一種聚合物復合薄膜、其制備方法及應用
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種聚合物復合薄膜，包括聚合物薄膜層和聚多巴胺層；所述聚多巴胺層的厚度≥100nm。通過簡單的、條件溫和的反應，在不同聚合物薄膜表面構筑了聚多巴胺層，最終獲得的聚合物復合薄膜具有較優(yōu)的紫外光屏蔽功能。其次，聚合物薄膜的力學性能不會受到任何負面影響，而由于聚多巴胺層極薄，最終獲得的復合薄膜比重增量較小，非常適合于航空應用領域，例如飛艇囊體材料的表面防護層等。
【專利說明】
一種聚合物復合薄膜、其制備方法及應用
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及聚合物薄膜材料及復合材料領域，尤其涉及一種聚合物復合薄膜、其 制備方法及應用。
【背景技術】
[0002] 當高分子材料暴露于戶外時，聚合物中的生色團會因吸收陽光輻射(主要是紫外 光)而激發(fā)，產生自由基，并在氧的作用下導致聚合物發(fā)生光氧化降解。該過程會導致高分 子材料發(fā)黃、變脆，最終失去使用效能，尤其對于聚合物薄膜來說，其厚度通常小于100M1， 光降解導致薄膜材料使用壽命降低的現(xiàn)象更為顯著。
[0003] 傳統(tǒng)的改善高分子材料抗光老化的方法是將聚合物與無機光屏蔽劑(Ti02、Zn0) 共混，得到包含聚合物與無機光屏蔽劑的聚合物薄膜;或者是將聚合物與有機紫外吸收劑 共混，得到包含聚合物與有機紫外吸收劑的聚合物薄膜。然而，這兩種聚合物薄膜都具有明 顯的且難以克服的缺點，那就是，采用共混方法將無機光屏蔽劑或有機紫外吸收劑與聚合 物共混，使得材料表層的聚合物仍然暴露在紫外光的直接輻照下，老化降解仍然會在材料 表面較快發(fā)生，并逐漸向內部發(fā)展，從而導致聚合物薄膜的紫外光屏蔽功能較差。同時，對 于包含聚合物與有機紫外吸收劑的聚合物薄膜來說，由于有機紫外吸收劑多為小分子，隨 著使用時間的增加，有機紫外吸收劑在加工、使用過程中會出現(xiàn)迀移逐漸流失現(xiàn)象，迀移流 失使得紫外吸收功能衰減更為嚴重，紫外光屏蔽功能明顯降低。而對于包含聚合物與無機 光屏蔽劑的聚合物薄膜來說，由于無機粒子的團聚或與聚合物相容性的差異，使得這種薄 膜的力學性能衰減非常嚴重;而無機光屏蔽劑的比重大，使得最終制得的薄膜比重較大，不 利于應用于對薄膜重量要求苛刻的航空領域，例如飛艇蒙皮防護層等。

【發(fā)明內容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術問題在于提供一種聚合物復合薄膜、其制備方法 及應用，本發(fā)明提供的聚合物復合薄膜具有優(yōu)良的紫外光屏蔽功能。
[0005] 本發(fā)明提供了一種聚合物復合薄膜，包括聚合物薄膜層和聚多巴胺層；
[0006]所述聚多巴胺層的厚度2 100nm〇
[0007] 優(yōu)選的，所述聚合物薄膜層的材質選自聚偏氟乙烯、熱塑性聚氨酯、聚偏氯乙烯、 聚氯乙烯、聚乙烯和聚丙烯中的一種或多種。
[0008] 本發(fā)明提供了一種上述聚合物復合薄膜的制備方法，包括以下步驟：
[0009] 將多巴胺溶液在聚合物薄膜表面進行自聚合反應，形成厚度2 100nm的聚多巴胺 層，得到所述聚合物復合薄膜。
[0010] 優(yōu)選的，所述多巴胺溶液為多巴胺和緩沖液的混合溶液。
[0011] 優(yōu)選的，所述多巴胺溶液的pH值為7.5~9。
[0012] 優(yōu)選的，所述多巴胺溶液中，多巴胺的濃度為lmg/mL~10mg/mL。
[0013]優(yōu)選的，所述自聚合反應以后，還包括熱處理。
[0014] 優(yōu)選的，所述熱處理的溫度為60 °C~100 °C。
[0015]優(yōu)選的，所述自聚合反應的溫度為20°c~45°C。
[0016] 本發(fā)明還提供了上述聚合物復合薄膜或上述的制備方法制備的聚合物復合薄膜 作為紫外光屏蔽膜的應用。
