CN104151801A - 纳米光催化复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种纳米光催化复合材料，由以下重量组分组成：纳米钛胶体5～10份，不饱和聚酯树脂40～50份，低收缩添加剂3～5份，增稠剂8～10份，引发剂1～2份，交联剂2～3份，促进剂1～2份，阻聚剂5～10份，填料25～35份。本发明的提供的纳米光催化复合材料广泛应用于汽车外壳、座椅、桌面、门窗等易磨损产品，具有环保、强度高、韧性好、表面划痕自动修复和除菌能力。
Description
技术领域
本发明属于纳米复合材料技术领域，尤其是涉及纳米光催化复合材料及其制备方法。
背景技术
中国加入WTO已有十多年，汽车工业的竞争已经愈来愈激烈。为了降低油耗，减少环境污染，汽车轻量化是汽车工业发展的一个重要途径，采用高强度复合材料制品是有效方法。同时随着纳米级新材料技术的不断进步，市场的不断扩大，越来越多的应用领域都对复合材料提出了相当高的外观要求。因此如何降低乃至消除复合材料的固化收缩，提高复合材料模压制品的表面光泽度、表面强度、表面自洁度、表面自修复功能等是我国复合材料工业所需研究解决的重要课题。
发明内容
本发明提出纳米光催化复合材料及其制备方法，复合材料广泛应用于易磨损产品，具有环保、强度高、韧性好、表面自洁功能、划痕自动修复和除菌除臭等能力。
本发明采用的技术方案如下：
纳米光催化复合材料，由以下重量组分组成：
纳米钛胶体5～10份，不饱和聚酯树脂40～50份，低收缩添加剂3～5份，增稠剂8～10份，引发剂1～2份，交联剂2～3份，促进剂1～2份，阻聚剂5～10份，填料25～35份。
进一步优选地，所述的纳米钛胶体为二氧化钛粉体分散于不饱和聚酯树脂中形成的胶体；优选地，所述的二氧化钛粉体与所述不饱和聚氨酯树脂的重量比例为(3～4):(5～6)。
所述的不饱和聚酯树脂是由马来海松酸与二元酸和二元醇熔融缩聚而成。其中，纳米钛胶体采用的不饱和聚酯树脂可以为191系列不饱和聚脂树脂，系由二元酸(酐)和二元醇(及其缩合物)经酯化反应，缩聚成线性不饱和聚酯树脂，然后经具有交联作用的活性单体溶剂(苯乙烯)所溶解而配制成的透明粘稠液体。
其中，所述的增稠剂为二氧化锰或氧化镁。
所述的引发剂为过氧化苯甲酰。
所述的交联剂为苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、邻苯二甲酸二丙烯酯的一种。
所述的促进剂为N,N-二甲基苯胺。
所述的阻聚剂为对苯二酚。
所述的填料为纳米级碳酸钙、短切玻璃纤维丝或碳纤维的一种。
本发明还涉及一种制备纳米光催化复合材料的方法，步骤如下：
1)纳米钛胶体平铺于涂有内脱模剂的模具内；
2)取不饱和聚酯树脂、低收缩添加剂、增稠剂、引发剂、交联剂，促进剂、阻聚剂和填料，混合搅拌制备成糊状原料；
3)将步骤2)制备的糊状原料铺于模具内的纳米钛胶体上，放入模压炉中，温度为150℃～160℃，压力为50～100公斤，时间为3～5分钟；取出，脱模，休整，检测后，包装完成；
所述的内脱模剂为硬脂酸；所述的硬脂酸的用量为2～3份。
其中，光催化材料的分子的最外层轨道的价电子受到光照，根据吸收到的能量跃迁为“导”带，成为自由电子；这些自用电子与在催化材料周围的水分子结合产生羟基自由基，这些基团与有害物质结合，从而产生二氧化碳和水等，降解有机污染物、有害病菌等。二氧化钛作为光催化材料，具有较强的吸附能力和定向传导电子能力。纳米钛胶体，又称为纳米钛溶胶，将纳米二氧化钛粉体(5-20nm)分散在水相介质中，形成高度分散化、均匀化和稳定化的透明液体。不饱和聚酯树脂，一般是由不饱和二元酸二元醇或者饱和二元酸不饱和二元醇缩聚而成的具有酯键和不饱和双键的线型高分子化合物。
