有機(jī)硅／二氧化鈦復(fù)合材料的制備及抗紫外線性能分析

單小紅，趙春麗

（新疆大學(xué)藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，新疆 烏魯木齊830046）

0 前言

太陽光線中的紫外線（UV）是對(duì)人體有益的，可促進(jìn)維生素D的合成，促進(jìn)骨骼組織發(fā)育，有利于身體健康。但同時(shí)，地球表面也充滿著過多的有害紫外線輻射?，F(xiàn)代科學(xué)研究已經(jīng)證明，過度的曝曬和過多的受紫外線輻射是有害的［1］。因此，自20世紀(jì)90年代初以來，國(guó)外對(duì)材料屏蔽紫外線的功能展開了研究，許多抗紫外線材料相繼開發(fā)上市［2］。

有機(jī)硅彈性體在醫(yī)療設(shè)備中應(yīng)用廣泛，由于其長(zhǎng)期的穩(wěn)定性、生物相容性以及高的氣體滲透性而作為連接體。有機(jī)硅彈性體作為連接體，應(yīng)用在瘢痕瘤和瘢痕肥大的治療中，有減少瘢痕的紅色能力。此外，它是非擴(kuò)散性的，治療作用顯著而沒有任何明顯的副作用。疤痕對(duì)抗紫外線輻射的能力更小，將傷疤尤其是新傷疤暴露在UV下，會(huì)影響治療耐久性。因?yàn)閁V能增加黑色素，從而使傷疤加黑。有機(jī)硅彈性體高度的透明性有助于太陽光照射到皮膚上［3］，因此，本文的目的是開發(fā)含有二氧化鈦（具有紫外線衰減作用）的有機(jī)硅彈性體薄片材料，乳液形式的二氧化鈦可以混合在有機(jī)硅彈性體中，保持有機(jī)彈性復(fù)合材料的透明性。

所謂的防紫外線是在纖維或材料中添加抗紫外線添加劑或在材料的表面涂覆抗紫外線劑，以阻礙紫外線直接與皮膚接觸［4］。在纖維和材料中添加的屏蔽紫外線的物質(zhì)主要有兩大類：一類是起反射紫外線作用的物質(zhì)，稱為紫外線屏蔽劑，通常選用一些金屬氧化物的粉體，如二氧化鈦等［5］；另一類是指對(duì)紫外光有強(qiáng)烈的選擇性吸收、并能進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換而減少其透過量的物質(zhì)，稱為紫外線吸收劑，通常是一些無機(jī)材料和一些有機(jī)化合物，吸收劑在吸收紫外線的能量后，轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚援悩?gòu)體，隨之以光和熱的形式釋放這些能量恢復(fù)原分子結(jié)構(gòu)［6］。

本文在有機(jī)硅彈性體中添加不同含量的二氧化鈦，制備有機(jī)硅／二氧化鈦復(fù)合材料，并通過紫外線光譜掃描儀測(cè)試復(fù)合材料的抗紫外線效果。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1．1 主要原料

四丁基直鈦酸酯，NDZ－105，南京曙光硅烷化工有限公司；

乙酰丙酮，億昌化工有限公司；

棕櫚葉油，廣州和博香料有限公司；

有機(jī)硅彈性體，浙江創(chuàng)基有機(jī)硅材料有限公司。

1．2 主要設(shè)備及儀器

掃描電子顯微鏡，JSM－6610A，日本島津公司；

紫外線光譜掃描儀，UV754N，上海圣科儀器設(shè)備有限公司；

拉伸強(qiáng)力測(cè)試機(jī)，揚(yáng)州道純?cè)囼?yàn)機(jī)械廠。

1．3 樣品制備

將四丁基直鈦酸酯、乙酰丙酮和水混合反應(yīng)，得到白色或黃色的透明溶液。三者的摩爾比值為1／1．5／1和1／2．5／1。再將溶液與棕櫚葉油混合，體積比為1／5，得到二氧化鈦乳液，并加熱直到有泡的氣體消失；

有機(jī)硅彈性體／二氧化鈦復(fù)合材料的制備：將二氧化鈦乳液和有機(jī)硅彈性體混合，二氧化鈦乳液的含量為0．05%～0．10%，攪拌混合液，可以得到單一的產(chǎn)品。為了去除混合反應(yīng)中的氣泡，可以用氣體吸收器。然后，將混合液倒入不銹鋼的模具里，在150℃下壓制成型，可以得到有機(jī)硅／二氧化鈦復(fù)合材料薄片，厚度為0．8 mm。

