一种耐热抗紫外线复合薄膜及其制备方法与流程

本发明涉及复合材料技术领域，具体为一种耐热抗紫外线复合薄膜及其制备方法。

背景技术：

聚氨酯具有诸多优异的性能，如耐腐蚀性、耐磨性以及低温弹性、生物相容性等性能，因此在许多领域已被广泛应用。然而，其抗紫外线性能差，限制了聚氨酯应用的拓展。众所周知，紫外线是一种介于200-400nm的电磁波，其中200-280nm属于短波，280-320nm属于中波，320-400nm属于长波，波长越短，对人体皮肤的伤害越大。此外，紫外线的能量大约314-419kj/mol，足以将聚合物的化学键破坏，引发自动氧化反应，造成塑料薄膜、橡胶、树脂涂层等聚合物的老化降解，因而造成巨大的经济损失。通常，为了提高聚氨酯的抗紫外线，人们会采用无机紫外线添加剂进行共混。无机紫外线添加剂具有卓越的化学稳定性、无毒无味、无刺激性等特性，但传统的有机/无机共混的方法存在着无机物在聚合物中因团聚而分散不均匀，并且导致力学强度低等弊端。此外，聚氨酯耐热性能差也是限制其应用领域进一步拓展的一个重要因素。因此，制备一种即可提高聚氨酯耐热性，又可提高其抗紫外线性能和力学性能的薄膜是很有必要的。

技术实现要素：

本发明提供一种耐热抗紫外线复合薄膜及其制备方法，本发明的制备方法通过物理共混法制备了耐热抗紫外线超支化聚氨酯-酰亚胺/黑色素复合薄膜；所采用的抗紫外线添加剂为黑色素，适一类有机聚合物，含有大量的羟基、羧基等官能团，可从生物体中提取或通过合成获得，提取或合成方法简；本发明的制备方法具有工艺简单方便，原料易得，成膜质量高，易于大批量生产，成本低廉，投入的产出比高和应用前景广等优点，是新一代高性能复合薄膜产品；该超支化聚氨酯-酰亚胺/黑色素复合薄膜具有优异的抗紫外线性能、热稳定性、成膜性能和力学性能，以及较高的可见光透明性，具有非常广阔的应用前景，可应用于汽车、建筑玻璃、抗紫外线薄膜以及耐老化的塑料制品等领域，可以有效解决上述背景技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种耐热抗紫外线复合薄膜，由以下重量份的原料组成：超支化聚氨酯-酰亚胺树脂98-100份，黑色素0.2-2份，有机溶剂30-50份。

根据上述技术方案，所述超支化聚氨酯-酰亚胺树脂的固含量为20-30％。

根据上述技术方案，所述黑色素为天然黑色素和合成黑色素。

根据上述技术方案，所述有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、n-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基亚砜、四氢呋喃、四氯化碳中的一种。

一种耐热抗紫外线复合薄膜制备方法，包括如下步骤：

1)配料：按照上述重量份称取原料，备用；

2)混合搅拌：将步骤1)中称取后的98-100份超支化聚氨酯-酰亚胺树脂、0.2-2份黑色素和30-50份有机溶剂加入烧瓶中，室温下充分搅拌1-3小时，得原料混合均匀的混合物；

3)混合制膜：将上述混合物倒入聚四氟乙烯板中成膜，获得超支化聚氨酯-酰亚胺/黑色素复合薄膜。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明的制备方法通过物理共混法制备了耐热抗紫外线超支化聚氨酯-酰亚胺/黑色素复合薄膜；所采用的抗紫外线添加剂为黑色素，适一类有机聚合物，含有大量的羟基、羧基等官能团，可从生物体中提取或通过合成获得，提取或合成方法简；本发明的制备方法具有工艺简单方便，原料易得，成膜质量高，易于大批量生产，成本低廉，投入的产出比高和应用前景广等优点，是新一代高性能复合薄膜产品；该超支化聚氨酯-酰亚胺/黑色素复合薄膜具有优异的抗紫外线性能、热稳定性、成膜性能和力学性能，以及较高的可见光透明性，具有非常广阔的应用前景，可应用于汽车、建筑玻璃、抗紫外线薄膜以及耐老化的塑料制品等领域。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

