简单，设备要求低，成本小，重复性好，生产周期短，所得的复合膜具有 优良的抗紫外性能、透明性好、柔韧性好、价格低廉等优点。通过改变复合膜 中的ZnO含量，其紫外透过率能够在86%至0.1%之间得到连续的调节，可见光 透过率可达50% 99%，获得的薄膜厚度和形状可根据生产要求改变，能够适用 于各种类型的器件，在抗紫外覆层的研究生产领域有着极其广泛的应用。
图1是实施例1所制得的ZnO-高分子复合膜的紫外可见分光谱，实线为所
制备的ZnO-高分子膜的谱线，虚线为纯高分子膜的谱线。
图2是实施例1所制得的ZnO-高分子复合膜的TEM照片。
图3是实施例2所制得的ZnO-高分子复合膜放置一个月后的紫外可见分光
谱，实线为样品放置一个月后测试所得的谱线，虚线为新鲜制备的样品的谱线。
具体实施例方式
以下为采用本发明方法制备ZnO-高分子复合膜的实例，但本发明并不限于 这些实施例。 实施例1
l)将0.800g醋酸锌与0.400g氢氧化钾溶于35ml乙醇，在8(TC下反应2小时，得到氧化锌纳米晶，将其溶于10ml氯仿，加入100)il硬脂酸，用0.2pm孔 径的过滤头过滤后配成澄清溶液。
2)将5.00g聚苯乙烯溶于40ml氯仿，搅拌30分钟后加入1.0ml上述ZnO纳 米晶溶液，在室温下搅拌30分钟，形成混合均匀的溶液。将溶液倒入直径20mm 的圆形平底玻璃容器中，在室温下蒸干溶剂，获得厚度为0.40mm的ZnO-高分 子复合膜。
将得到的透明薄膜进行紫外-可见分光光度测试，测试结果见图1。图1中 的虚线为相同厚度的纯聚苯乙烯(PS)膜，实线为ZnO-高分子复合膜，对照发 现复合膜在紫外光部分透过率大大低于纯高分子膜，在340纳米光照下透过率 接近零，在可见光部分的透过率与纯PS膜接近，保持在85%以上，证明产物具 有优异的抗紫外性和高透明性。产物的TEM电镜照片见图2，从图中可以看出， 直径约为5纳米的ZnO纳米晶在高分子基体中具有良好的分散性，没有发生明 显的团聚现象，这种良好的分散性使得产物的抗紫外性能明显优于其他无机化 合物与高分子的复合物，能够达到生产应用要求。
实施例2
1) 将1.350g醋酸锌与0.820g氢氧化钠溶于55ml正丁醇，在ll(TC下反应1.5 小时，得到氧化锌纳米晶，将其溶于10ml氯仿，加入100^il三辛胺，用0.2pm 孔径的过滤头过滤后配成澄清溶液。
2) 将2.00g聚甲基丙烯酸甲酯溶于25ml氯仿，搅拌30分钟后加入3ml上述 ZnO纳米晶溶液，在室温下搅拌30分钟，形成混合均匀的溶液。将溶液倒入直 径20mm的圆形平底玻璃容器中，在室温下蒸干溶剂，获得厚度为0.30mm的 ZnO-高分子复合膜。图3是所得产物在一个月后测试的紫外-可见光谱对照图， 从图中可以看出，产物在经过一段时间放置后抗紫外性能基本没有变化，证明 产物性能稳定，可以应用于生产实际。
实施例3
1) 将0.900g醋酸锌与0.380g氢氧化钾溶于45ml甲醇，在6CTC下反应2.5 小时，得到氧化锌纳米晶，将其溶于10ml甲苯，加入200pl丁胺，用0.2pm孔 径的过滤头过滤后配成澄清溶液。
2) 将lO.OOg聚环氧乙烷溶于25ml四氢呋喃，搅拌30分钟后加入2ml上述 ZnO纳米晶溶液，在室温下搅拌30分钟，形成混合均匀的溶液。将溶液倒入直 径20mm的圆形平底玻璃容器中，在室温下蒸干溶剂，获得厚度为0.50mm的 ZnO-高分子复合膜。
权利要求
