一种含稀土氧化物的组合物，其制备方法及其应用

摘要

本申请涉及光吸收材料领域，具体讲，涉及一种含稀土氧化物的组合物，其制备方法及作为光吸收剂的应用。所述组合物包括有机溶剂，以及分散于有机溶剂中且粒径范围为5～60nm的稀土氧化物。由于纳米粒子的表面特性和晶格缺陷存在区别，对应的特征吸收峰也有较大的不同。随着稀土氧化物粒径的变小，其对应的特征吸收峰发生红移，可对420～450nm的蓝光有较好的吸收，吸收率可达80％左右；随着稀土氧化物粒径的增大，其特征吸收峰发生蓝移，直至紫外光谱区域，可实现对320～380nm的紫外光95％以上的吸收。所述组合物作为光吸收剂可用于透明的塑料片材、板材、薄膜，也可以用于透明的塑料注塑制品。

权利要求

1.一种含稀土氧化物的组合物，其特征在于，包括有机溶剂，以及分散于有机溶剂中且粒径范围为5～60nm的稀土氧化物；

所述稀土氧化物具有以下的组成比例：

2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述稀土氧化物选自氧化铈、氧化镧、氧化镨。

3.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述稀土氧化物选自氧化铈。

4.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述稀土氧化物在所述组合物中的含量为30～50重量％。

5.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述有机溶剂选自芳香烃、酯、酮中的至少一种。

6.根据权利要求5所述的组合物，其特征在于，所述有机溶剂选自甲苯、二甲苯、丙酮、环己酮中的至少一种。

7.根据权利要求5所述的组合物，其特征在于，所述有机溶剂选自二甲苯和环己酮的混合溶剂，两者混合的体积比为4:1～5:1。

8.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述组合物还含有偶联剂。

9.根据权利要求8所述的组合物，其特征在于，所述偶联剂选自硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。

10.根据权利要求8所述的组合物，其特征在于，所述偶联剂的用量为所述稀土氧化物用量的3～5重量％。

11.一种如权利要求1至10中任一项所述组合物的制备方法，其特征在于，所述制备方法至少包括以下步骤：按比例向有机溶剂中加入偶联剂和稀土氧化物，分散后得到所述组合物。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述分散为超声震荡分散，温度为30～

40℃，时间为30～60min。

13.权利要求1至10中任一项所述组合物作为光吸收剂的应用。

14.根据权利要求13所述的应用，其特征在于，所述组合物用于吸收波长范围320～

460nm的紫外光和蓝光。

说明书

一种含稀土氧化物的组合物，其制备方法及其应用

技术领域

[0001] 本申请涉及光吸收材料领域，具体讲，涉及一种含稀土氧化物的组合物及其制备方法及其应用。

背景技术

[0002] 可见光的波长范围为400～700nm，紫外光的波长范围为1～400nm。紫外线会对皮肤造成伤害，加速有机物的光降解和老化，紫外吸收材料是紫外防护的有效手段。紫外光中的近紫外辐射(A波段)的波长范围为320～400nm，其与可见光波长接近，较难通过常规的紫外吸收方法除去。

[0003] 蓝光是可见光中最靠近紫外线的部分，能量较强，波长在380～500nm之间。由于波长较短，会穿透水晶体直达视网膜。蓝光容易造成视觉疲劳和视网膜黄斑部疾病。黄斑部病变为不可逆的过程，最终导致视力下降甚至完全失明。另外蓝光是人体生物钟的调机器，不仅会影响人的睡眠，还会提高重大疾病的发生率。

[0004] 在自然条件下，黄斑部的病变比较缓慢。然而随着人类生活方式的改变。我们的眼镜长期暴露于数十倍于自然条件蓝光强度的电脑显示器、荧光灯、手机、平板电脑等数码产品等蓝光光源下。黄斑部病变的人群也越来越年轻化，研发有效的抗蓝光产品也是当今医学、科研的重要方向。

[0005] 因此，需要一种能同时吸收近紫外光和蓝光的吸收剂。

[0006] 鉴于此，特提出本申请。

发明内容

[0007] 本申请的首要发明目的在于提出一种含稀土氧化物的组合物。

[0008] 本申请的第二发明目的在于提出所述组合物的制备方法。

[0009] 本申请的第三发明目的在于提出所述组合物作为光吸收剂的应用。

[0010] 为了完成本申请的目的，采用的技术方案为：

[0011] 本申请涉及一种含稀土氧化物的组合物，包括有机溶剂，以及分散于有机溶剂中且粒径范围为5～60nm的稀土氧化物。

[0012] 优选地，所述稀土氧化物选自氧化铈、氧化镧、氧化镨中的至少一种，更优选氧化铈。

[0013] 优选地，所述稀土氧化物具有以下的组成比例：

[0014] 粒径5～15nm   25～50重量份；

[0015] 粒径15～30nm  10～25重量份；

[0016] 粒径30～50nm  20～25重量份；

[0017] 粒径50～60nm  20～25重量份。

[0018] 优选地，所述稀土氧化物在所述组合物中的含量为30～50重量％。

[0019] 优选地，所述有机溶剂选自芳香烃、酯、酮中的至少一种，优选选自甲苯、二甲苯、丙酮、环己酮中的至少一种，更优选为二甲苯和环己酮的混合溶剂，两者混合的体积比为4:1～5:1。