聚合物(不饱和聚酯树脂)/无机纳米化钛形成的纳米钛胶体，由于同时具有纳米粒子的特殊性能，同时以聚合物为基体，表面无机纳米粒子均匀分散在复合材料中保持分散均匀，表明两种材料都不具备的性能，有利于纳米材料二氧化钛特殊效应的发挥，提高二氧化钛的光生电子和空穴的有效利用率，增强器光催化活性和光电转化特性。
马来海松酸(酐)，主要是采用松香和顺酐反应合成；马来海松酸为为三官能度多元酸，参与醇酸树脂反应会生成大量的交联和支化结构，能够生成体型聚合物，使反应体系凝胶，同时含有松香的刚性环状结构。其中，官能单体称为辐射固化组分，又叫活性稀释剂，其主要作用是调节粘度和参加聚合反应；三官单体的活性比双官能丙烯酸酯高,通常以很少的用量促进固化速率。马来海松酸(MPA),与二元酸和二元醇熔融缩聚合成不饱和聚酯树脂，二元酸和二元醇与交联剂相容性较好，同时马来海松酸可以加入松香的刚性环状结构，形成了低粘度和高热强度的树脂，同时降低了聚酯树脂的合成成本。
引发剂和交联剂分别是引起和促进高分子化合物的交联；低收缩添加剂用于降低高分子制品的收缩率，提高制品表面光洁度，低收缩添加剂采用SMC/BMC(玻璃纤维增强不饱和聚酯片状/团状模塑料)等化合物。阻聚剂对苯二酚，能与氢氧化钠生产可溶于水的钠盐，可用氢氧化钠溶液洗涤出去，延长模压料储存期。
纳米光催化复合材料制备时，二氧化钛粉体分散到不饱和聚酯树脂介质中，形成高度分散化、均匀化和稳定化的半透明胶体。内脱模剂涂覆在模具中，便于脱模；反应时，将各种化合物之混合后，再平铺纳米钛胶体上，送至模具中，温度和压力使各种化合物之间形成稳定的纳米光催化复合材料。
本发明的提供的纳米光催化复合材料广泛应用于汽车外壳、座椅、桌面、门窗等易磨损产品，具有环保、强度高、韧性好、表面划痕自动修复和除菌能力。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1纳米光催化复合材料
耐磨钛胶体制备：纳米二氧化钛粉体分散于不饱和聚酯树脂中，重量比例为3:5，高速搅拌、密炼，形成高度分散化、均匀化和稳定化的半透明胶体；采用191系列不饱和聚脂树脂。
不饱和聚酯树脂的制备：马来海松酸与二元酸和二元醇熔融缩聚而成：熔融缩聚包括第一反应温度230～240℃；第二次反应温度180～185℃；反应过程中会添加催化剂、促进剂等化合物。
纳米光催化复合材料，包括以下重量组分组成：
纳米钛胶体5份，不饱和聚酯树脂40份，低收缩添加剂3份，二氧化锰8份，过氧化苯甲酰1份，苯乙烯2份，N,N-二甲基苯胺1份，对苯二酚5份，纳米级碳酸钙25份；其中，低收缩添加剂采用SMC/BMC(玻璃纤维增强不饱和聚酯片状/团状模塑料)等化合物
制备纳米光催化复合材料的方法，按照上述的重量组分，步骤如下：
1)纳米钛胶体平铺于涂有硬脂酸的模具内，硬脂酸的用量为2份(按照上述的重量比例)；
2)取不饱和聚酯树脂、低收缩添加剂、二氧化锰、过氧化苯甲酰、苯乙烯，N,N-二甲基苯胺、对苯二酚和纳米级碳酸钙，混合搅拌制备成糊状原料；
3)将步骤2)制备的糊状原料铺于模具内的纳米钛胶体上，放入模压炉中，温度为160℃，压力为100公斤，时间为5分钟；取出，脱模，休整，检测后，包装完成。
实施例2纳米光催化复合材料
采用实施例1中制备不饱和聚氨酯树脂。
耐磨钛胶体制备：纳米二氧化钛粉体分散于不饱和聚酯树脂中，采用191系列不饱和聚脂树脂，重量比例为4:6，高速搅拌、密炼，形成高度分散化、均匀化和稳定化的半透明胶体；
纳米光催化复合材料，包括以下重量组分组成：
纳米钛胶体10份，不饱和聚酯树脂50份，低收缩添加剂5份，氧化镁10份，过氧化苯甲酰2份，甲基丙烯酸甲酯3份，N,N-二甲基苯胺2份，对苯二酚10份，短切玻璃纤维丝35份。低收缩添加剂采用SMC/BMC(玻璃纤维增强不饱和聚酯片状/团状模塑料)等化合物
制备纳米光催化复合材料的方法，按照上述的重量组分，步骤如下：
1)纳米钛胶体平铺于涂有硬脂酸的模具内，硬脂酸的用量为3份(按照上述的重量比例)；
2)取不饱和聚酯树脂、低收缩添加剂、氧化镁、过氧化苯甲酰、甲基丙烯酸甲酯，N,N-二甲基苯胺、对苯二酚和短切玻璃纤维丝，混合搅拌制备成糊状原料；