在附图中：

图1为发明的超支化聚氨酯-酰亚胺/黑色素复合薄膜的应力-应变曲线；

图2为本发明的超支化聚氨酯-酰亚胺/黑色素复合薄膜的热重图谱；

图3为本发明的超支化聚氨酯-酰亚胺/黑色素复合薄膜的紫外的可见光透射谱图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：如图1和2所示，本发明提供一种耐热抗紫外线复合薄膜，由以下重量份的原料组成：超支化聚氨酯-酰亚胺树脂100份，黑色素0.2份，有机溶剂30份。

根据上述技术方案，所述超支化聚氨酯-酰亚胺树脂的固含量为20-30％。

根据上述技术方案，所述黑色素为天然黑色素和合成黑色素。

根据上述技术方案，所述有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、n-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基亚砜、四氢呋喃、四氯化碳中的一种。

一种耐热抗紫外线复合薄膜制备方法，包括如下步骤：

1)配料：按照上述重量份称取原料，备用；

2)混合搅拌：将步骤1)中称取后的100份超支化聚氨酯-酰亚胺树脂、0.2份黑色素和30份有机溶剂加入烧瓶中，室温下充分搅拌1-3小时，得原料混合均匀的混合物；

3)混合制膜：将上述混合物倒入聚四氟乙烯板中成膜，获得超支化聚氨酯-酰亚胺/黑色素复合薄膜。

实施例2：如图1和3所示，本发明提供一种耐热抗紫外线复合薄膜，由以下重量份的原料组成：超支化聚氨酯-酰亚胺树脂99.8份，黑色素0.2份，有机溶剂35份。

根据上述技术方案，所述超支化聚氨酯-酰亚胺树脂的固含量为20-30％。

根据上述技术方案，所述黑色素为天然黑色素和合成黑色素。

根据上述技术方案，所述有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、n-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基亚砜、四氢呋喃、四氯化碳中的一种。

一种耐热抗紫外线复合薄膜制备方法，包括如下步骤：

1)配料：按照上述重量份称取原料，备用；

2)混合搅拌：将步骤1)中称取后的99.8份超支化聚氨酯-酰亚胺树脂、0.2份黑色素和35份有机溶剂加入烧瓶中，室温下充分搅拌3小时，得原料混合均匀的混合物；

3)混合制膜：将上述混合物倒入聚四氟乙烯板中成膜，获得超支化聚氨酯-酰亚胺/黑色素复合薄膜。

实施例3：如图1-3所示，本发明提供一种耐热抗紫外线复合薄膜，由以下重量份的原料组成：超支化聚氨酯-酰亚胺树脂99.5份，黑色素0.5份，有机溶剂35份。

根据上述技术方案，所述超支化聚氨酯-酰亚胺树脂的固含量为20-30％。

根据上述技术方案，所述黑色素为天然黑色素和合成黑色素。

根据上述技术方案，所述有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、n-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基亚砜、四氢呋喃、四氯化碳中的一种。

一种耐热抗紫外线复合薄膜制备方法，包括如下步骤：

1)配料：按照上述重量份称取原料，备用；

2)混合搅拌：将步骤1)中称取后的99.5份超支化聚氨酯-酰亚胺树脂、0.5份黑色素和35份有机溶剂加入烧瓶中，室温下充分搅拌3小时，得原料混合均匀的混合物；

3)混合制膜：将上述混合物倒入聚四氟乙烯板中成膜，获得超支化聚氨酯-酰亚胺/黑色素复合薄膜。

实施例4：如图1所示，本发明提供一种耐热抗紫外线复合薄膜，由以下重量份的原料组成：超支化聚氨酯-酰亚胺树脂99份，黑色素1份，有机溶剂40份。

根据上述技术方案，所述超支化聚氨酯-酰亚胺树脂的固含量为20-30％。

根据上述技术方案，所述黑色素为天然黑色素和合成黑色素。

根据上述技术方案，所述有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、n-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基亚砜、四氢呋喃、四氯化碳中的一种。

