一種新型層狀紫外吸收材料及制備方法技術

本發明專利技術涉及一種新型層狀紫外吸收材料及制備方法，特別是一種粘土類無機層狀材料與有機紫外吸收劑復合的紫外吸收材料及制備方法。類水滑石是一類陰離子型無機層狀結構材料，其化學式為［Ｍ↓［１－ｘ］↑［２＋］Ｍ↓［ｘ］↑［３＋］（ＯＨ）↓［２］］↑［ｘ－］Ａ↓［ｘ／ｎ］↑［ｎ－］.ｍＨ↓［２］Ｏ，其中Ｍ↑［２＋］可以是Ｍｇ↑［２＋］、Ｚｎ↑［２＋］或Ｎｉ↑［２＋］等二價金屬離子，Ｍ↑［３＋］則是Ａｌ↑［３＋］、Ｃｒ↑［３＋］或Ｆｅ↑［３＋］等三價金屬離子，ｘ滿足０．２≤ｘ≤０．４，Ａ↑［ｎ－］代表層間陰離子如ＣＯ↓［３］↑［２－］、ＮＯ↓［３］↑［－］或Ｃｌ↑［－］。有機紫外吸收劑可為水揚酸類、肉桂酸類、有機磺酸類、二苯甲酮類、苯并三唑類中任意一種。制備過程包括類水滑石的制備及其與有機紫外吸收劑的組裝。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種新型層狀紫外吸收材料及制備方法，特別是一種粘土類無機層狀材料與有機紫外吸收劑組裝的紫外吸收材料及制備方法。
技術介紹
目前國內外通常采用的抗紫外材料主要分為吸收型和吸收屏蔽型，前者一般是有機化合物，僅有吸收紫外線作用，且價格昂貴，穩定性和壽命較差，應用于化妝品時，易被皮膚吸收，對人體有害；后者一般為無機材料，如氧化鋅、氧化鈦和氧化鐵，具備吸收和屏蔽紫外線的雙重作用，但應用于塑料制品時只適用于著色制品，不適用于透明制品，雖然近年來發展起來的超細氧化鋅和超細氧化鈦在不同方面得到改善，但在應用于化妝品時，因高表面能易聚集，難以實現均分散，且對皮膚產生強烈刺激，且應用于塑料、橡膠、涂料及化妝品中相容性、分散性較差。類水滑石(layered?double?hydroxides，簡稱LDHs)是一類陰離子型無機層狀結構材料，其化學式為[M2+1-xM3+x(OH)2]x-Ax/nn-·mH2O，其中M2+可以是Mg2+、Zn2+或Ni2+等二價金屬離子，M3+則是Al3+、Cr3+或Fe3+等三價金屬離子，x滿足0.2≤x≤0.4，An-代表層間陰離子如CO32-、NO3-或Cl-。這類材料層板帶有永久正電荷，層間具有可交換的陰離子以維持電荷的平衡，通過離子交換可在層間嵌入不同的基團，制備許多功能材料，被廣泛用作催化劑、吸附劑等。專利技術者曾在專利CN00105870.3報道了利用LDHs煅燒得到的雙金屬復合氧化物與不同紫外吸收作用的有機物反應，得到了一類具有加強紫外阻隔或選擇性紫外阻隔性能的無機-有機復合材料，但這種制備方法所得材料純度、結構和-->性質均不易控制。本專利技術是利用LDHs的陰離子交換性及離子交換選擇性，選擇不同有機紫外吸收劑與LDHs組裝，得到了一類具有紫外吸收性能的層狀無機-有機復合材料。該類材料不僅避免了有機紫外吸收劑與皮膚的直接接觸，而且將有機紫外吸收劑加入中間層還將大大改善其穩定性和使用壽命，該制備方法所得材料結構單一，性質穩定。此外由于實現了無機-有機超分子復合，因此更有利于應用于塑料、橡膠、涂料及化妝品中。本專利技術制備工藝簡單，制備過程無三廢，屬于環境友好過程。
技術實現思路
