杜冬冬，劉歡，馬若愚，馮擁軍，李殿卿，唐平貴

（北京化工大學(xué)化工資源有效利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京市多級(jí)結(jié)構(gòu)催化材料工程技術(shù)研究中心，北京100029）

引 言

我國(guó)柴達(dá)木盆地分布著數(shù)量眾多的鹽湖，聚集了豐富的鈉、鉀、鎂、鋰、硼、溴、碘等資源，其中鉀資源已得到了大力開發(fā)，但其他資源尚未得到有效開發(fā)和利用，而鹽湖鎂資源的開發(fā)又關(guān)系著鹽湖鉀、鋰、硼、溴、碘等資源的可持續(xù)開發(fā)和綜合利用，已成為制約鹽湖資源綜合利用的“瓶頸”[1]。我國(guó)鹽湖的鎂資源主要用于制備氫氧化鎂、氧化鎂、鎂基晶須、鎂基水泥、金屬鎂和鎂合金等傳統(tǒng)鎂基功能材料，用于其他鎂基功能材料制備的研究報(bào)道較少[2]。因此，開展新型鎂基功能材料研究可為我國(guó)鹽湖鎂資源開發(fā)利用提供一些有價(jià)值的參考，對(duì)于促進(jìn)我國(guó)鹽湖資源可持續(xù)開發(fā)利用具有積極作用。

層狀雙金屬氫氧化物(layered double hydroxides，LDH，俗稱水滑石)，是一種陰離子型層狀黏土化合物，其化學(xué)通式為[M2+1-xM3+X(OH)2]x+(An-)x/n·mH2O，其中M2+和M3+分別代表構(gòu)成主體層板的二價(jià)和三價(jià)金屬陽(yáng)離子，An-為客體陰離子，x為M3+/(M2++M3+)的摩爾比，m為層間水分子數(shù)量[3-6]。水滑石的主體層板由MO6八面體共用棱邊相互連接而成，主體層板與層間客體依靠靜電、氫鍵等多種作用力進(jìn)行緊密結(jié)合而形成規(guī)整的堆疊結(jié)構(gòu)，同時(shí)客體間亦存在較強(qiáng)的分子間作用力，使客體在層間呈現(xiàn)出規(guī)則的排列。組成水滑石主體層板的金屬元素種類繁多，其比例亦可在較大范圍內(nèi)調(diào)變，層間客體種類和數(shù)量均可根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)控，賦予了水滑石多種多樣的功能，并在催化[7-13]、吸附[14-17]、環(huán)保[18-21]、生物[22-25]、醫(yī)藥[26-27]等領(lǐng)域顯示出廣闊的應(yīng)用前景。此外，由于水滑石具有較佳的熱穩(wěn)定性，表面改性水滑石作為塑料助劑(熱穩(wěn)定劑[28-29]、阻燃劑[30-31]、抑煙劑[32-33]、紫外阻隔材料[34-36])可顯著改善塑料的相關(guān)性能，在塑料領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。然而，由于水滑石層板帶正電荷，層間客體需為帶負(fù)電荷的陰離子以平衡層板所帶電荷，使水滑石整體上呈電中性，將有機(jī)中性分子引入層間仍然面臨著較大的挑戰(zhàn)。如能將中性功能客體引入層間，則可擴(kuò)展水滑石的組成范疇，豐富其功能，增強(qiáng)其性能并進(jìn)而拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域。

聚丙烯(PP)是一種無(wú)毒、無(wú)色、無(wú)臭、半透明的熱塑性輕質(zhì)通用塑料，具有良好的耐化學(xué)性、耐熱性和電絕緣性以及高的機(jī)械強(qiáng)度和耐磨性能，在機(jī)械、電子、汽車、建筑、食品等諸多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。然而PP分子鏈中存在大量活性較高的叔氫，在光、熱、氧作用下易發(fā)生裂解，產(chǎn)生高活性的自由基而加速PP的老化[37-38]，因此在PP制品的加工過(guò)程中需添加多種功能助劑，其中光穩(wěn)定劑是一類必不可少的塑料助劑，可以顯著減緩PP在太陽(yáng)光照射下的老化降解速率，延長(zhǎng)PP的使用壽命[39]。但PP制品中使用的傳統(tǒng)光穩(wěn)定劑為小分子量有機(jī)化合物，存在熱穩(wěn)定性差、易揮發(fā)、易遷移等缺點(diǎn)，導(dǎo)致光穩(wěn)定劑大量流失，使其光穩(wěn)定作用難以持續(xù)發(fā)揮，大幅度縮短了PP的使用壽命。因此開發(fā)具有優(yōu)異熱穩(wěn)定性和耐遷移性的新型光穩(wěn)定助劑具有十分重要的意義。