[0020] 优选地，所述组合物还含有偶联剂。

[0021] 优选地，所述偶联剂选自硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。

[0022] 优选地，所述硅烷偶联剂选自KH550、KH560、KH570、KH792、DL602、DL171。

[0023] 优选地，所述钛酸酯偶联剂选自NDZ 101、NDZ 105、NDZ 201、NDZ 311。

[0024] 优选地，所述偶联剂的用量为所述稀土氧化物用量的3～5重量％。

[0025] 本申请还涉及所述组合物的制备方法，至少包括以下步骤：按比例向有机溶剂中加入偶联剂和稀土氧化物，分散后得到所述组合物。

[0026] 优选地，所述分散为超声震荡分散，温度为30～40℃，时间为30～60min。

[0027] 本申请还涉及所述组合物作为光吸收剂的应用。

[0028] 优选地，所述组合物用于吸收波长范围320～460nm的紫外光和蓝光。

[0029] 本申请的技术方案至少具有以下有益的效果：

[0030] 本申请涉及一种含稀土氧化物的组合物，其中的稀土氧化物粒径在10～60nm范围变化，由于纳米粒子的表面特性和晶格缺陷存在区别，对应的特征吸收峰也有较大的不同。随着稀土氧化物粒径的变小，其对应的特征吸收峰发生红移，可对420～450nm的蓝光有较好的吸收，吸收率可达80％左右；随着稀土氧化物粒径的增大，其特征吸收峰发生蓝移，直至紫外光谱区域，可实现对320～380nm的紫外光95％以上的吸收。所述组合物作为光吸收剂可用于透明的塑料片材、板材、薄膜，也可以用于透明的塑料注塑制品。

具体实施方式

[0031] 下面结合具体实施例，进一步阐述本申请。应理解，这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。

[0032] 本申请涉及一种含稀土氧化物的组合物，包括有机溶剂，以及分散于有机溶剂中且粒径范围为5～60nm的稀土氧化物。本申请的组合物可用于吸收波长范围320～460nm的紫外光和蓝光。

[0033] 作为本申请组合物的一种改进，稀土氧化物选自氧化铈、氧化镧、氧化镨中的至少一种，更优选氧化铈。

[0034] 作为本申请组合物的一种改进，稀土氧化物具有以下的组成比例：

[0035] 粒径5～15nm   25～50重量份；

[0036] 粒径15～30nm  10～25重量份；

[0037] 粒径30～50nm  20～25重量份；

[0038] 粒径50～60nm  20～25重量份。

[0039] 本申请中的所有粒径均为D95粒径。

[0040] 对于粒径不同的稀土氧化物纳米粒子，由于表面特性和晶格缺陷存在区别，对应的特征吸收峰也有较大的不同。本申请通过对稀土氧化物粒径的精细控制，使较小粒径的稀土氧化物对420～450nm的蓝光有较好的吸收；使较大粒径的稀土氧化物实现对320～380nm紫外光的吸收。从而扩展了本申请组合物吸收光谱的宽度。作为本申请组合物的一种改进，稀土氧化物在所述组合物中的含量为30～50重量％。如果含量低于30％，稀土氧化物纳米粒子的浓度过低，其光吸收性较差，如果含量过大，稀土氧化物纳米粒子在有机溶剂中的分散较差。作为本申请组合物的一种改进，有机溶剂选自芳香烃、酯、酮中的至少一种，其中芳香烃类溶剂优选甲苯、二甲苯等，酯类溶剂优选乙酸乙酯，酮类溶剂优选丙酮、环己酮。

[0041] 作为本申请组合物的一种改进，有机溶剂选自二甲苯和环己酮的混合溶剂，两者混合的体积比为4：1～5：1。本申请经研究发现，二甲苯和环己酮的混合溶剂能够大幅改善对稀土氧化物纳米粒子的分散能力，形成稳定的悬浊乳液，使各溶剂的优点得到充分发挥。

[0042] 作为本申请组合物的一种改进，组合物还含有偶联剂。偶联剂是一类具有两不同性质官能团的物质，其分子结构的最大特点是分子中含有化学性质不同的两个基团，一个是亲无机物的基团，易与无机物表面起化学反应；另一个是亲有机物的基团，能与合成树脂或其它聚合物发生化学反应或生成氢键溶于其中。本申请通过添加偶联剂，可在稀土氧化物纳米粒子和有机溶剂的界面之间架起“分子桥”，将两种性质悬殊的材料连接在一起，提高稀土氧化物在有机溶剂中的分散性。

