[发明专利]一种基于ZnO量子点的水性紫外屏蔽涂料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于精细化学品技术领域，具体涉及一种基于ZnO量子点的水性紫外屏蔽涂料的制备方法。

背景技术

透明紫外屏蔽涂料在户外易降解材料（聚合物、木、竹等）保护、紫外屏蔽玻璃制备、室内光源紫外线隔绝等方面具有广泛用途，一般通过在清漆中加入紫外线吸收剂来制备。紫外线吸收剂一般可以分为两大类，一类是有机紫外吸收剂，主要包括苯甲酮类、苯并三唑类、水杨酸酯类、草酰苯胺类等；另一类是无机纳米紫外吸收剂，主要有二氧化钛纳米粒子、二氧化铈纳米粒子、氧化锌纳米粒子等。有机紫外吸收剂的紫外吸光系数大、屏蔽效率高、屏蔽波段宽、透明性好等优点，但是存在光、热稳定性差、易挥发等缺点，长期稳定性不佳，而且，有机紫外吸收剂分解产物有一定毒性。无机纳米紫外吸收剂虽然具有突出的光、热稳定性，但容易团聚，在实现紫外屏蔽的同时，容易造成涂层的透明度下降；同时，无机纳米粒子具有很强的光催化活性，在紫外线的作用下，能加速聚合物涂层的老化和降解，大大减少涂层的使用寿命。中国专利CN1412258A报道了通过二氧化钛或氧化锌纳米粉体研磨分散，再加入聚丙烯酸树脂中制备抗紫外线涂层。由于纳米粉体不可能通过研磨完全达到初级粒径分散水平，导致涂层的透明性不佳。中国专利CN101629033A用羧甲基纤维素超声辅助法制备了掺杂钙的二氧化铈纳米粒子，并用惰性壳层包覆降低二氧化铈纳米粒子的光催化活性，然后硅烷偶联剂修饰，再与纯丙乳液复合制备紫外屏蔽涂料。但该方法中，二氧化铈纳米粒子进行了烧结，在涂层中的分散性不佳，涂层的透明度低。由此可见，高耐候性、高透明性的环保型紫外屏蔽涂料的制备方法仍亟待发展。

氧化锌量子点(ZnO QDs)紫外线吸收能力强，荧光发射强度高，而且具有无毒的优点，常用于生物荧光标记材料，亦是高透明性紫外线屏蔽涂料用无机纳米紫外吸收剂的理想选择。如，Li等将ZnO QDs与聚合物树脂复合，制备了透明紫外屏蔽涂料(S. Li, et al, Adv. Mater., 2007, 19, 4347)。但是，该研究中没有考虑ZnO QDs的光催化活性，且涂料体系为溶剂型。通过两亲性聚合物和表面活性剂对ZnO QDs的包覆(N. R. Jana, et al, Chem. Commun., 2007, 1406; H. M. Xiong, et al, J. Am. Chem. Soc., 2008, 130, 7522; X. Tang, et al, Langmuir, 2009, 25, 5271.)，可改善ZnO QDs的水溶性，但是由于ZnO QDs的光催化活性，在紫外光的照射下，这些两亲性聚合物和表面活性剂很容易分解，造成ZnO QDs失稳，无法用于高耐候性、高透明性水性紫外屏蔽涂料的制备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于ZnO QDs制备高耐候性、高透明性的水性紫外屏蔽涂料的方法。具体包括以下步骤：

分别称取锌盐和氢氧化锂，超声波处理充分溶解于无水乙醇中，然后将二者的乙醇溶液混合，60-78℃搅拌反应3-10 h。，得到ZnO QDs在乙醇中的分散液。向ZnO QDs乙醇分散液中加入正硅酸乙酯和去离子水，超声充分混匀，室温搅拌反应6 h，即可得到SiO₂包覆ZnO QDs（ZnO QDs@SiO₂）的分散液，通过离心分离、洗涤，将ZnO QDs@SiO₂转移分散至水中，获得ZnO QDs@SiO₂的水分散液，再与水性成膜树脂、润湿剂按一定比例混合，充分搅拌后，即得水性紫外屏蔽涂料。该涂料可涂覆于竹、木、塑料、玻璃等基材表面，低温干燥处理，即可得到透明紫外屏蔽涂层。

本发明所述的基于ZnO QDs的水性紫外屏蔽涂料，其特征在于ZnO QDs的粒径为1-10 nm。粒径太小，不易制备，结晶性变差，紫外吸收能力减弱；粒径太大，光散射效应增强，不利于制备透明紫外屏蔽涂料。

本发明所述的基于ZnO QDs的水性紫外屏蔽涂料，其特征在于锌盐和氢氧化锂的摩尔比为1:4-2:3，反应温度为60-78℃。其中锌盐为硝酸锌、硫酸锌、氯化锌和醋酸锌中的一种，具有成本低、无毒的优点。