有鑒于此，本文首先制備了表面活性劑插層鎂鋁水滑石，然后借助水滑石層間客體分子間作用力將光穩(wěn)定劑2-羥基-4-正辛氧基二苯甲酮(UV-531)中性分子引入鎂鋁水滑石層間，以提高其耐遷移性并降低其揮發(fā)性，從而獲得一類用于PP抗光老化的新型共插層結(jié)構(gòu)鎂鋁水滑石光穩(wěn)定劑。本文實(shí)現(xiàn)了中性功能客體的插層組裝，拓寬了插層組裝的適用范圍，為新型水滑石基功能材料的構(gòu)筑提供了新途徑，亦為鹽湖鎂資源的利用提供了一定的參考。

1 實(shí)驗(yàn)材料和方法

1.1 材料與試劑

六水硝酸鎂[Mg(NO3)2·6H2O]、九水硝酸鋁[Al(NO3)3·9H2O]、十二烷基硫酸鈉(C12H25SO4Na，SDS)、氫氧化鈉和乙醇均為分析純?cè)噭?，?gòu)自北京市通廣精細(xì)化工有限公司；光穩(wěn)定劑UV-531(＞98%)購(gòu)自上海麥克林生化科技有限公司，聚丙烯樹脂顆粒由燕山石化提供。

1.2 鎂鋁水滑石光穩(wěn)定劑的制備

首先采用共沉淀-離子交換法制備十二烷基硫酸插層鎂鋁水滑石(SDS-LDH)，制備過(guò)程如下：將7.692 g Mg(NO3)2·6H2O(30 mmol)和3.752 g Al(NO3)3·9H2O(10 mmol)溶于50 ml脫二氧化碳的去離子水中，配制成混合鹽溶液；將3.2 g NaOH(80 mmol)和5.768 g十二烷基硫酸鈉(20 mmol)溶于100 ml脫二氧化碳的去離子水中，配制成混合堿溶液。在攪拌狀態(tài)下，以5 ml/min的速率將混合鹽溶液滴加至混合堿溶液中，將沉淀在25℃下陳化0.5 h后用熱水離心洗滌沉淀5遍，然后將得到的濕濾餅分散至150 ml含20 mmol十二烷基硫酸鈉的水溶液中，加熱至95℃并攪拌晶化6 h，再用去離子水和乙醇分別離心洗滌4遍和1遍，得到SDS-LDH濕濾餅。

將SDS-LDH濕濾餅(干重0.5 g)分散在160 ml乙醇與水體積比為4∶1的混合溶劑中，超聲處理0.5 h；將2 g紫外吸收劑UV-531加入漿液中，通氮?dú)獗Ｗo(hù)，加熱至50℃并攪拌6 h，然后將漿液離心洗滌，用真空冷凍干燥箱干燥即得到鎂鋁水滑石光穩(wěn)定劑UV-SDS-LDH，計(jì)算得到該光穩(wěn)定劑中UV-531的質(zhì)量含量為42%。

1.3 分析測(cè)試儀器

采用島津XRD-6000 X射線衍射儀分析樣品的晶相結(jié)構(gòu)，使用德國(guó)Bruker Vector-22型紅外光譜儀對(duì)樣品組成進(jìn)行分析，借助ZEISSSupra 55型場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡對(duì)樣品形貌和組成進(jìn)行分析，在島津UV-2600型紫外分光光度計(jì)上記錄樣品的UV-Vis吸收和透過(guò)光譜，在HCT-2型差熱天平上對(duì)樣品的熱失重行為進(jìn)行分析。

