一種超分子結(jié)構(gòu)對(duì)硝基苯酚或其異構(gòu)體插層紫外阻隔材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明屬于無機(jī)功能材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種超分子結(jié)構(gòu)對(duì)硝基苯酚或其異 構(gòu)體插層紫外阻隔材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】：
[0002] 環(huán)境污染帶來紫外線的大幅度增加，因紫外線所產(chǎn)生的光化學(xué)作用和生物學(xué)效應(yīng) 十分顯著，引起瀝青以及其他高分子聚合材料老化，致使其性能降低，粘度增加，軟化點(diǎn)升 高，因此有必要研宄高效的抗紫外添加劑。對(duì)硝基苯酷的英文名稱為p-nitrophenol，簡(jiǎn)寫 為PNP，在220~400nm波段具有一定紫外吸收性能，外觀為淺黃色結(jié)晶體，室溫下微溶于 水，溶于NaOH溶液中，可用作溶液pH指示劑。PNP在較高溫度下易升華，這樣限制了其應(yīng)用 范圍和使用效果。
[0003] 水滑石（LayeredDoubleHydroxides，簡(jiǎn)寫為L(zhǎng)DHs)是一類重要的新型無機(jī)功能 材料，利用水滑石具有的插層組裝性能和良好的光熱穩(wěn)定性，將其作為添加劑或載體具有 很高的應(yīng)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種超分子結(jié)構(gòu)對(duì)硝基苯酚或其異構(gòu)體插層紫外阻隔材料 及其制備方法。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：以硝酸根插層鎂鋁水滑石為前體，采用離子交換法將對(duì)硝 基苯酚或其異構(gòu)體插入到硝酸根插層鎂鋁水滑石前體層間，組裝得到晶相結(jié)構(gòu)良好、性能 優(yōu)異的對(duì)硝基苯酚插層鎂鋁水滑石。
[0006] 本發(fā)明所述的超分子結(jié)構(gòu)對(duì)硝基苯酚或其異構(gòu)體插層紫外阻隔材料，其化 學(xué)式為?mH20,其中X是Al37(Mg2++Al3+)物質(zhì)的量之比， 0. 29<x<0. 40;m為層間結(jié)晶水分子數(shù)，0. 9<m<1. 3 ;A2^為對(duì)硝基苯酷或其異構(gòu)體離 子。
[0007] 本發(fā)明所述的超分子結(jié)構(gòu)對(duì)硝基苯酚或其異構(gòu)體插層紫外阻隔材料具體制備步 驟為：
[0008] A.配制濃度為0. 02-0. 2mol/L的硝酸根插層鎂鋁水滑石前體懸浮液；
[0009]B.將對(duì)硝基苯酚或其異構(gòu)體溶于除去C02的去離子水中配制成濃度為0? 04-0. 4mol/L的溶液，用NaOH調(diào)節(jié)溶液pH值為11-12 ;
[0010] C.在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將步驟B的溶液加入到步驟A的懸浮液中快速混合，對(duì)硝基苯酚 或其異構(gòu)體與硝酸根插層鎂鋁水滑石前體中硝酸根摩爾數(shù)比為（1-4) :1，氮?dú)獗Ｗo(hù)下，快速 攪拌，在60-100°C溫度下，優(yōu)選70-85°C，晶化8-10小時(shí)，過濾、洗滌，干燥得到超分子結(jié)構(gòu) 對(duì)硝基苯酚或其異構(gòu)體插層紫外阻隔材料。
[0011] 所述的硝酸根插層鎂鋁水滑石前體的結(jié)構(gòu)式為[Mf+hAf+JOHUlNCUx?mH20， 其中X是Al37 (Mg2++Al3+)物質(zhì)的量之比，0. 29彡X彡0. 36 ;m為層間結(jié)晶水分子數(shù)， 0? 5 <m< 10
[0012] 上述制備得到的超分子結(jié)構(gòu)對(duì)硝基苯酚或其異構(gòu)體插層紫外阻隔材料作為瀝青 紫外阻隔劑的應(yīng)用。
[0013] 本發(fā)明的有益效果是：
