[发明专利]一种杂化纳米粒子、制备方法及抗紫外应用

说明书

一种杂化纳米粒子、制备方法及抗紫外应用，属于纳米复合材料技术领域。首先分别制备无定型二氧化钛前驱体分散液和多巴胺/类多巴胺单体前驱体分散液；然后将无定型二氧化钛前驱体分散液和多巴胺/类多巴胺单体前驱体分散液混合，调节pH，并加热搅拌反应，得到二氧化钛/聚多巴胺杂化粒子分散液；最后将制备得到的杂化粒子分散液通过离心或者透析方法进行分离提纯得到二氧化钛/聚多巴胺杂化纳米粒子。制得的纳米粒子可以用于制备透明紫外屏蔽复合材料，具有优异的阻隔、光催化、光热转化性能。进一步可在包装材料、窗用材料、农用膜材料、防晒护肤等领域应用。

技术领域

本发明涉及一种纳米复合材料的制备方法，具体涉及一种小粒径杂化纳米粒子、制备方法及其在透明抗紫外复合材料中的应用，属于功能复合材料领域。

背景技术

众所周知，到达地球表面的太阳光主要由红外光、可见光和紫外光组成，其中，紫外光具有很高的能量，适量的紫外光有益于身体的健康，但长期的紫外辐射容易伤害眼睛和皮肤并诱发疾病甚至引发癌症；另外，紫外照射是多数聚合物材料户外老化的最大诱因，会导致性能下降，使用寿命缩短。因此，为了降低能耗、减少紫外线损伤，大量的研究聚焦于具有紫外屏蔽双重功能的透明高分子复合材料，期望实现在窗用、隔膜以及防晒护肤等领域的广泛应用。

根据研究，紫外屏蔽高分子材料可通过以下方法获得：(1)添加小分子有机紫外屏蔽剂(如苯并三唑类、二苯甲酮类、水杨酸类化合物等)，其分子骨架上的羟基与邻近的杂原子形成氢键，烯酮结构转换将光能以热能的形式消耗。但是，存在分子量低、易迁移、与聚合物的相容性较差、透明性不佳、具有毒性等缺点。(2)添加无机金属氧化物纳米粒子(如TiO₂，ZnO，CeO₂等)，主要通过对紫外线的阻隔和散射发挥屏蔽作用，具有较高的白度、无毒、非迁移性等优点。但无机金属纳米粒子具有较强的光催化性，可能诱导聚合物降解，同时也存在不易分散的问题。(3)构建无机纳米粒子组装层可反射紫外线避免光催化效应，但需要精确控制粒子的组装参数，制备过程复杂，难以工业推广。因此，如何以简单有效的方法制备透明高性能紫外屏蔽材料一直是研究的重点和难点。

二氧化钛(TiO₂)是一种廉价的、无毒的、具有氧化还原特性的光稳定基质，由于其较大的带隙(Eg＝3.2eV)，它主要吸收紫外线光子。TiO₂纳米粒子通常通过溶胶-凝胶法制备，论文J.Phys.Chem.C 2016,120:6262-6268中使用的溶胶-凝胶法也已被视为制备功能材料(如光学玻璃，介电陶瓷等)的典型方法，可以控制有机和无机化合物的组成，以优化其物理性质，例如光学、电学、热学和紫外线吸收性能。

黑色素是一类结构单元中含有酚羟基和氨基的生物大分子，广泛存在于动植物中，能够有效地吸收紫外线，具有光保护特性。此外，黑色素还具有抗氧化能力和自由基淬灭能力，能够在氧化态与还原态之间可逆转换。按获得来源，黑色素可分为天然黑色素和类黑色素：天然黑色素可从动植物中提取，类黑色素由生物发酵或化学合成获得，它们具有类似的物理化学性质。论文Polym.Chem.2013,4,2696-2702通过一些化学反应调控或者微观结构设计，黑色素能够在吸收紫外线的同时具有一定的可见光透过率，如添加溴化多巴胺阻止环化反应，来降低黑色素的交联度；专利CN201910609608.7通过透析分离出合成过程中低分子量浅色黑色素寡聚物；论文ACS Appl.Mater.Interfaces 2017,9:36281-36289提及合成空心结构黑色素粒子等，适合制备透明紫外屏蔽材料。但以上方法涉及提取、微观调控、透析、刻蚀等步骤，制备繁琐，不适用大规模生产。

发明内容