[0017] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明提供了一種聚合物復合薄膜，包括聚合物薄膜層和聚多 巴胺層;所述聚多巴胺層的厚度2 l〇〇nm。通過簡單的、條件溫和的反應，在不同聚合物薄膜 表面構筑了聚多巴胺層，最終獲得的聚合物復合薄膜具有較優(yōu)的紫外光屏蔽功能。其次，聚 合物薄膜的力學性能不會受到任何負面影響，而由于聚多巴胺層極薄，最終獲得的復合薄 膜比重增量較小，非常適合于航空應用領域，例如飛艇囊體材料的表面防護層等。實驗結果 表明，當聚多巴胺層厚度2 l〇〇nm時，由紫外分光光度計測得聚合物復合薄膜的紫外光透過 率<0.6%。同時，相比于對應的聚合物薄膜來說，本發(fā)明提供的復合薄膜重量的增加量較 少，拉伸強度變化率均較小，力學性能幾乎不會受到任何負面影響。
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發(fā)明實施例1提供的聚合物復合薄膜的紫外透過率曲線圖；
[0019] 圖2為本發(fā)明對比例1提供的聚合物復合薄膜的紫外透過率曲線圖。
【具體實施方式】
[0020] 下面將結合本發(fā)明實施例，對本發(fā)明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所 描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例， 本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā) 明保護的范圍。
[0021] 本發(fā)明提供了一種聚合物復合薄膜，包括聚合物薄膜層和聚多巴胺層；
[0022] 所述聚多巴胺層的厚度2 100nm〇
[0023] 本發(fā)明提供的聚合物薄膜層的材質選自塑料中的一種或多種，優(yōu)選為聚偏氟乙 烯、熱塑性聚氨酯、聚偏氯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯和聚丙烯中的一種或多種。
[0024]本發(fā)明提供的聚多巴胺層由多巴胺在聚合物薄膜層表面自聚合得到。聚多巴胺層 的厚度優(yōu)選為l〇〇nm~lwii。最終獲得的聚合物復合薄膜具有較優(yōu)的紫外光屏蔽功能。其次， 聚合物薄膜的力學性能不會受到任何負面影響，而由于聚多巴胺層極薄，最終獲得的復合 薄膜比重增量較小，非常適合于航空應用領域，例如飛艇囊體材料的表面防護層等。
[0025]本發(fā)明提供了一種上述聚合物復合薄膜的制備方法，包括以下步驟：
[0026]將多巴胺溶液在聚合物薄膜表面進行自聚合反應，形成厚度2 lOOnm的聚多巴胺 層，得到所述聚合物復合薄膜。
[0027]具體的，將聚合物薄膜浸入配制的多巴胺溶液中，多巴胺在所述聚合物薄膜表面 進行自聚合反應，形成聚多巴胺層，待其厚度不小于l〇〇nm時，得到的復合膜為所述聚合物 復合薄膜。
[0028]所述多巴胺溶液為多巴胺和緩沖液的混合溶液，所述多巴胺溶液中，多巴胺的濃 度為 lmg/mL ~1 Omg/mL，優(yōu)選為 lmg/mL ~5mg/mL 〇
[0029]本發(fā)明對上述緩沖液沒有特別限制，采用本領域技術人員熟知的緩沖液即可，用 來調節(jié)多巴胺溶液的pH，優(yōu)選為Tris-HCl緩沖液;多巴胺溶液的pH控制在堿性環(huán)境下，優(yōu)選 控制為7.5~9。
[0030] 本發(fā)明中，所述自聚合反應的溫度為20°C~45°C，優(yōu)選為30°C~45°C。
[0031]自聚合反應之后，本發(fā)明優(yōu)選將得到的復合膜進行熱處理，形成厚度2 l〇〇nm的聚 多巴胺層，從而得到聚合物復合薄膜。
