[发明专利]一种功能性纳米ZnO及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及功能性纳米ZnO的合成技术领域，特别是将一种功能性纳米ZnO及其制备方法以及作为光敏剂和增强剂应用到水性聚氨酯丙烯酸酯复合材料中。本发明通过水热合成法制得可控形貌的纳米ZnO，采用KH570进行改性后加入到水性聚氨酯丙烯酸酯乳液中，制得复合乳液，将复合乳液通过成膜方式转移到聚四氟乙烯板上或者将织物基基材浸润在复合乳液中后取出，干燥后通过波长为365nm的紫外光下照射固化，最终干燥制得水性聚氨酯丙烯酸酯复合材料。KH570改性的纳米ZnO不仅实现了高效的紫外光引发，还增强了改性水性聚氨酯丙烯酸酯复合材料的紫外吸收能力，改善了织物基涂层的力学性能、界面性能和耐水性，并实现了织物基涂层界面上亲疏水性能的可调。

技术领域

本发明涉及功能性纳米ZnO的合成技术领域，特别是一种功能性纳米ZnO及其制备方法以及作为光敏剂和增强剂应用到水性聚氨酯丙烯酸酯复合材料中。

背景技术

目前，小分子光敏剂已经得到广泛应用，这类光敏剂在光固化过程中，残留量和光解产物容易迁移至产品表面，产生一定的气味，甚至毒性，极大地限制了其在食品包装、医疗卫生等方面的应用。另外，小分子光敏剂还存在阻氧、黄化、与UV固化树脂相容性差等缺点。近年来，相应的有机大分子光敏剂已经成为研究热点，其具有较低的气味、迁移性、毒性，同时还具有更好的耐黄变性；此外，与小分子光敏剂相比，它们的光引发效率得到提高，而且可以有效地减少氧抑制并改善UV固化材料的性能。

然而，与无机光敏剂相比，有机光敏剂在自由基聚合中存在的氧阻聚作用、挥发性光解碎片残留和膜迁移等缺点，在作为光敏剂添加到水性聚氨酯中时，仍然存在气味、毒性等缺点。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种功能性纳米ZnO的制备方法，该方法制得的功能性纳米ZnO可以充当光敏剂和无机纳米填料的双重功能，从而与有机相紧密结合，以提高聚合物光固化涂层的综合性能，且环保无毒。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种功能性纳米ZnO的制备方法，包括如下步骤：

S1、室温下，在Zn(NO₃)₂水溶液中加入氢氧化钠水溶液和表面活性剂，搅拌均匀后转移至聚四氟乙烯反应釜中，在60-120℃下水热反应5-12h，自然冷却至室温后分离得到沉淀物，沉淀物用去离子水洗涤去除杂质，再用无水乙醇洗涤使沉淀分散更均匀，然后在40-100℃下干燥5-12h，制得纳米ZnO；

S2、在纳米ZnO中加入KH570硅烷偶联剂和无水乙醇，然后在N₂气氛中于50-100℃温度下充分搅拌，反应2-8h后，分离得到沉淀物并去除上面吸附的过量硅烷，真空干燥后得到KH570硅烷偶联剂改性的功能性纳米ZnO。

作为功能性纳米ZnO的制备方法进一步的改进：

优选的，所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵即CTAB、十二烷基苯磺酸钠即SDBS、聚乙烯吡咯烷酮即PVP-K90中的一种。

优选的，所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵即SDBS。

优选的，步骤S1中所述Zn(NO₃)₂水溶液的浓度为0.1-2mol/L，氢氧化钠水溶液的浓度为0.5-4mol/L，Zn(NO₃)₂水溶液中所含Zn(NO₃)₂、氢氧化钠水溶液所含氢氧化钠和表面活性剂的质量比为7.4:8:1。

优选的，步骤S2中纳米ZnO与KH570硅烷偶联剂、无水乙醇的混合质量比为1:5:50。

本发明的目的之二是提供一种由上述制备方法制得的功能性纳米ZnO。

本发明的目的之三是提供一种上述功能性纳米ZnO在制备水性聚氨酯丙烯酸酯复合材料中的用途，包括如下步骤：