有机硅／二氧化钛复合材料的制备及抗紫外线性能分析

单小红，赵春丽

（新疆大学艺术设计学院，新疆 乌鲁木齐830046）

0 前言

太阳光线中的紫外线（UV）是对人体有益的，可促进维生素D的合成，促进骨骼组织发育，有利于身体健康。但同时，地球表面也充满着过多的有害紫外线辐射。现代科学研究已经证明，过度的曝晒和过多的受紫外线辐射是有害的［1］。因此，自20世纪90年代初以来，国外对材料屏蔽紫外线的功能展开了研究，许多抗紫外线材料相继开发上市［2］。

有机硅弹性体在医疗设备中应用广泛，由于其长期的稳定性、生物相容性以及高的气体渗透性而作为连接体。有机硅弹性体作为连接体，应用在瘢痕瘤和瘢痕肥大的治疗中，有减少瘢痕的红色能力。此外，它是非扩散性的，治疗作用显著而没有任何明显的副作用。疤痕对抗紫外线辐射的能力更小，将伤疤尤其是新伤疤暴露在UV下，会影响治疗耐久性。因为UV能增加黑色素，从而使伤疤加黑。有机硅弹性体高度的透明性有助于太阳光照射到皮肤上［3］，因此，本文的目的是开发含有二氧化钛（具有紫外线衰减作用）的有机硅弹性体薄片材料，乳液形式的二氧化钛可以混合在有机硅弹性体中，保持有机弹性复合材料的透明性。

所谓的防紫外线是在纤维或材料中添加抗紫外线添加剂或在材料的表面涂覆抗紫外线剂，以阻碍紫外线直接与皮肤接触［4］。在纤维和材料中添加的屏蔽紫外线的物质主要有两大类：一类是起反射紫外线作用的物质，称为紫外线屏蔽剂，通常选用一些金属氧化物的粉体，如二氧化钛等［5］；另一类是指对紫外光有强烈的选择性吸收、并能进行能量转换而减少其透过量的物质，称为紫外线吸收剂，通常是一些无机材料和一些有机化合物，吸收剂在吸收紫外线的能量后，转变为活性异构体，随之以光和热的形式释放这些能量恢复原分子结构［6］。

本文在有机硅弹性体中添加不同含量的二氧化钛，制备有机硅／二氧化钛复合材料，并通过紫外线光谱扫描仪测试复合材料的抗紫外线效果。

1 实验部分

1．1 主要原料

四丁基直钛酸酯，NDZ－105，南京曙光硅烷化工有限公司；

乙酰丙酮，亿昌化工有限公司；

棕榈叶油，广州和博香料有限公司；

有机硅弹性体，浙江创基有机硅材料有限公司。

1．2 主要设备及仪器

扫描电子显微镜，JSM－6610A，日本岛津公司；

紫外线光谱扫描仪，UV754N，上海圣科仪器设备有限公司；

拉伸强力测试机，扬州道纯试验机械厂。

1．3 样品制备

将四丁基直钛酸酯、乙酰丙酮和水混合反应，得到白色或黄色的透明溶液。三者的摩尔比值为1／1．5／1和1／2．5／1。再将溶液与棕榈叶油混合，体积比为1／5，得到二氧化钛乳液，并加热直到有泡的气体消失；

有机硅弹性体／二氧化钛复合材料的制备：将二氧化钛乳液和有机硅弹性体混合，二氧化钛乳液的含量为0．05%～0．10%，搅拌混合液，可以得到单一的产品。为了去除混合反应中的气泡，可以用气体吸收器。然后，将混合液倒入不锈钢的模具里，在150℃下压制成型，可以得到有机硅／二氧化钛复合材料薄片，厚度为0．8 mm。

1．4 性能测试与结构表征

采用扫描电子显微镜观察复合材料的表面结构，表面附着金色涂层；

采用紫外线光谱扫描仪分光仪记录复合材料在200～800 nm波长下的紫外线照射情况；

采用拉伸强力测试机按照ASTMD412测试复合材料的弹性性能，将样品剪切成哑铃形，拉伸速率为500 mm／min。

2 结果与讨论

2．1 SEM分析

从图1可以看出，在有机硅／二氧化钛复合材料中有二氧化钛颗粒的存在，颗粒大小为400～600 nm。

图1 有机硅／二氧化钛复合材料的SEM照片Fig．1 SEMmicrograph for silicone／titaniumdioxide composites

2．2 紫外分析

图2 有机硅／二氧化钛复合材料的紫外线透射率Fig．2 Ultraviolet transmittance of silicone／titaniumdioxide composites

从图2可以看出，二氧化钛的数量和形状会影响复合材料的紫外线穿透性。随着复合材料中二氧化钛含量的增加，紫外线的穿透能力下降。由于二氧化钛对紫外线的吸收性能，复合材料中紫外线的穿透能力远远低于纯有机硅的穿透能力。2 8 0 nm的UV紫外线（280～315 nm）在复合材料中的透射率低于1%。320 nm的UV紫外线（315～400 nm）在复合材料中的透射率为0．02%～4%，400 nm的UV紫外线在复合材料中的透射率为2%～43%。760 nm可见光（400～760 nm）在纯有机硅中的透射率为88%，在不同摩尔比（1／1．5／1和1／2．5／1）复合材料中的透射率分别为20%～62%和63%～80%。从摩尔比为1／1．5／1溶液中得到的复合材料显示出更高的紫外线吸收性能。原因是因为更高的乙酰酯含量抑制了水解和四丁基直钛酸酯的反应浓度。因此，添加1 mol醋酸酯有助于二氧化钛颗粒的形成，能更好地阻止紫外线的透过。

2．3 弹性性能分析

从表1可以看出，二氧化钛乳液的存在增加了有机硅弹性体的最大应力，但减小了弹性强力和模量。这是因为乳液中二氧化钛溶胶的存在，增加了基体的柔软性，因此模量减小，应力增加。

表1 有机硅／二氧化钛复合材料的弹性性能Tab．1 Elastic properties of silicone／titaniumdioxide composites

3 结论

（1）有机硅弹性体／二氧化钛复合材料具有良好的抗紫外线和避免可见光照射性能。但二氧化钛溶液摩尔比为1／1．5／1时，复合材料的紫外线透射性比摩尔比为1／2．5／1下制备复合材料的透射性要小，但都远小于纯有机硅弹性体；

（2）有机硅弹性体／二氧化钛复合材料展现了更低的弹性强力和模量，但二氧化钛溶液摩尔比为1／1．5／1时制备的复合材料更低；

（3）制备的有机硅／二氧化钛复合材料可被用作有机硅的连接体，在治疗伤疤的过程中可有效抵抗紫外线。

［1］ 吴大城，杜仲良，高绪珊．纳米纤维［M］．北京：化学工业出版社，2003：15－17．

［2］ 刘吉平，田 军．纺织科学中的纳米技术［M］．北京：中国纺织出版社，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］ 万 震，刘 篙，李克让．防紫外线织物的最新研究进展［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］ 汪亚辉．ZnO，TiO2，ZnO／TiO2复合粉体的制备及紫外－可见吸收性能的研究［D］．大连：大连交通大学材料学院，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．