开题报告内容:(包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述,不少于2000字)
- 拟解决的问题
紫外线因为其高效的杀菌效能以及穿透力,在许多领域都被广泛应用。但其辐射会对许多材料产生不利影响,同时过度暴露于其下会严重破坏人的皮肤细胞和组织。因此,开发高效的紫外线防护膜具有很高的现实意义。而传统的制作紫外线防护膜的有效成分,即紫外光吸收物,分为无机氧化物和有机材料两类,而其中有机吸收物虽有更高的紫外防护性能,但其透明度欠佳,因此在实际运用方面有诸多限制。所以,制备极具有高效紫外防护性能,又具有高透明度的紫外线防护膜是该实验的重点。
此外,实验中所用到的明胶基底膜质软而脆,易破裂,可承受的断裂应力和断裂形变较低,不利于应用中的种种操作。因而加强实验成品的可延展性和韧性是实验中需要解决的一大难题。
- 采用的研究手段
- 查阅相关文献找寻有效的保持高透明度的防紫外线材料,进而比较选出最优者,确定紫外吸收剂。
- 实验制备确定下来的紫外线吸收剂,加入明胶和PVA基底,制成薄膜,测定其透光性和防紫外性能,进一步实验比较,得到其最佳加入比例,以达到最佳性能。
- 在所制得的紫外线防护膜基础上尝试多种不同的方法增加其机械性能和延展性,增加其可恢复性,测定机械强度,比较各种方法的优劣,并选出能与所得产物融合最好的方法,制得最终产物。在此基础上,可进一步研究能否增加其他的优点,如阻燃性等。
- 文献综述
紫外线(UV)辐射由于其固有的高能量特性,已广泛应用于医学诊疗[1]、消毒[2]、食品、污水处理[3,4]、聚合物加工等领域。然而,紫外线辐射对生物和高物材料有明显的负面影响,过度暴露在紫外照射下会对人的皮肤细胞和组织带来严重的破坏,并且会导致共价键的断裂和多聚材料结构的破坏[5]。在这种情况下,必须为生物体和聚合物材料提供充分的保护,以防止紫外线过度暴露。因此,开发高效的紫外线防护膜对许多应用,如车窗、食品包装、隐形眼镜和生物医学产品保护具有重要意义。
紫外光防护膜通常由紫外光吸收剂和聚合物结合制成,其中紫外光吸收器和聚合物分别屏蔽紫外光,以及提供薄膜的基质。
紫外光吸收剂可分为两类:无机氧化物和有机过滤器。
无机氧化物有纳米级TiO2,SiO2,ZnO2,Al2O3等,可以有效地通过吸收、散射、反射使紫外光消散[6-9]。然而,由于他们固有的宽带隙,他们的紫外吸收能力不够充分。同时,传统的无机氧化物拥有光催化活性,并且生成的自由基会引起多聚材料的光降解[10,11]。
而有机吸收物(如苯甲酮,苯并三唑,水杨酸盐,木质素等)会有更高效的紫外防护性能以及跟聚合物基质更高的可混合性[12,13],但由于这种膜的透明度不高,限制了它的高效运用。
因此,虽然有机纳米材料在生产处安全、价格低廉、生物可降解、高效的紫外防护材料方面有很大的潜能,在此同时保证其高透明度依旧是一个很大的挑战。
聚多巴胺是一种传统的人工合成黑色素,可以通过弱碱性条件下多巴胺自发的自聚合得到[14-19]。由于其独特的化学结构和内在的活性基团(如-NH3和-OH)聚多巴胺有很多与天然黑色素相近的功能,如:光保护作用[20,21],抗氧化[22],温度调节,生物相容性[23,24],以及生物可降解性[25]。PDA可以通过无辐射衰变[26,27]驱散紫外线辐射,这使其具有成为紫外光吸收剂的潜力。此外,PDA易于拆卸,并且可以因其超分子特征而在碱性条件下分解为低聚物。这对紫外防护能力和透明度间的取舍平衡很有用,可拆卸的聚多巴胺在拆卸后分子内和分子间作用力下降,表现出独特的紫外吸收。此外,dPDA低分子量和小尺寸的特点使其在多聚物基质中分散均匀。因此,虽然还有待完善,但用dPDA低聚物来作为紫外线吸收剂来制备高效的有高透明度的紫外防护膜是很有可能的。