1.一种抗紫外ZnO-高分子复合膜，其特征在于它含有质量百分比为0.01％～50％的ZnO，余量为高分子材料，所说的高分子材料为聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚环氧乙烷、聚乙二醇、聚丙烯或聚氯乙烯。
2. 根据权利要求1所述的抗紫外ZnO-高分子复合膜，其特征在于复合膜的 厚度为10纳米~20厘米。
3. 根据权利要求1所述的抗紫外ZnO-高分子复合膜的制备方法，其特征在 于包括以下步骤1) 将醋酸锌与氢氧化物在醇溶液中反应生成氧化锌纳米晶，然后溶于有机 溶剂并加入分散剂，得到氧化锌纳米晶溶液，醋酸锌与氢氧化物的摩尔比为2:10，分散剂与氧化锌纳米晶的摩尔比为1: 10 1: 1000000;2) 将高分子材料溶解于有机溶剂中，加入上述氧化锌纳米晶溶液，在10~80 。C下反应至混合均匀，氧化锌纳米晶溶液与高分子材料的质量比为1: 99.99 1: 2。3) 静置步骤2)所得的混合溶液，蒸发去除有机溶剂，得到ZnO-高分子复合膜。
4. 根据权利要求3所述的抗紫外ZnO-高分子复合膜的制备方法，其特征在 于所说的醇溶液为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇或戊醇溶液。
5. 根据权利要求3所述的抗紫外ZnO-高分子复合膜的制备方法，其特征在 于所说的氢氧化物为氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化锂。
6. 根据权利要求3所述的抗紫外ZnO-高分子复合膜的制备方法，其特征在 于步骤l)中所说的有机溶剂选自苯、甲苯、二甲苯、二氯甲烷、氯仿、氯苯、 环己垸或正己垸。
7. 根据权利要求3所述的抗紫外ZnO-高分子复合膜的制备方法，其特征在 于所说的分散剂是脂肪胺、芳香胺或脂肪酸；脂肪胺选自丁胺、戊胺、己胺、 庚胺、辛胺、壬胺、乙二胺或三辛胺；芳香胺选自苯胺，萘胺，苯二胺、甲苯 胺或联苯胺；脂肪酸选自硬脂酸、油酸、丁酸、月桂酸、硬脂酸、豆蔻酸或棕 榈酸。
8. 根据权利要求3所述的抗紫外ZnO-高分子复合膜的制备方法，其特征在 于步骤2)中所说的有机溶剂为甲苯、氯苯、二氯苯、异丙醇、乙酸乙酯、乙醚、丙酮、二氯甲烷、氯仿或四氢呋喃。
9. 根据权利要求3所述的抗紫外ZnO-高分子复合膜的制备方法，其特征在 于所述的高分子材料为聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚环氧乙烷、聚乙二醇、 聚丙烯或聚氯乙烯。
全文摘要
本发明公开的抗紫外ZnO-高分子复合膜含有质量百分比为0.01％～50％的ZnO，余量为高分子材料，其中的高分子材料为聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚环氧乙烷、聚乙二醇、聚丙烯或聚氯乙烯。制备步骤如下先将醋酸锌与氢氧化物在醇溶液中反应生成氧化锌纳米晶，然后溶于有机溶剂并加入分散剂，得到氧化锌纳米晶溶液；再将此纳米晶溶液与高分子聚合物在有机溶剂中混合均匀，继而蒸发除去溶剂得到ZnO-高分子复合膜。本发明制备方法简单，成本低，重复性好，生产周期短，所得的复合膜具有优良的抗紫外性能、柔韧性好、其紫外透过率在86％至0.1％，可见光透过率可达50％～99％，能够适用于各种类型的器件。
文档编号C08J5/18GK101585925SQ200910099499
公开日2009年11月25日 申请日期2009年6月11日 优先权日2009年6月11日
发明者叶志镇, 立 周, 瑶 屠, 金一政, 超 高 申请人:浙江大学