不同结构紫外线吸收剂的合成与性能研究

不同结构紫外线吸收剂的合成与性能研究

暴露于阳光下或人工光源下的塑料和纤维材料，加速彩色苍白，脆弱性，涂层因为吸收了这些材料产生的干燥和分解，而导致光分解。1测试1.1实验试剂与仪器织物:纯涤纶平纹织物;试剂:邻氨基酚、间苯二胺、浓盐酸、亚硝酸钠、醋酸钠、硫酸铜、氨水、尿素、二氯亚砜、对羟基苯乙酸、2,4-二羟基苯甲酸、壬二酸、四氢呋喃、吡啶(分析纯,国药集团化学试剂有限公司).仪器:AV400核磁共振波谱仪(瑞士布鲁克公司),XT-4双目显微熔点测试仪(上海荆和分析仪器有限公司),MB-4H8E高温染色试验机(台湾瑞比公司),UV-3310紫外可见分光光度计(日本岛津公司),Pulverisette7小型行星式高能球磨机(德国Fritsch公司),UV1000F织物紫外透过率测试仪(美国LABSPHERE公司).1.2由紫阳吸收剂合成1.2.1-甲基-5-甲基-5-羟基苯磺酸a的合成邻氨基酚重氮化:称取邻氨基酚5.45g(0.05mol)、50mL水和16.6mL质量分数为35%的浓盐酸配成溶液,加入三口瓶中,搅拌使之溶解,得到浅棕红色混合溶液并降温至0～5℃.取3.4g亚硝酸钠,用7.0mL水使其溶解,逐渐加入三口瓶中,并注意控温在0～5℃,继续搅拌30min.用淀粉碘化钾试纸检验反应终点,用尿素破坏过量的亚硝酸钠.过滤得到滤液.偶合反应:称取间苯二胺5.4g(0.05mol)、50mL水和4.4mL质量分数为35%的浓盐酸并加入三口瓶中,搅拌使其全部溶解.当温度为5～10℃时,将得到的滤液滴加进溶液中,用滴液漏斗滴加0.56g/mL醋酸钠水溶液,保持温度在5～10℃.滴加完毕后,在5～10℃反应2h,室温下反应2h,用浓氨水调pH=8,过滤.氧化成环反应:用乙二醇溶解上述过滤产物并加入到三口瓶中、取30g硫酸铜溶于70mL水中,再加入120mL浓氨水配成铜氨溶液,搅拌使反应完全.将所得的深蓝色溶液加到三口瓶中,升温至95℃反应2h后,冷却至室温.过滤,水洗至无色,得到湿滤饼.将湿滤饼加到50mL10mol/L的盐酸溶液中,搅拌反应1h,过滤水洗,再将湿滤饼悬浮于40mL水中,并用浓氨水调pH=8,然后过滤,水洗,干燥,最后用乙酸乙酯重结晶,得到紫外线吸收剂A的淡黄色固体.具体合成路线如下1.2.2酰胺化反应合成紫外线吸收剂b、d称对羟基苯乙酸5g(0.033mol)、二氯亚砜11.2g(0.094mol),置于加有冷凝管、干燥管的圆底烧瓶中,加热回流反应3h至无气体放出,然后减压蒸馏除去多余的二氯亚砜,得到对羟基苯乙酰氯,冷却.称取紫外线吸收剂A7.0g于装有干燥管的三口瓶中,并用重蒸过的无水四氢呋喃将其溶解,氮气保护,用针管将对羟基苯乙酰氯加入三口瓶中,并加入2～3mL吡啶,在常温下搅拌反应6h,将溶剂减压蒸除,然后加入50mL95%乙醇,加水使之析出沉淀,过滤,干燥,即得到目标产物紫外线吸收剂B.另外,以适量壬二酸或2,4-二羟基苯甲酸代替对羟基苯乙酸,进行上述反应可得到紫外线吸收剂C或D,结构式如下:1.3润湿分散剂的制备将蒸馏水、润湿分散剂和紫外线吸收剂搅拌均匀后,倒入球磨罐中进行充分研磨.通过一系列试验,选取合适的润湿分散剂并配合高速剪切及最佳球磨工艺,将疏水性苯并三唑类紫外线吸收剂制成稳定的水性分散液.1.4保险粉织物的制备在高温染色试验机上用浸染法对涤纶进行抗紫外线整理.