1．4 性能測(cè)試與結(jié)構(gòu)表征

采用掃描電子顯微鏡觀察復(fù)合材料的表面結(jié)構(gòu)，表面附著金色涂層；

采用紫外線光譜掃描儀分光儀記錄復(fù)合材料在200～800 nm波長(zhǎng)下的紫外線照射情況；

采用拉伸強(qiáng)力測(cè)試機(jī)按照ASTMD412測(cè)試復(fù)合材料的彈性性能，將樣品剪切成啞鈴形，拉伸速率為500 mm／min。

2 結(jié)果與討論

2．1 SEM分析

從圖1可以看出，在有機(jī)硅／二氧化鈦復(fù)合材料中有二氧化鈦顆粒的存在，顆粒大小為400～600 nm。

圖1 有機(jī)硅／二氧化鈦復(fù)合材料的SEM照片F(xiàn)ig．1 SEMmicrograph for silicone／titaniumdioxide composites

2．2 紫外分析

圖2 有機(jī)硅／二氧化鈦復(fù)合材料的紫外線透射率Fig．2 Ultraviolet transmittance of silicone／titaniumdioxide composites

從圖2可以看出，二氧化鈦的數(shù)量和形狀會(huì)影響復(fù)合材料的紫外線穿透性。隨著復(fù)合材料中二氧化鈦含量的增加，紫外線的穿透能力下降。由于二氧化鈦對(duì)紫外線的吸收性能，復(fù)合材料中紫外線的穿透能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于純有機(jī)硅的穿透能力。2 8 0 nm的UV紫外線（280～315 nm）在復(fù)合材料中的透射率低于1%。320 nm的UV紫外線（315～400 nm）在復(fù)合材料中的透射率為0．02%～4%，400 nm的UV紫外線在復(fù)合材料中的透射率為2%～43%。760 nm可見光（400～760 nm）在純有機(jī)硅中的透射率為88%，在不同摩爾比（1／1．5／1和1／2．5／1）復(fù)合材料中的透射率分別為20%～62%和63%～80%。從摩爾比為1／1．5／1溶液中得到的復(fù)合材料顯示出更高的紫外線吸收性能。原因是因?yàn)楦叩囊阴ｕズ恳种屏怂夂退亩』扁佀狨サ姆磻?yīng)濃度。因此，添加1 mol醋酸酯有助于二氧化鈦顆粒的形成，能更好地阻止紫外線的透過。

2．3 彈性性能分析

從表1可以看出，二氧化鈦乳液的存在增加了有機(jī)硅彈性體的最大應(yīng)力，但減小了彈性強(qiáng)力和模量。這是因?yàn)槿橐褐卸趸伻苣z的存在，增加了基體的柔軟性，因此模量減小，應(yīng)力增加。

表1 有機(jī)硅／二氧化鈦復(fù)合材料的彈性性能Tab．1 Elastic properties of silicone／titaniumdioxide composites

3 結(jié)論

（1）有機(jī)硅彈性體／二氧化鈦復(fù)合材料具有良好的抗紫外線和避免可見光照射性能。但二氧化鈦溶液摩爾比為1／1．5／1時(shí)，復(fù)合材料的紫外線透射性比摩爾比為1／2．5／1下制備復(fù)合材料的透射性要小，但都遠(yuǎn)小于純有機(jī)硅彈性體；

（2）有機(jī)硅彈性體／二氧化鈦復(fù)合材料展現(xiàn)了更低的彈性強(qiáng)力和模量，但二氧化鈦溶液摩爾比為1／1．5／1時(shí)制備的復(fù)合材料更低；

（3）制備的有機(jī)硅／二氧化鈦復(fù)合材料可被用作有機(jī)硅的連接體，在治療傷疤的過程中可有效抵抗紫外線。

［1］ 吳大城，杜仲良，高緒珊．納米纖維［M］．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003：15－17．

［2］ 劉吉平，田 軍．紡織科學(xué)中的納米技術(shù)［M］．北京：中國(guó)紡織出版社，2003：2－3．

［3］ W Sanchez，N Hynard，J Evans，et al．The Identification of Mobile Species from Silicone Gels Used in Burns Scar Remediation［J］．Silicon Chem，2003，2（1／2）：1－10．

［4］ 萬 震，劉 篙，李克讓．防紫外線織物的最新研究進(jìn)展［J］．印染，2001，21（1）：42－44．Zhen Wan，Gao Liu，Kerang Li．Latest Research on Ultraviolet Protective Fabric［J］．Dyeing and Finishing，2001，21（1）：42－44．

［5］ 汪亞輝．ZnO，TiO2，ZnO／TiO2復(fù)合粉體的制備及紫外－可見吸收性能的研究［D］．大連：大連交通大學(xué)材料學(xué)院，2009．

［6］ Jiangpeng Zou，Long Jiang．Studies on UV－stability of Poly（MMA－co－M12－co－BPMA）／TiO2Composite Particles Prepared by Ultrasonically Initiated Emulsion Polymerization［J］．Polymers for Advanced Technologies，2010，21（8）：598－605．