[0032]本發(fā)明中，所述熱處理的作用在于，烘干得到的復合膜。本發(fā)明對所述熱處理的方 式沒有特殊限定，可以選用本領域技術人員熟知的各種熱處理方式即可，優(yōu)選采用烘箱進 行烘干。所述熱處理優(yōu)選在空氣氛圍中進行;所述熱處理的溫度為60°C~100°C，優(yōu)選為80 °(：~100°(：，更優(yōu)選為100°(：。所述熱處理的時間為2~30111111，優(yōu)選為3~10111111。
[0033]上述聚合物薄膜層的材質以及聚多巴胺層的厚度同上，在此不再贅述。
[0034]得到聚合物復合薄膜后，本發(fā)明采用紫外分光光度計，對所述聚合物復合薄膜的 紫外透過率進行檢測。實驗結果表明，本發(fā)明提供的聚合物復合薄膜的紫外光透過率< 0.6%，紫外透過率較低，紫外光屏蔽功能較優(yōu)。同時，對聚合物復合薄膜相比于對應的聚合 物薄膜的重量增加量和拉伸強度變化率進行了檢測，實驗結果表明，相比于對應的聚合物 薄膜來說，本發(fā)明提供的復合薄膜重量的增加量較少，因而，非常適合于航空應用領域，例 如飛艇囊體材料的表面防護層等;并且，拉伸強度變化率均較小，力學性能幾乎不會受到任 何負面影響。
[0035]本發(fā)明還提供了上述聚合物復合薄膜或上述制備方法制備的聚合物復合膜薄作 為紫外光屏蔽膜的應用。本
【申請人】研究發(fā)現(xiàn)，多巴胺的聚合物具有高效的紫外吸收性能和 抗氧化性能，將其與聚合物薄膜復合，在所述聚多巴胺層的厚度2 l〇〇nm時，得到的聚合物 復合薄膜具有較優(yōu)的紫外光屏蔽功能，因而，請求保護上述聚合物復合薄膜或上述制備方 法制備的聚合物復合膜薄作為紫外光屏蔽膜的應用。其次，聚合物薄膜的力學性能不會受 到任何負面影響，而由于聚多巴胺層極薄，最終獲得的復合薄膜比重增量較小，非常適合于 航空應用領域，例如飛艇囊體材料的表面防護層等。實驗結果表明，本發(fā)明提供的聚合物復 合薄膜的紫外光透過率<〇. 6%，紫外透過率較低，紫外光屏蔽功能較優(yōu)。
[0036]為了進一步說明本發(fā)明，下面結合實施例對本發(fā)明提供的聚合物復合薄膜、其制 備方法及應用進行詳細地描述，但不能將它們理解為對本發(fā)明保護范圍的限定。
[0037] 實施例1
[0038]將聚偏氟乙烯薄膜浸入多巴胺和Tris-HCl緩沖液的混合溶液中反應，控制多巴胺 的濃度為2mg/mL，混合溶液的pH為8.5,反應的溫度為30°C，形成聚多巴胺層以后，將得到的 復合膜在空氣氛圍中，用烘箱進行烘干，烘干的溫度為80°C，烘干的時間為lOmin，從而得到 聚合物復合薄膜，通過橢偏儀測試，最終形成的聚多巴胺層厚度為150nm。
[0039] 得到聚合物復合薄膜后，采用紫外分光光度計，對上述聚合物復合薄膜的紫外透 過率進行檢測，結果參見圖1。結果表明，在200nm~400nm波長處，隨著波長的增加，紫外光 透過率整體呈上升趨勢，在250nm處的紫外光透過率明顯小于0.1 %，在400nm處時達到最大 值0.56%。
[0040] 同時，對聚合物復合薄膜相比于對應的聚合物薄膜的重量增加量和拉伸強度變化 率進行了檢測。結果參見表1。
[0041 ] 實施例2
[0042]將聚偏氟乙烯薄膜浸入多巴胺和Tris-HCl緩沖液的混合溶液中反應，控制多巴胺 的濃度為3mg/mL，混合溶液的pH為8.5,反應的溫度為35°C，形成聚多巴胺層以后，將得到的 復合膜在空氣氛圍中，用烘箱進行烘干，烘干的溫度為80°C，烘干的時間為lOmin，從而得到 聚合物復合薄膜，通過橢偏儀測試，最終形成的聚多巴胺層厚度為lOOnm。
[0043]得到聚合物復合薄膜后，采用紫外分光光度計，對上述聚合物復合薄膜的紫外透 過率進行檢測，結果表明，在200nm~400nm波長處，隨著波長的增加，紫外光透過率整體呈 上升趨勢，在400nm處時達到最大值0.56 %。
[0044] 同時，對聚合物復合薄膜相比于對應的聚合物薄膜的重量增加量和拉伸強度變化 率進行了檢測。結果參見表1。
[0045] 實施例3