一种耐热抗紫外线复合薄膜制备方法，包括如下步骤：

1)配料：按照上述重量份称取原料，备用；

2)混合搅拌：将步骤1)中称取后的99份超支化聚氨酯-酰亚胺树脂、1份黑色素和40份有机溶剂加入烧瓶中，室温下充分搅拌3小时，得原料混合均匀的混合物；

3)混合制膜：将上述混合物倒入聚四氟乙烯板中成膜，获得超支化聚氨酯-酰亚胺/黑色素复合薄膜实。

施例5：如图2所示，本发明提供一种耐热抗紫外线复合薄膜，由以下重量份的原料组成：超支化聚氨酯-酰亚胺树脂98份，黑色素2份，有机溶剂50份。

根据上述技术方案，所述超支化聚氨酯-酰亚胺树脂的固含量为20-30％。

根据上述技术方案，所述黑色素为天然黑色素和合成黑色素。

根据上述技术方案，所述有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、n-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基亚砜、四氢呋喃、四氯化碳中的一种。

一种耐热抗紫外线复合薄膜制备方法，包括如下步骤：

1)配料：按照上述重量份称取原料，备用；

2)混合搅拌：将步骤1)中称取后的98份超支化聚氨酯-酰亚胺树脂、2份黑色素和50份有机溶剂加入烧瓶中，室温下充分搅拌3小时，得原料混合均匀的混合物；

3)混合制膜：将上述混合物倒入聚四氟乙烯板中成膜，获得超支化聚氨酯-酰亚胺/黑色素复合薄膜。

其中实施例2-5的黑色素需要经过多次洗涤、离心、超声，获得纯的分散均匀的黑色素溶液，切勿高温烘干导致其难以分散在有机溶剂中；本发明所制备的耐热性抗紫外线聚氨酯-酰亚胺/天然黑色素复合薄膜可应用于汽车、建筑玻璃、抗紫外线薄膜以及耐老化的塑料制品等领域；

实施例2、3、4所制备的聚氨酯-酰亚胺/天然黑色素复合薄膜应力-应变曲线如图1示，随着天然黑色素的增加，复合薄膜的拉伸强度提高，这是由于聚氨酯-酰亚胺与黑色素之间形成大量的氢键，使得分子间的作用力增强，因此拉伸强度增加；

施例1、3、5所制备的聚氨酯-酰亚胺/天然黑色素复合薄膜热重图谱如图2示，复合薄膜具有较高的起始分解温度，表现出良好的热稳定性，这是由于体系中引入了酰亚胺环结构；

施例1、2、3所制备的聚氨酯-酰亚胺/天然黑色素复合薄膜紫外-可见光透射谱图如图3示，随着天然黑色素的增加，复合薄膜的可见光透过率降低，但还是具有较高的透明度，并且截止波长在350-360nm间，可完全吸收中、短紫外线电磁波，以及吸收部分长紫外线电磁波。

基于上述，本发明的优点在于，本发明的制备方法通过物理共混法制备了耐热抗紫外线超支化聚氨酯-酰亚胺/黑色素复合薄膜；所采用的抗紫外线添加剂为黑色素，适一类有机聚合物，含有大量的羟基、羧基等官能团，可从生物体中提取或通过合成获得，提取或合成方法简；本发明的制备方法具有工艺简单方便，原料易得，成膜质量高，易于大批量生产，成本低廉，投入的产出比高和应用前景广等优点，是新一代高性能复合薄膜产品；该超支化聚氨酯-酰亚胺/黑色素复合薄膜具有优异的抗紫外线性能、热稳定性、成膜性能和力学性能，以及较高的可见光透明性，具有非常广阔的应用前景，可应用于汽车、建筑玻璃、抗紫外线薄膜以及耐老化的塑料制品等领域。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。