在60℃、pH=4～5、浴比1∶20的条件下入染,以2℃/min升温至130℃并保温40min,然后冷却至70℃,取出织物,用2g/LNaOH和2g/L保险粉溶液在80℃、浴比1∶20的条件下还原清洗20min,然后经热水洗,冷水洗,烘干.1.5织物紫外线透过率测定紫外线吸收曲线:在紫外可见分光光度计上测定整个紫外线波段的吸光度,并形成紫外线吸收曲线;透过率:用织物紫外透过率测试仪测定;上染百分率E=(1-A2结果与讨论2.1紫外线吸收剂b、c和d的核磁共振紫外线吸收剂A、B、C和D的熔点和收率列在表1中,可见酰胺化反应的收率在71%～85%.紫外线吸收剂B、C和D的核磁共振数据列在表2中,可见所有化合物的化学位移值与结构相符,可以确证目标化合物的结构.2.2紫外线吸收剂的用量从图1可以看出,4只紫外线吸收剂在UVA(320～400nm)、UVB(280～320nm)波段都有很强的紫外吸收性.另外,在波长<280nm的UVC波段也有一定的吸收强度.说明4只紫外线吸收剂在一定程度上对涤纶织物可以起到全波段的防护.因此,将它们按上述方法整理到涤纶织物上,均可有效地提高涤纶的抗紫外线性能.A、B、C和D的最大吸收波长分别为325、351、342和379nm.图2中,紫外线吸收剂在DMF中的质量浓度与吸光度呈直线关系,符合Lambert-Beer定律.另外,随着质量浓度的增加,吸光度呈线性提高趋势.采用线性回归方程进行回归,得到紫外线吸收剂A、B、C和D的质量浓度与吸光度线性相关系数分别为0.99935、0.99947、0.99945和0.99994.2.3紫外线吸收剂对涤纶织物上染的影响由图3可知,4只紫外线吸收剂上染涤纶后,织物的紫外线透过率均有明显降低,说明4只紫外线吸收剂都有很强的紫外线吸收性能,其中紫外线吸收剂C吸收紫外线的能力最强.由图4可知,当4只紫外线吸收剂用量为0.1%(owf)时,UPF值有显著提高.在用量<0.7%(owf)时,随着用量的增加,UPF值不断提高.当用量>0.7%(owf)时,紫外线吸收剂用量升高后,UPF值并没有明显提高,这说明紫外线吸收剂对涤纶的上染已接近饱和,可达40左右.原因是在一定条件下,能够扩散进入涤纶纤维的紫外线吸收剂有限,当用量达到一定值时,过度增加吸收剂用量,大部分吸收剂停留在溶液中而未上染涤纶纤维,造成了吸收剂的浪费.紫外线吸收性能的好坏与吸收剂的分子结构、分子质量和上染百分率有关,一般分子质量越大,上染百分率越低,如表3所示.由表3可知,虽然紫外线吸收剂C的分子质量最大,上染百分率仅为32.47%,但紫外线吸收剂C的紫外线透过率降低最明显,经整理后涤纶织物的UPF值最高,即其抗紫外线性能最好.原因是:(1)紫外线吸收剂C结构中含有2个三唑环,与羟基形成2个分子内氢键螯合环;(2)C结构中含有一个脂肪族长碳链,与涤纶的结构存在相似性.因此,在进行抗紫外线整理时紫外线吸收剂C与涤纶的相容性更好.3紫外线吸收剂用量(1)合成了苯并三唑类紫外线吸收剂A,并以A为母体通过酰胺化反应合成了3只紫外线吸收剂B、C和D.A、B、C和D的最大紫外吸收波长分别为325、351、342和379nm.(2)紫外线吸收剂A、B、C、D均具有优异