[0046]將熱塑性聚氨酯薄膜浸入多巴胺和Tri s-HCl緩沖液的混合溶液中反應，控制多巴 胺的濃度為5mg/mL，混合溶液的pH為9,反應的溫度為45°C，形成聚多巴胺層以后，將得到的 復合膜在空氣氛圍中，用烘箱進行烘干，烘干的溫度為100°C，烘干的時間為3min，從而得到 聚合物復合薄膜，通過橢偏儀測試，最終形成的聚多巴胺層厚度為400nm。
[0047] 得到聚合物復合薄膜后，采用紫外分光光度計，對上述聚合物復合薄膜的紫外透 過率進行檢測，結果表明，在200nm~400nm波長處，隨著波長的增加，紫外光透過率整體呈 上升趨勢，在400nm處時達到最大值0 ? 2 % 〇
[0048] 同時，對聚合物復合薄膜相比于對應的聚合物薄膜的重量增加量和拉伸強度變化 率進行了檢測。結果參見表1。
[0049] 實施例4
[0050] 將聚乙烯薄膜浸入多巴胺和Tris-HCl緩沖液的混合溶液中反應，控制多巴胺的濃 度為5mg/mL，混合溶液的pH為7.5,反應的溫度為25°C，形成聚多巴胺層以后，將得到的復合 膜在空氣氛圍中，用烘箱進行烘干，烘干的溫度為90°C，烘干的時間為5min，從而得到聚合 物復合薄膜，通過橢偏儀測試，最終形成的聚多巴胺層厚度為220nm。
[0051 ]得到聚合物復合薄膜后，采用紫外分光光度計，對上述聚合物復合薄膜的紫外透 過率進行檢測，結果表明，在200nm~400nm波長處，隨著波長的增加，紫外光透過率整體呈 上升趨勢，在400nm處時達到最大值0.42 %。
[0052] 同時，對聚合物復合薄膜相比于對應的聚合物薄膜的重量增加量和拉伸強度變化 率進行了檢測。結果參見表1。
[0053] 實施例5
[0054]將聚丙烯薄膜浸入多巴胺和Tris-HCl緩沖液的混合溶液中反應，控制多巴胺的濃 度為4mg/mL，混合溶液的pH為8.0,反應的溫度為20°C，形成聚多巴胺層以后，將得到的復合 膜在空氣氛圍中，用烘箱進行烘干，烘干的溫度為85°C，烘干的時間為8min，從而得到聚合 物復合薄膜，通過橢偏儀測試，最終形成的聚多巴胺層厚度為313nm。
[0055] 得到聚合物復合薄膜后，采用紫外分光光度計，對上述聚合物復合薄膜的紫外透 過率進行檢測，結果表明，在200nm~400nm波長處，隨著波長的增加，紫外光透過率整體呈 上升趨勢，在400nm處時達到最大值0.33 %。
[0056] 同時，對聚合物復合薄膜相比于對應的聚合物薄膜的重量增加量和拉伸強度變化 率進行了檢測。結果參見表1。
[0057] 實施例6
[0058]將聚氯乙烯薄膜浸入多巴胺和Tris-HCl緩沖液的混合溶液中反應，控制多巴胺的 濃度為lmg/mL，混合溶液的pH為8.0,反應的溫度為20°C，形成聚多巴胺層以后，將得到的復 合膜在空氣氛圍中，用烘箱進行烘干，烘干的溫度為95°C，烘干的時間為5min，從而得到聚 合物復合薄膜，通過橢偏儀測試，最終形成的聚多巴胺層厚度為330nm。
[0059] 得到聚合物復合薄膜后，采用紫外分光光度計，對上述聚合物復合薄膜的紫外透 過率進行檢測，結果表明，在200nm~400nm波長處，隨著波長的增加，紫外光透過率整體呈 上升趨勢，在400nm處時達到最大值0.31 %。
[0060] 同時，對聚合物復合薄膜相比于對應的聚合物薄膜的重量增加量和拉伸強度變化 率進行了檢測。結果參見表1。
[0061 ] 實施例7
[0062]將熱塑性聚氨酯薄膜浸入多巴胺和Tri s-HCl緩沖液的混合溶液中反應，控制多巴 胺的濃度為10mg/mL，混合溶液的pH為8,反應的溫度為30°C，形成聚多巴胺層以后，將得到 的復合膜在空氣氛圍中，用烘箱進行烘干，烘干的溫度為100°C，烘干的時間為3min，從而得 到聚合物復合薄膜，通過橢偏儀測試，最終形成的聚多巴胺層厚度為1M1。
[0063] 得到聚合物復合薄膜后，采用紫外分光光度計，對上述聚合物復合薄膜的紫外透 過率進行檢測，結果表明，在200nm~400nm波長處，隨著波長的增加，紫外光透過率整體呈 上升趨勢，在400nm處時達到最大值0.08 %。
[0064] 同時，對聚合物復合薄膜相比于對應的聚合物薄膜的重量增加量和拉伸強度變化 率進行了檢測。結果參見表1。
[0065] 對比例1
