基于紫外屏蔽性能的云母/MnO2/TiO2复合半导体微米片的制备及在聚丙烯中的应用

doi:10.7503/cjcu20220071

摘要/Abstract

摘要：

为改善聚丙烯(PP)的抗老化性能, 采用化学液相沉积法合成了云母/MnO₂/TiO₂复合半导体微米片, 并通过物理共混法将微米片引入PP中. 利用扫描电子显微镜(SEM)、 X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪、紫外-可见漫反射光谱仪(UV-Vis DRS)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)及电子万能试验机等考察了二氧化钛(TiO₂)负载量、二氧化锰(MnO₂)添加量及pH等条件对微米片形貌、晶体结构及紫外屏蔽性能的影响, 并研究了微米片对PP的抗老化改性效果. 结果表明, 控制MnO₂添加量为2.0%、 TiO₂负载量为20%、 pH值为1.6时, 可以诱导微米片中的TiO₂由锐钛矿型向金红石型转变, 微米片包覆状态佳、紫外屏蔽性能优异. 紫外老化27 d后, 与纯PP相比, 经复合半导体微米片改性后的PP产生的C=O数量减少, 表面形貌保持度较高; 其拉伸强度保持率提升38%, 抗紫外老化性能显著提高.

关键词: 云母/MnO₂/TiO₂;, 液相沉积;, 紫外屏蔽；, 聚丙烯

Abstract:

In order to improve the aging resistance of polypropylene（PP）， Mica/MnO₂/TiO₂ composite semiconductor microsheet was synthesized by chemical liquid deposition method. Then， the microsheets were introduced into PP by physical blending method. The morphology， crystal structure and UV absorption properties were characterized by scanning electron microscopy（SEM）， X-ray diffraction（XRD）， Raman spectroscopy（RS）， UV-Vis diffuse reflection spectroscopy（UV-Vis DRS） and electronic universal testing. The influence of TiO₂contents， concentrations of MnO₂ and pH values on the morphology structure， UV shielding performance of microsheet and the anti-aging modification effect of the microsheet on PP were investigated. The results showed that the crystal type of TiO₂ in the microsheet could be transformed from anatase to rutile when the addition level of MnO₂ was 2.0%， the supporting amount of TiO₂ was 20%， and the pH value was 1.6. The microsheet had good coating condition and excellent UV shield performance. Compared with pure PP， after UV aging for 27 d， the amount of C=O produced by PP modified by composite semiconductor microsheet decreased， the surface morphology retention was higher. The UV aging resistance was significantly improved with a 38% increasing tensile strength retention rate.

Key words: Mica/MnO₂/TiO₂, Liquid phase deposition, UV shielding, Polypropylene

中图分类号:

O631

TrendMD:

姜胜寒, 曹长林, 肖荔人, 杨唐, 钱庆荣, 陈庆华. 基于紫外屏蔽性能的云母/MnO₂/TiO₂复合半导体微米片的制备及在聚丙烯中的应用. 高等学校化学学报, 2022, 43(8): 20220071.

JIANG Shenghan, CAO Changlin, XIAO Liren, YANG Tang, QIAN Qingrong, CHEN Qinghua. Preparation of Composite Semiconductor Micro-sheets with UV Shielding Performance and Its Application in Polypropylene. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(8): 20220071.

图/表 12

Fig.1 SEM images of Mica/MnO2/TiO2 with various concentrations of MnO2w（MnO2）（%）：（A） 1.0；（B） 1.5；（C） 2.0；（D） 2.5.

Fig.2 XRD patterns of Mica/MnO2/TiO2 with various concentrations of MnO2w（MnO2）（%）： a. 0； b. 1.0； c. 1.5； d. 2.0； e. 2.5.

Fig.3 UV?Vis absorption spectra of Mica/MnO2/TiO2 with various concentrations of MnO2w（MnO2）（%）： a. 0； b. 1.0； c. 1.5； d. 2.0； e. 2.5. f. TiO2.

Fig.4 SEM images of Mica/MnO2/TiO2 with various loading amounts of TiO2w（TiO2）（%）：（A） 0；（B） 20；（C） 10；（D） 15；（E） 20；（F） 25.

Fig.5 Raman spectra of Mica/MnO2/TiO2 with various loading amounts of TiO2w（TiO2）（%）： a. 10； b. 15； c. 20； d. 25.

Fig.6 UV?Vis absorption spectra of Mica/MnO2/TiO2 with various loading amounts of TiO2w（TiO2）（%）： a. 0； b. 10； c. 15； d. 20； e. 25； f. TiO2.

Fig.7 SEM images of Mica/MnO2/TiO2 with various loading amounts of TiO2 at different pH valuespH：（A） 0.8；（B） 1.2；（C） 1.6；（D） 2.0；（E） 2.4.

Fig.8 XRD patterns of Mica/MnO2/TiO2 atdifferent pHpH： a. 0.8； b. 1.2； c. 1.6； d. 2.0； e. 2.4.

Fig.9 UV?Vis absorption spectra of Mica/MnO2/TiO2 at different pHpH： a. 0.8； b. 1.2； c. 1.6； d. 2.0； e. 2.4. f. TiO2.

Fig.10 FTIR spectra of PP(a), P?T(b) and P?M?T(c) after aging

Fig.11 SEM images of PP(A, D), P?T(B, E) and P?M?T(C, F) before(A—C) and after(D—F) aging

Fig.12 Tensile strength of PP(a), P?T(b) and P?M?T(c) after different irradiation time

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基于紫外屏蔽性能的云母/MnO₂/TiO₂复合半导体微米片的制备及在聚丙烯中的应用

Preparation of Composite Semiconductor Micro-sheets with UV Shielding Performance and Its Application in Polypropylene

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