[0043] 作为本申请组合物的一种改进，偶联剂选自硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。所述硅烷偶联剂选自KH550、KH560、KH570、KH792、DL602、DL171。所述钛酸酯偶联剂选自NDZ 101、NDZ 105、NDZ 201、NDZ 311。

[0044] 作为本申请组合物的一种改进，偶联剂的用量为稀土氧化物用量的3～5重量％。

[0045] 本申请还涉及该组合物的制备方法，包括向有机溶剂中加入偶联剂和稀土氧化物，分散后得到所述组合物。

[0046] 作为本申请组合物制备方法的一种改进，分散为超声震荡分散，温度为30～40℃，时间为30～60min。超声分散可以在通常的超声波发生器中进行，频率通常在20～40KHz。

[0047] 本申请还涉及该组合物作为光吸收剂的应用。

[0048] 作为本申请组合物应用的一种改进，该组合物用于吸收波长范围320～460nm的紫外光和蓝光。

[0049] 以下结合实施例和对比例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例和对比例中提及的稀土氧化物、溶剂和偶联剂种类。

[0050] 实施例1～6

[0051] 向二甲苯和环己酮的混合溶剂(两者体积比为4:1～5:1)中加入硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂，然后加入稀土氧化物得到混合体系，所述稀土氧化物在混合体系中的含量为30～50重量％，所述偶联剂的用量为所述稀土氧化物用量的3～5重量％。将混合体系在30～40℃下用超声波发生器震荡30～60min，直至形成红黄色透明的均相液态组合物。实施例中的硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂均为南京创世化工助剂有限公司生产。

[0052] 实施例1～6的组合物中，使用的溶剂、偶联剂、稀土氧化物在混合体系中的含量、超声时间如表1所示，稀土氧化物的种类及粒径分布如表2所示，通过紫外-可见光谱仪测试所得组合物的吸收特性，结果如表3所示：

[0053] 表1

[0054]

[0055] 表2

[0056]

[0057]

[0058] 表3

[0059]实施例 420～450nm吸收率 320～380nm吸收率
实施例1 80％ 95％
实施例2 82％ 96％
实施例3 79％ 92％
实施例4 78％ 92％
实施例5 75％ 89％
实施例6 72％ 85％

[0060] 实施例1的紫外-可见吸收光谱图中，其中横坐标为波长，单位纳米，纵坐标为透过率。可以看出，该组合物对420～450nm的光吸收率为80％左右，对波长320～380nm的紫外光吸收率可达95％以上。实施例2～6的吸收光谱图与实施例1相似。

[0061] 通过实施例1、2与实施例3、4对比，说明使用混合溶剂的组合物的吸收特性优于使用单一溶剂。通过实施例1、2与实施例5、6对比，说明稀土氧化物选用氧化铈优于氧化镧和氧化镨。综合实施例1～6说明，随着稀土氧化物粒径的变小，其对应的特征吸收峰发生红移，可对420～450nm的蓝光有较好的吸收，吸收率可达80％左右；随着稀土氧化物粒径的增大，其特征吸收峰发生蓝移，直至紫外光谱区域，可实现对320～380nm的紫外光95％以上的吸收。

[0062] 对比例1～2

[0063] 对比例1和2中使用的稀土氧化物粒径大于60nm，稀土氧化物的种类及粒径分布如表4所示，其余制备条件同实施例1。

[0064] 表4

[0065]

[0066] 注：“\”表示未加入任何物质。

[0067] 对比例3～12

[0068] 对比例3～10的组合物中，使用的溶剂、偶联剂、稀土氧化物在溶剂中的含量、偶联剂用量、超声时间同实施例1。稀土氧化物的种类及粒径分布如表5所示。对比例11和12分别为江西洛特化工有限公司生产的蓝光吸收粉和紫外线吸收剂UV 320，将其以30％的固含量分散于二甲苯中。通过紫外-可见光谱仪测试所得对比例1～12的吸收特性，结果如表6所示：

[0069] 表5

[0070]

[0071] 注：“\”表示未加入任何物质。

[0072] 表6

[0073]

[0074]

[0075] 对比例1和2说明，当稀土氧化物粒径超过60nm，蓝光吸收率降低，且随着稀土氧化物粒径的增大，紫外吸收率上升不明显。将实施例1～6与对比例3～10对照，说明如果稀土氧化物的粒径没有在四个区间内取值，将会导致某一范围内吸收率的下降。对比例11和12说明，市售的蓝光吸收粉和紫外线吸收剂仅对单一蓝光或紫外光有较好吸收，但无法同时吸收蓝光和紫外光。

[0076] 本申请虽然以较佳实施例公开如上，但并不是用来限定权利要求。任何本领域技术人员在不脱离本申请构思的前提下，都可以做出若干可能的变动和修改，因此本申请的保护范围应当以权利要求所界定的范围为准。