[发明专利]纳米氧化锌改性发泡材料及其制备方法

说明书

【技术领域】

本发明属于化学材料领域，具体涉及一种纳米氧化锌改性发泡材料及其制备方法。

【背景技术】

当今，电子信息产业呈现持续高速发展的态势，性能优良的高介电材料在电容器、传感器、微波器件等方面均有重要应用。相比于传统的高介电无机材料，高介电聚合物基材料具有许多突出的特点，如良好的机械性能、电性能、热性能、可加工性、质轻等，是目前高介电常数材料的研究热点。因此，在对PLA材料进行力学、热学、轻质等改性的基础上，如能再进一步使其复合材料具有导电性能，那么，聚乳酸基复合发泡材料的应用领域必将大大拓宽。

泡沫塑料是指由大量气体微孔分散于固体树脂中形成的一类高分子材料。由于其具有减震、隔热、相对密度较低、耐冲击等优点，发泡成型已成为塑料加工中一个不可忽缺的领域。目前，聚乳酸基泡沫材料已被广泛应用于汽车内饰、飞机内饰及包装材料等。但由于单一聚乳酸发泡体的熔体轻度较低往往造成发泡过程中气泡破裂及独立泡孔率低，且成本也很高，如果将PLA与聚氨酯、聚丙烯、聚乙烯等进行复合发泡，可以改善材料的某些性能，但是PLA材料原有的生物降解功能受到破坏。

聚乳酸PLA是一种以乳酸为单体聚合而成的生物基塑料，其合成原料来源广泛，主要为玉米秸、甜菜杆等农副产品；其成品性能优良，可代替市场上现有的大部分石油基塑料成品，且基成品在寿命终了时可被土壤中的微生物完全分解为对环境对人类无危害的二氧化碳和水。目前，聚乳酸基复合材料以其优异的性能已被广泛应用在人造骨骼、食品包装、一次性饭盒等领域，在不久的将来，必然会更加受到人们的广泛认可，其应用领域势必随之扩大。

当下PLA材料应用的主要瓶颈在于冲击韧性较差、热性定性较低以及价格相对较高，故限制了其应用领域。

纳米氧化锌ZnO粒径介于1-100nm之间，是一种面向21世纪的新型高功能精细无机产品，表现出许多特殊的性质，如非迁移性、荧光性、压电性、吸收和散射紫外线能力等，利用其在光、电、磁、敏感等方面的奇妙性能，可制造气体传感器、荧光体、变阻器、紫外线遮蔽材料、图像记录材料、压电材料、压敏电阻、高效催化剂、磁性材料和塑料薄膜等。

纳米氧化锌是一种多功能性的新型无机材料，其颗粒大小约在1-100纳米。由于晶粒的细微化，其表面电子结构和晶体结构发生变化，产生了宏观物体所不具有的表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观隧道效应以及高透明度、高分散性等特点。近年来发现它在催化、光学、磁学、力学等方面展现出许多特殊功能，使其在陶瓷、化工、电子、光学、生物、医药等许多领域有重要的应用价值，具有普通氧化锌所无法比较的特殊性和用途。纳米氧化锌在纺织领域可用于紫外光遮蔽材料、抗菌剂、荧光材料、光催化材料等。由于纳米氧化锌一系列的优异性和十分诱人的应用前景，因此研发纳米氧化锌已成为许多科技人员关注的焦点。

金属氧化物粉末如氧化锌、二氧化钛、二氧化硅、三氧化二铝及氧化镁等，将这些粉末制成纳米级时，由于微粒之尺寸与光波相当或更小时，由于尺寸效应导致使导带及价带的间隔增加，故光吸收显著增强。各种粉末对光线的遮蔽及反射效率有不同的差异。以氧化锌及二氧化钛比较时，波长小于350纳米UVB时，两者遮蔽效率相近，但是在350-400nmUVA时，氧化锌的遮蔽效率明显高于二氧化钛。同时氧化锌n＝1.9的折射率小于二氧化钛n＝2.6，对光的漫反射率较低，使得纤维透明度较高且利于纺织品染整。

纳米氧化锌还可用来制造远红外线反射纤维的材料，俗称远红外陶瓷粉。而这种远红外线反射功能纤维是通过吸收人体发射出的热量，并且再向人体辐射一定波长范围的远红外线，除了可使人体皮下组织中血液流量增加，促进血液循环外，还可遮蔽红外线，减少热量损失，故此纤维较一般纤维蓄热保温。

氧化锌是一种半导体催化剂的电子结构，在光照射下，当一个具有一定能量的光子或者具有超过这个半导体带隙能量Eg的光子射入半导体时，一个电子从价带NB激发到导带CB，而留下了一个空穴。激发态的导带电子和价带空穴能够重新结合消除输入的能量和热，电子在材料的表面态被捕捉，价态电子跃迁到导带，价带的孔穴把周围环境中的羟基电子抢夺过来使羟基变成自由基，作为强氧化剂而完成对有机物或含氯的降解，将病菌和病毒杀死。日本新兴人化公司、帝人公司、仓螺公司、钟纺公司、东洋公司等均生产防臭、抗菌及抗紫外线等纤维。例如日本仓螺公司将氧化锌微粉掺入异形截面的聚酯纤维或长丝中，开发出抗紫外光纤维，除了具有遮蔽紫外光的功能外，还有抗菌、消毒、除臭等功能。