[发明专利]一种聚酰亚胺/改性天然黑色素纳米复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及化工材料技术领域，具体涉及一种聚酰亚胺/改性天然黑色素纳米复合材料及其制备方法。

背景技术

目前的紫外光可以分为三个区域：UVC(220-280nm),UVB(280-320nm)和UVA(320-400nm)。短波高能量的紫外线可以破坏共价键，从而降解有机物，缩短了有机材料的使用寿命；同时，长时间地暴露在紫外线下也会对人体以及动物体带来损伤。因此，发展在可见光区具有一定透明性的紫外线遮蔽材料引起了人们的长期关注。众所周知，黑色素是一种广泛存在于动物体的头发、皮肤、眼睛和大脑等部位的多功能的生物大分子；它具有光保护作用、金属螯合作用、抗菌活性、温度调节作用、自由基捕获以及参与神经系统的调节等功能。在自然界中最容易提取收集，并且纯度最高的天然黑色素存在于一种叫做乌贼的海生动物体内，在其体内可以提取大量黑色素，并且价格低廉，操作简单。黑色素最为常见、使用最为广泛的功能就是紫外线吸收功能，但是其自身无法成膜，因而无法单独成为紫外线遮蔽材料，于是制备黑色素纳米复合材料就成为了一条有效的方法。而在大气层外甚至太空中，没有了大气层的防护，环境中充满了高强度的紫外线以及比较高的温度，普通的塑料难以承受这种环境。而聚酰亚胺(PI)是耐热性能最好的工程塑料之一，并且具有优越的机械性能、化学抵抗性能、耐辐射性能以及介电性能，在电子、微电子和航空航天工业上有广泛的用途。

现有的紫外遮蔽材料多集中于无机/有机复合材料，其中的无机填料基本上是类似于TiO₂，ZnO，SiO₂和Al₂O₃等UV吸收体，但是这些无机填料在吸收紫外线的同时容易催化聚合物基体降解，降低了材料的使用效率和寿命。而黑色素能够有效地吸收紫外线，但不会降解复合材料的基体，反而因为自由基捕获性能增加材料的耐老化性能，延长材料的使用寿命。但是，现有的黑色素纳米复合材料基本上无法耐高温，且基体本身不具有紫外吸收性能，因此现有的黑色素纳米复合材料无法使用于类似大气层外或者太空中这种充满高强度紫外线和高温的环境中，尤其当填料黑色素经过长时间紫外照射失效后，由于基体材料不具备紫外吸收功能，而导致复合材料紫外遮蔽性能完全失效。

发明内容

有鉴于此，本发明为了解决目前普遍的有机/无机复合遮蔽材料中基体易光降解；黑色素复合遮蔽材料中的基体不具有紫外吸收性能，在黑色素失效后，复合材料遮蔽性能完全丧失，材料的遮蔽寿命变短；目前报道中的遮蔽材料不能耐高温，无法使用于高温环境中；天然黑色素在油相中分散性差，以及与亲油聚合物的相容性差；复合材料的机械性能较差等问题，提供了一种聚酰亚胺/改性天然黑色素纳米复合材料及其制备方法。

本发明第一方面提供了一种聚酰亚胺/改性天然黑色素纳米复合材料，所述纳米复合材料中的聚酰亚胺与天然黑色素通过化学键连接，所述天然黑色素表面接枝硅烷偶联剂。

本发明第二方面提供了上述聚酰亚胺/改性天然黑色素纳米复合材料的制备方法，步骤包括：

S1、提取天然黑色素纳米颗粒；

S2、天然黑色素表面改性：将天然黑色素纳米颗粒分散于有机溶剂中，加热至45～55℃时，向体系内滴加APTES，搅拌3～5h后离心分离得到改性黑色素纳米颗粒，洗涤后烘干，然后超声分散于DMAC中，静置10～14h，取上层均匀溶液，即得到改性黑色素DMAC分散液；

S3、聚酰亚胺/改性天然黑色素纳米复合材料的制备：将改性黑色素DMAC分散液分散在聚酰亚胺的DMAC溶液中，分散均匀，并将得到的均匀溶液制备为薄膜。

本发明的有益效果是：

本发明所制备的纳米复合材料中的基体在光催化过程中不降解；

本发明所制备的纳米复合材料耐高温，能够使用于类似大气层外或者太空中这种充满高强度紫外线和高温的环境中；

由于本发明制备的复合材料中的基体聚酰亚胺也能吸收紫外线，因此PI/改性天然黑色素纳米复合材料的紫外遮蔽效率更高，寿命更长，可耐强紫外线的照射。

以往的技术基本上都是黑色素与聚合物基体共混，而本发明是通过化学键连接天然黑色素和聚合物基体，相容性更加好，机械，耐热等性能更加突出。

附图说明

图1为改性前天然黑色素的SEM图；

图2为改性后天然黑色素的SEM图；

图3为天然黑色素和改性天然黑色素的热失重曲线；

图4为天然黑色素和改性天然黑色素的XPS图谱；

图5为PI薄膜及PI/改性天然黑色素纳米复合薄膜的DSC曲线；