本專利技術的目的是制備一種層狀無機-有機復合的紫外吸收材料，使其不僅避免了有機紫外吸收劑與皮膚的直接接觸，而且將有機紫外吸收劑加入中間層還將大大改善其穩定性和使用壽命，同時還加強了紫外吸收能力，由于實現了無機-有機超分子復合，因而提高了其在塑料、橡膠、涂料及化妝品中的相容性和分散性。其特點是制備工藝簡單，制備過程無三廢，屬于環境友好過程。本專利技術的要點利用LDHs的陰離子交換性及離子交換選擇性，選擇不同有機紫外吸收劑與LDHs組裝，得到了一類具有紫外吸收性能的層狀無機-有機復合材料。類水滑石(LDHs)組成為：[M2+1-xM3+x(OH)2]x-Ax/nn-·mH2O，其中M2+可以是Mg2+、Zn2+或Ni2+等二價金屬離子，M3+則是Al3+、Cr3+或Fe3+等三價金屬離子，x滿足0.2≤x≤0.4，An-代表層間陰離子如CO32-、NO3-或Cl-。有機紫外吸收劑為下列物質中的任何一類或它們的組合，即：水揚酸類、肉桂酸類、有機磺酸類、二苯甲酮類、苯并三唑類。制備過程包括類水滑石的制備及其與有機紫外吸收劑的組裝反應。具體制備過程為：1.類水滑石(LDHs)的制備：采用共沉淀法制備出組成不同的類水滑石。2.與有機紫外吸收劑的組裝：采用兩步離子交換法進行組裝。將制備的[M2+1-X-->M3+X(OH)2]X+(CO3)x/2·mH2O]分散在水中，在40-80℃范圍內，滴加0.1-1.0M的鹽酸溶液，控制pH＝4-6反應3-8小時，抽濾，洗滌，即得到[M2+1-xM3+x(OH)2]x-Clx·mH2O濾餅，繼續將其分散在水或其它介質中，30-90℃范圍下滴加有機紫外吸收劑溶液(n(有機紫外吸收劑)∶n(LDHs)＝2-4倍)，反應1-8小時，抽濾，水洗，干燥，即得層狀紫外吸收材料。上述交換反應在60-80℃下進行較好。實施例實施例1：采用共沉淀法制備摩爾比Zn/Al比為2.0的Zn-Al-CO3?LDHs，將其分散在水中，在70℃下滴加0.5M的鹽酸溶液，控制pH＝5反應4小時，抽濾，洗滌，即得到Zn-Al-Cl?LDHs濾餅，并將此濾餅繼續分散在水中，70℃下滴加磺基水楊酸水溶液(按摩爾比n(磺基水楊酸)/n(LDHs)＝2)反應4小時，抽濾，水洗，干燥。即得層狀Zn-Al-磺基水楊酸LDHs，該材料在波長280-400nm范圍內具有強吸收。實施例2：采用共沉淀法制備摩爾比Mg/Al比為2.0的Mg-Al-CO3?LDHs，將其分散在水中，在70℃下滴加0.2M的鹽酸溶液，控制pH＝5反應5小時，抽濾，洗滌，即得到Mg-Al-Cl?LDHs濾餅，并將此濾餅繼續分散在水中，70℃下滴加磺基水楊酸水溶液(按摩爾比n(磺基水楊酸)/n(LDHs)＝3)反應5小時，抽濾，水洗，干燥。即得層狀Mg-Al-磺基水楊酸LDHs，該材料在波長280-380nm范圍內具有強吸收。實施例3采用共沉淀法制備摩爾比Zn/Al比為2.0的Zn-Al-CO3?LDHs，將其分散在-->水中，在70℃下滴加0.6M的鹽酸溶液，控制pH＝4.5反應3小時，抽濾，洗滌，即得到Zn-Al-Cl?LDHs濾餅，并將此濾餅繼續分散在乙二醇中，90℃下滴加4-羥基-3-甲氧基肉桂酸乙二醇溶液(按摩爾比n(4-羥基-3-甲氧基肉桂酸)/n(LDHs)＝2)反應6小時，抽濾，水洗，干燥。即得層狀Zn-Al-4-羥基-3-甲氧基肉桂酸LDHs，該材料在波長220-400nm范圍內具有強吸收。實施例4采用共沉淀法制備摩爾比Mg/Al比為3.0的Mg-Al-CO3?LDHs，將其分散在水中，在70℃下滴加0.5M的鹽酸溶液，控制pH＝6反應8小時，抽濾，洗滌，即得到Mg-Al-Cl?LDHs濾餅，并將此濾餅繼續分散在乙二醇中，80℃下滴加4-羥基-3-甲氧基肉桂酸乙二醇溶液(按摩爾比n(4-羥基-3-甲氧基肉桂酸)/n(LDHs)＝2)反應8小時，抽濾，水洗，干燥。即得層狀Mg-Al-4-羥基-3-甲氧基肉桂酸LDHs，該材料在波長250-400nm范圍內具有強吸收。