[0014] 1.本發(fā)明將對(duì)硝基苯酚或其異構(gòu)體陰離子插入水滑石層間，利用水滑石特有的空 間限域作用，使對(duì)硝基苯酚或其異構(gòu)體在水滑石層間的構(gòu)象發(fā)生變化，建立全分子的大共 軛體系，共軛性的增加使得對(duì)硝基苯酚或其異構(gòu)體對(duì)紫外線的吸收作用得到一定程度的增 強(qiáng)，擴(kuò)大了吸收范圍，產(chǎn)生優(yōu)異的紫外吸收性能，結(jié)合水滑石層板本身的紫外屏蔽性能，使 該材料具有優(yōu)異的紫外阻隔性能；
[0015] 2.本發(fā)明首次插層制備得到了層間陰離子為二價(jià)的對(duì)硝基苯酚插層水滑石材料， 且對(duì)硝基苯酚價(jià)格低于通常的紫外吸收劑，這為大規(guī)模應(yīng)用提供了可能；
[0016] 3.本發(fā)明制備的超分子結(jié)構(gòu)對(duì)硝基苯酚或其異構(gòu)體插層紫外阻隔材料對(duì) 220-400nm波段的紫外阻隔率高于95%，具有優(yōu)良的紫外阻隔性能。同時(shí)插層后，將客體的 分解溫度從158°C提升到301°C，產(chǎn)物具有較高的熱穩(wěn)定性，拓展了紫外線阻隔劑的范圍；
[0017] 4.用本發(fā)明制備的超分子結(jié)構(gòu)對(duì)硝基苯酚或其異構(gòu)體插層紫外阻隔材料作為瀝 青的添加劑可使其抗紫外老化的能力大幅度提高，延長(zhǎng)瀝青使用壽命。
【附圖說明】
[0018] 圖1為實(shí)施例1制備的MgAl-PNP-LDHs的XRD譜圖。
[0019] 圖2為對(duì)硝基苯酚的TG-DTA譜圖。
[0020] 圖3為實(shí)施例1制備的MgAl-PNP-LDHs的TG-DTA譜圖。
[0021] 圖4為實(shí)施例1的紫外反射譜圖，其中：a是硝酸根插層鎂鋁水滑石前體，b是對(duì)硝 基苯酚，c是MgAl-PNP-LDHs。
[0022] 圖5為實(shí)施例4的紫外反射譜圖，其中：a是鄰硝基苯酚，b是MgAl-ONP-LDHs。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 實(shí)施例1 :
[0024]步驟A:將 30. 72g(0. 12mol)的固體Mg(N03)2 ? 6H20 和 22. 51g(0. 06mol)的固體 A1 (N03) 3.9H20,溶于除C02的去離子水中，配制成150mL的混合鹽溶液；稱取14. 4g的NaOH， 溶于除C02去離子水中，配成150mL堿溶液；室溫下將兩種溶液以相同的流速加入旋轉(zhuǎn)膜反 應(yīng)器中快速成核，將得到的漿液移至500mL燒瓶，80°C晶化8小時(shí)，離心洗滌，至pH約為7， 60°C干燥12小時(shí)，得到硝酸根插層鎂鋁水滑石前體，其結(jié)構(gòu)式為Mga64Ala36 (OH) 2 (N(V) a36 ? 0. 9H20 ；
[0025] 取上述產(chǎn)物22. 81g(0.OlmolNOf)在三口燒瓶中用除C02的去離子水超聲分散，配 制成75mL懸浮液；
[0026] 步驟B :稱取1. 39g(0.Olmol)對(duì)硝基苯酚溶于75mL除C02的去離子水中，快速攪 拌條件下加入約〇. 〇3gNaOH，調(diào)節(jié)溶液pH值為11-12;
[0027]步驟C :在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將步驟B的溶液加入到步驟A的懸浮液中快速混合，硝酸 根插層鎂鋁水滑石前體中硝酸根與對(duì)硝基苯酚摩爾比為1: 1，在85°C下晶化8小時(shí)，離心分 離，用除C02的去離子水洗滌至pH約為7,60°C干燥12小時(shí)，得到超分子結(jié)構(gòu)對(duì)硝基苯酚插 層紫外阻隔材料，記為MgAl-PNP-LDHs。
[0028] 將得到的產(chǎn)品進(jìn)行XRD、IR、元素分析等表征得出其化學(xué)式為Mg^AluJOHWO a2Q?0. 9H20,A2^為對(duì)硝基苯酚陰離子。
[0029]通過X射線粉末衍射（XRD)、紅外（IR)、元素分析表征，顯示對(duì)硝基苯酚陰離子已 組裝進(jìn)了水滑石層間并發(fā)生了構(gòu)象變化。對(duì)其進(jìn)行的熱重差熱分析（TG-DTA)結(jié)果見圖2、 圖3,結(jié)果表明其插層產(chǎn)物的初始分解溫度為301°C，比PNP的初始分解溫度有很大提高。用 紫外可見分析方法測(cè)定的紫外反射曲線見圖3,由圖3看出其對(duì)220-400波段范圍的紫外線 阻隔率高于95%。