[0066]將聚偏氟乙烯薄膜浸入多巴胺和Tris-HCl緩沖液的混合溶液中反應，控制多巴胺 的濃度為2mg/mL，混合溶液的pH為8.0,反應的溫度為20°C，形成聚多巴胺層以后，將得到的 復合膜在空氣氛圍中，用烘箱進行烘干，烘干的溫度為100°C，烘干的時間為3min，從而得到 聚合物復合薄膜，通過橢偏儀測試，最終形成的聚多巴胺層的厚度為30nm。
[0067] 得到聚合物復合薄膜后，采用紫外分光光度計，對上述聚合物復合薄膜的紫外透 過率進行檢測，結果參見圖2。結果表明，在200nm~400nm波長處，隨著波長的增加，紫外光 透過率整體呈上升趨勢，在250nm處的紫外光透過率明顯大于10%，在400nm處時達到最大 值27.6% 〇
[0068] 同時，對聚合物復合薄膜相比于對應的聚合物薄膜的重量增加量和拉伸強度變化 率進行了檢測。結果參見表1。
[0069] 表1本發(fā)明實施例及比較例提供的復合薄膜的性能測試結果

[0072]由表1可知，本發(fā)明提供的聚合物復合薄膜的紫外光透過率<0.6%，紫外透過率 較低，紫外光屏蔽功能較優(yōu)。相比于對應的聚合物薄膜來說，本發(fā)明提供的復合薄膜重量的 增加量均較少，因而，非常適合于航空應用領域，例如飛艇囊體材料的表面防護層等;并且， 拉伸強度變化率均較小，力學性能幾乎不會受到任何負面影響。
[0073]以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。對這些實施例 的多種修改對本領域的專業(yè)技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以 在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制 于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范 圍。
【主權項】
1. 一種聚合物復合薄膜，其特征在于，包括聚合物薄膜層和聚多巴胺層； 所述聚多巴胺層的厚度2 100nm〇2. 根據(jù)權利要求1所述的聚合物復合薄膜，其特征在于，所述聚合物薄膜層的材質選自 聚偏氟乙烯、熱塑性聚氨酯、聚偏氯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯和聚丙烯中的一種或多種。3. -種聚合物復合薄膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： 將多巴胺溶液在聚合物薄膜表面進行自聚合反應，形成厚度2 lOOnm的聚多巴胺層，得 到所述聚合物復合薄膜。4. 根據(jù)權利要求3所述的聚合物復合薄膜的制備方法，其特征在于，所述多巴胺溶液為 多巴胺和緩沖液的混合溶液。5. 根據(jù)權利要求3所述的聚合物復合薄膜的制備方法，其特征在于，所述多巴胺溶液的 pH值為7.5~9 〇6. 根據(jù)權利要求4所述的聚合物復合薄膜的制備方法，其特征在于，所述多巴胺溶液 中，多巴胺的濃度為lmg/mL~10mg/mL。7. 根據(jù)權利要求3所述的聚合物復合薄膜的制備方法，其特征在于，所述自聚合反應以 后，還包括熱處理。8. 根據(jù)權利要求7所述的聚合物復合薄膜的制備方法，其特征在于，所述熱處理的溫度 為60。。~100。。。9. 根據(jù)權利要求3所述的聚合物復合薄膜的制備方法，其特征在于，所述自聚合反應的 溫度為20°C~45°C。10. 權利要求1~2任一項所述的聚合物復合薄膜或權利要求3~9任一項所述的制備方 法制備的聚合物復合薄膜作為紫外光屏蔽膜的應用。
【文檔編號】C08L23/12GK105820367SQ201610269849
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年4月27日
【發(fā)明人】熊征蓉, 楊宇明, 李同兵, 董莉, 盛德鯤, 劉向東, 孫磊, 張航
【申請人】中國科學院長春應用化學研究所