[发明专利]一种可屏蔽紫外线的高分子膜

说明书

技术领域

本发明涉及高分子材料领域，尤其涉及一种可屏蔽紫外线的高分子膜。

背景技术

高分子材料在光照下易受到光氧作用，吸收光能(主要为紫外光能)而发生光引发断链反应和自由基氧化断链反应，宏观上，该过程会导致高分子材料发黄、变脆，最终因龟裂而失效。户外塑料制品尤其需考虑利用紫外屏蔽来防止降解。

然而，现有的大部分紫外屏蔽膜基本上是由熔融共混、或有机溶剂溶解涂覆而制得。其中，熔融共混需要专用的密炼机或双/单螺杆熔融共混机，加工过程中需将高分子加热至半熔融或熔融状态，设备投资较大、耗能较高；而常用的有机溶剂溶解涂覆法，所使用的有机溶剂具有强烈的刺激性气味、对环境有较大影响、在涂覆之后的较长时间仍然会挥发少量溶剂小分子，对人体健康不利。

例如，申请公布号为CN103951947A的发明专利申请文献公开了一种抗紫外线PET膜，所述PET膜的PET母料中混合有用于吸收不同波段紫外线的紫外线吸收剂，所述紫外线吸收剂包括紫外吸收剂A和紫外吸收剂B的混合物，所述紫外吸收剂A为苯并三唑类紫外线吸收剂，所述紫外线吸收剂B为受阻胺类紫外线吸收剂，所述紫外线吸收剂A为所述紫外线吸收剂B的重量的50％～80％，所述紫外线吸收剂A和紫外线吸收剂B的添加量占所述基材层的总重量的2.4％～5.1％。该发明PET膜能够阻隔98.0％以上的波长为290nm～400nm的紫外线，是通过采用将紫外线吸收剂与PET母料混合后加热熔融，再拉膜成型为PET膜的方法获得的。

无机材料的紫外吸收剂其吸收原理主要是两种，一种是吸收紫外线的能量，并将其以其它形式的能量释放；第二种是直接对光进行散射。作为高分子紫外屏蔽保护膜而言，吸收紫外光能量转化为其它形式能量，有可能导致高分子保护膜本身发生降解，缩短使用寿命；而对紫外光进行散射又可能直接导致可见光透过性能不佳，宏观上无法达到透明效果。

因此，有必要制备出一种既能屏蔽紫外线，又能保持可见光的透过性，且不会因紫外线而造成高分子基材产生降解的新一代透明紫外屏蔽保护膜。

发明内容

本发明提供了一种可屏蔽紫外线的高分子膜，该高分子膜不仅能够屏蔽紫外线，而且能够保持可见光的透过性，并避免基体材料降解，具有较高的紫外屏蔽功能。

一种可屏蔽紫外线的高分子膜，原料包括基体材料、紫外吸收剂、抗氧化剂和溶剂，所述紫外吸收剂为金属氧化物，所述原料还包括蒙脱土、累托石或两者的混合物。

蒙脱土、累托石为纳米级的层状硅酸盐，通常作为高分子材料行业的添加剂，可提高材料的力学性能、气体阻隔性能，还可以改善材料加工流变性能。

根据光散射的瑞利定律，对于粒径远小于波长的微粒，短波光的散射比长波光更强，如太阳光中蓝色光被微小尘埃的散射比红色光强十倍以上。实验发现，分散良好的蒙脱土、累托石对波长较短的紫外光具有较强的散射作用，对可见光散射较弱。

故，高分子膜中加入蒙脱土、累托石可以提高薄膜对入射光的散射能力，令照射到薄膜表面的紫外线向各个方向散射，使其透射入薄膜下表面的紫外光极大的减少，从整体效果来看，即是提高了薄膜的紫外屏蔽能力。

作为优选，所述的金属氧化物为氧化铈。氧化铈作为半导体氧化物，其电子结构的特点是存在一个充满电子的价带和一个没有电子的导带。价带和导带之间的能级差，称为禁带宽度。由于氧化铈的禁带宽度较小，能量比禁带宽度大的光子就会被吸收，价带的电子被激发到导带，形成了电子-空穴对。根据氧化铈的禁带宽度，可计算得到氧化铈的最大吸收波长在400nm左右，而常用的金属氧化物，如锐钛型二氧化钛、氧化锌对380nm以上的紫外线几乎没有吸收能力。故二氧化铈对紫外线的吸收范围最宽。

另外，由于锐钛型二氧化钛折射率n＝2.5，氧化锌的折射率n＝2.2，高的折射率会使这两种金属氧化物作为添加剂使用时常常会改变材料的基色，而氧化铈的光折射率n＝2.0，相对较低，故其对可见光的透过性比二氧化钛和氧化锌都强。

由于氧化铈、氧化锌、二氧化钛等半导体金属氧化物吸收光子产生的电子-空穴对，电子具有还原性，空穴具有氧化性，空穴会与氧化物表面吸附的羟基发生化学反应，生成羟基自由基，这些羟基自由基可以将多数高分子材料降解。因此这些氧化物具有一定程度的光催化活性。

相比于二氧化钛、氧化锌，氧化铈因吸收紫外形成电子-空穴对所导致的光催化活性非常低，因为氧化铈的带隙能较小，光生电子-空穴复合几率大。故氧化铈可作为优选的紫外吸收剂。