[0030] 按添加3wt%分別制成PNP/BN、MgAl-PNP-LDHs/BN樣品模及純BN(瀝青） 樣品模。在紫外加速老化箱中對(duì)樣品模照射4天后，分別測(cè)照射前后3個(gè)樣品的粘 度和軟化點(diǎn)。純BN老化前后的120°C粘度由0.860Pa，s增加到1. 190Pa，s，粘度
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種超分子結(jié)構(gòu)對(duì)硝基苯酚或其異構(gòu)體插層紫外阻隔材料，其特征在于，其化 學(xué)式為[Mg'-xAPjOHhrW-U?mH20,其中X是Al37(Mg2++Al3+)物質(zhì)的量之比， 0. 29 <X< 0. 40 ;m為層間結(jié)晶水分子數(shù)，0. 9 <m<I. 3 ;A2^為對(duì)硝基苯酷或其異構(gòu)體離 子。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超分子結(jié)構(gòu)對(duì)硝基苯酚或其異構(gòu)體插層紫外阻隔材料的制 備方法，其特征在于，其具體制備步驟為： A. 配制濃度為0. 02-0. 2mol/L的硝酸根插層鎂鋁水滑石前體懸浮液； B. 將對(duì)硝基苯酚或其異構(gòu)體溶于除去CO2的去離子水中配制成濃度為0. 04-0. 4mol/L 的溶液，用NaOH調(diào)節(jié)溶液pH值為11-12 ; C. 在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將步驟B的溶液加入到步驟A的懸浮液中快速混合，對(duì)硝基苯酚或 其異構(gòu)體與硝酸根插層鎂鋁水滑石前體中硝酸根摩爾數(shù)比為（1-4) :1，氮?dú)獗Ｗo(hù)下，快速攪 拌，在60-100°C溫度下，優(yōu)選70-85°C，晶化8-10小時(shí)，過濾、洗滌，干燥得到超分子結(jié)構(gòu)對(duì) 硝基苯酚或其異構(gòu)體插層紫外阻隔材料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述的硝酸根插層鎂鋁水滑石前體 的結(jié)構(gòu)式為D^+hAl^OlDWNCV), ?mH20,其中X是Al37(Mg2++Al3+)物質(zhì)的量之比， 0? 29 <X< 0? 36;m為層間結(jié)晶水分子數(shù)，0? 5 <m< 1。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法制備得到的超分子結(jié)構(gòu)對(duì)硝基苯酚或其異構(gòu)體插層 紫外阻隔材料作為瀝青紫外阻隔劑的應(yīng)用。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超分子結(jié)構(gòu)對(duì)硝基苯酚或其異構(gòu)體插層紫外阻隔材料及其制備方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是：采用離子交換法將對(duì)硝基苯酚或其異構(gòu)體分子插入到硝酸根插層鎂鋁水滑石前體層間，組裝得到晶相結(jié)構(gòu)良好、性能優(yōu)異的對(duì)硝基苯酚或其異構(gòu)體插層鎂鋁水滑石。本發(fā)明制備的超分子結(jié)構(gòu)對(duì)硝基苯酚或其異構(gòu)體插層紫外阻隔材料對(duì)220-400nm波段的紫外阻隔率高于95％，具有優(yōu)良的紫外阻隔性能，拓展了紫外線阻隔劑的范圍；該材料的熱穩(wěn)定性好，初始分解溫度提高到了301℃，是一種優(yōu)良的光熱穩(wěn)定劑；用本發(fā)明制備的超分子結(jié)構(gòu)對(duì)硝基苯酚或其異構(gòu)體插層紫外阻隔材料作為瀝青、塑料、橡膠等高分子材料的添加劑可使其抗紫外老化的能力大幅度提高，延長(zhǎng)使用壽命。
【IPC分類】C08L95-00, C08K5-32
【公開號(hào)】CN104761750
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510132207
【發(fā)明人】林彥軍, 郭晉升, 吳勤, 李凱濤
【申請(qǐng)人】北京化工大學(xué)
【公開日】2015年7月8日
【申請(qǐng)日】2015年3月24日