實施例5采用共沉淀法制備摩爾比Zn/Al比為3.0的Zn-Al-CO3?LDHs，將其分散在水中，在70℃下滴加0.5M的硝酸溶液，控制pH＝5反應4小時，抽濾，洗滌，即得到Zn-Al-NO3?LDHs濾餅，并將此濾餅繼續分散在水中，70℃下滴加2-羥基-4-甲氧基二苯甲酮-5-磺酸水溶液(按摩爾比n(2-羥基-4-甲氧基二苯甲酮-5-磺酸)/n(LDHs)＝2)反應4小時，抽濾，水洗，干燥。即得層狀Zn-Al-2-羥基-4-甲氧基二苯甲酮-5-磺酸LDHs，該材料在波長220-430nm范圍內具有強吸收。實施例6采用共沉淀法制備摩爾比Mg/Al比為2.0的Mg-Al-CO3?LDHs，將其分散在水中，在70℃下滴加0.5M的硝酸溶液，控制pH＝5反應4小時，抽濾，洗滌，即得到Mg-Al-NO3?LDHs濾餅，并將此濾餅繼續分散在水中，70℃下滴加2本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種新型層狀紫外吸收材料及制備方法，特別是一種粘土類無機層狀材料與有機紫外吸收劑復合的紫外吸收材料及制備方法。制備過程包括類水滑石的制備及其與有機紫外吸收劑的組裝。（１）類水滑石的制備：類水滑石又稱雙羥基復合金屬氧化物（ＬＤＨｓ）， 是一種陰離子型無機層狀材料，其化學組成通常為：［Ｍ↑［２＋］↓［１－Ｘ］Ｍ↑［３＋］↓［Ｘ］（ＯＨ）↓［２］］↑［Ｘ＋］（Ａ↑［ｎ－］）↓［ｘ／ｎ］.ｍＨ↓［２］Ｏ］，Ｍ↑［２＋］和Ｍ↑［３＋］分別是二價和三價金屬離子，Ａ↑［ｎ－］是層間維持電荷平衡的可交換的陰離子。采用共沉淀法制備出組成不同的類水滑石。（２）與有機紫外吸收劑的組裝：采用兩步離子交換法進行組裝。將制備的［Ｍ↑［２＋］↓［１－Ｘ］Ｍ↑［３＋］↓［Ｘ］（ＯＨ）↓［２］］↑［Ｘ＋］（ＣＯ↓［３］）↓［ｘ／２ ］.ｍＨ↓［２］Ｏ］分散在水中，在４０－８０℃范圍內，滴加０．１－１．０Ｍ的鹽酸或硝酸溶液，控制ｐＨ＝４－６反應３－８小時，抽濾，洗滌，即得到［Ｍ↑［２＋］↓［１－ｘ］Ｍ↑［３＋］↓［ｘ］（ＯＨ）↓［２］］↑［ｘ－］Ｃｌ↓［ｘ］.ｍＨ↓［２］Ｏ或［Ｍ↑［２＋］↓［１－ｘ］Ｍ↑［３＋］↓［ｘ］（ＯＨ）↓［２］］↑［ｘ－］（ＮＯ↓［３］）↓［ｘ］.ｍＨ↓［２］Ｏ濾餅，繼續將其分散在水或其它介質中，３０－９０℃范圍下滴加有機紫外吸收劑溶液（摩爾比ｎ（有機紫外吸收劑）／ｎ（ＬＤＨｓ）＝２－４），反應１－８小時，抽濾，水洗，干燥，即得層狀紫外吸收材料。...

【技術特征摘要】
1.一種新型層狀紫外吸收材料及制備方法，特別是一種粘土類無機層狀材料與有機紫外吸收劑復合的紫外吸收材料及制備方法。制備過程包括類水滑石的制備及其與有機紫外吸收劑的組裝。(1)類水滑石的制備：類水滑石又稱雙羥基復合金屬氧化物(LDHs)，是一種陰離子型無機層狀材料，其化學組成通常為：[M2+1-xM3+x(OH)2]x+(An-)x/n·mH2O]，M2+和M3+分別是二價和三價金屬離子，An-是層間維持電荷平衡的可交換的陰離子。采用共沉淀法制備出組成不同的類水滑石。(2)與有機紫外吸收劑的組裝：采用兩步離子交換法進行組裝。將制備的[M2+1-xM3+x(OH)2]x+(CO3)x/2·mH2O]分散在水中，在40-80℃范圍內，滴加0.1-1.0M的鹽酸或硝酸溶液，控制pH＝4-6反應3-8小時，抽濾，洗滌，即得到[M2+1-xM3+x(OH)2]x-Cl...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李蕾，劉石均，
申請(專利權)人：北京化工大學，
類型：發明
國別省市：11[中國|北京]