3)将步骤2)制备的糊状原料铺于模具内的纳米钛胶体上，放入模压炉中，温度为150℃℃，压力为50公斤，时间为3分钟；取出，脱模，休整，检测后，包装完成。
实施例3纳米光催化复合材料
采用实施例1中制备不饱和聚氨酯树脂。
耐磨钛胶体制备：纳米二氧化钛粉体分散于不饱和聚酯树脂脂中，191系列不饱和聚脂树脂，重量比例为5:7，高速搅拌、密炼，形成高度分散化、均匀化和稳定化的半透明胶体；
纳米光催化复合材料，包括以下重量组分组成：
纳米钛胶体8份，不饱和聚酯树脂45份，低收缩添加剂4份，氧化镁9份，过氧化苯甲酰2份，邻苯二甲酸二丙烯酯3份，N,N-二甲基苯胺2份，对苯二酚8份，碳纤维30份。低收缩添加剂采用SMC/BMC(玻璃纤维增强不饱和聚酯片状/团状模塑料)等化合物
制备纳米光催化复合材料的方法，按照上述的重量组分，步骤如下：
1)纳米钛胶体平铺于涂有硬脂酸的模具内，硬脂酸的用量为3份(按照上述的重量比例)；
2)取不饱和聚酯树脂、低收缩添加剂、氧化镁、过氧化苯甲酰、邻苯二甲酸二丙烯酯，N,N-二甲基苯胺、对苯二酚和碳纤维，混合搅拌制备成糊状原料；
3)将步骤2)制备的糊状原料铺于模具内的纳米钛胶体上，放入模压炉中，温度为155℃，压力为80公斤，时间为4分钟；取出，脱模，休整，检测后，包装完成。
制备的纳米光催化复合材料，采用本领域技术人员的常规检测方法，包括XRD、SEM和光性能测试。XRD和SEM的结果显示光催化复合材料的纳米二氧化钛粒子均匀；光性能测试时，纳米光复合材料对材料周围的物质(如苯酚等)的降解率高达100％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。
Claims (10)
1.纳米光催化复合材料，其特征是，由以下重量组分组成：
纳米钛胶体5～10份，不饱和聚酯树脂40～50份，低收缩添加剂3～5份，增稠剂8～10份，引发剂1～2份，交联剂2～3份，促进剂1～2份，阻聚剂5～10份，填料25～35份。
2.如权利要求1所述的纳米光催化复合材料，其特征是：所述的纳米钛胶体为二氧化钛粉体分散于不饱和聚酯树脂中形成的胶体。
3.如权利要求2所述的纳米光催化剂复合材料，其特征是：所述的二氧化钛粉体与所述不饱和聚氨酯树脂的重量比例为(3～4):(5～6)。
4.如权利要求1所述的纳米光催化复合材料，其特征是：所述的不饱和聚酯树脂是由马来海松酸与二元酸和二元醇熔融缩聚而成。
5.如权利要求1-4任一项所述的纳米光催化复合材料，其特征是：所述的增稠剂为二氧化锰或氧化镁。
6.如权利要求1-4任一项所述的纳米光催化复合材料，其特征是：所述的引发剂为过氧化苯甲酰。
7.如权利要求1-4任一项所述的纳米光催化复合材料，其特征是：所述的交联剂为苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、邻苯二甲酸二丙烯酯的一种。
8.如权利要求1-4任一项所述的纳米光催化复合材料，其特征是：所述的促进剂为N,N-二甲基苯胺。
9.如权利要求1-4任一项所述的纳米光催化复合材料，其特征是：所述的阻聚剂为对苯二酚；所述的填料为纳米级碳酸钙、短切玻璃纤维丝或碳纤维的一种。
10.制备权利要求1-9任一项所述的纳米光催化复合材料的方法，其特征是，步骤如下：
1)纳米钛胶体平铺于涂有内脱模剂的模具内；
2)取不饱和聚酯树脂、低收缩添加剂、增稠剂、引发剂、交联剂，促进剂、阻聚剂和填料，混合搅拌制备成糊状原料；
3)将步骤2)制备的糊状原料铺于模具内的纳米钛胶体上，放入模压炉中，温度为150℃～160℃，压力为50～100公斤，时间为3～5分钟；取出，脱模，休整，检测后，包装完成；
所述的内脱模剂为硬脂酸；所述的硬脂酸的用量为2～3份。
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