1.4 性能測(cè)試

在寶品精密儀器公司雙輥混煉機(jī)與平板硫化機(jī)上進(jìn)行LDH/PP薄膜的制備，具體制備步驟如下：待雙輥混煉機(jī)(輥距為0.1 mm)內(nèi)外輥加熱到170℃后加入15 g PP樹脂顆粒，混煉10 min，再加入0.3 g UV-SDS-LDH粉末，繼續(xù)混煉10 min，得到LDH/PP復(fù)合材料。將平板硫化機(jī)上下板加熱至175℃，取2 g LDH/PP復(fù)合材料在5 MPa壓力下進(jìn)行壓片，得到厚度為0.01 mm的UV-SDS-LDH/PP薄膜。采用同樣的方法制備純PP、UV/PP和SDS-LDH/PP薄膜對(duì)比樣品，其中UV-531和SDS-LDH的添加量分別為0.126和0.3 g。

在自制的紫外線老化箱(紫外燈功率為100 W)中進(jìn)行薄膜的耐光老化性能測(cè)試，首先將薄膜裁剪成規(guī)格為30 mm×20 mm×0.01 mm的小片，與燈管平行放置于老化箱的冷凝壁上，為保證老化溫度低于50℃，老化5 min后使老化箱冷卻5 min，再繼續(xù)老化5 min，使每次老化時(shí)間達(dá)到10 min，然后進(jìn)行紅外表征，總共老化5次，合計(jì)50 min。

耐遷移性測(cè)試步驟如下：將UV/PP和UV-SDSLDH/PP薄膜裁剪成規(guī)格為30 mm×20 mm×0.01 mm的小片，各取2片用乙醇清洗表面，然后浸入50 ml乙醇中，密封后置于60℃水浴中加熱，加熱0.5、1、2、4、8、16和32 h時(shí)取樣，用紫外分光光度計(jì)測(cè)量乙醇中UV-531的濃度，進(jìn)而計(jì)算得到UV-531的遷移率。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 鎂鋁水滑石光穩(wěn)定劑表征

為了考察所制備SDS-LDH及UV-SDS-LDH的晶相結(jié)構(gòu)，采用XRD對(duì)所制備的材料進(jìn)行了表征，結(jié)果如圖1(a)所示。SDS-LDH的XRD譜圖顯示出LDH類材料的(00l)系列及(110)特征衍射峰，且(00l)晶面間距呈現(xiàn)出良好的倍數(shù)關(guān)系d003=2d006；根據(jù)布拉格方程計(jì)算得到其層間距為2.51 nm(d003，2θ=3.52°)，與文獻(xiàn)對(duì)比，結(jié)果比較吻合[40]。與SDS-LDH相比，UV-SDS-LDH的(003)和(006)晶面衍射峰均往低角度方向移動(dòng)，(003)晶面對(duì)應(yīng)衍射峰的位置由3.52°位移至3.26°，層間距亦增大至2.68 nm，預(yù)示著紫外吸收劑UV-531插層進(jìn)入了SDS-LDH層間。此外，(003)和(006)晶面間距亦具有較好的倍數(shù)關(guān)系，說(shuō)明UV-SDS-LDH保持了較規(guī)整的層狀堆疊結(jié)構(gòu)，但其強(qiáng)度有所降低，可能是由于將UV-531引入層間后，層內(nèi)空間變得擁擠，層間客體排列的有序度下降。

為進(jìn)一步確認(rèn)UV-SDS-LDH光穩(wěn)定劑的組成，對(duì)所制備的材料進(jìn)行了FT-IR表征，圖1（b）為SDSLDH、UV-531和UV-SDS-LDH的FT-IR譜圖。SDS-LDH紅外譜圖在中心為3480 cm-1處出現(xiàn)的寬吸收峰可歸屬于MgAl-LDH主體層板羥基及層間結(jié)晶水羥基的伸縮振動(dòng)吸收峰，416 cm-1處的吸收峰為L(zhǎng)DH層板O-M-O的特征吸收；波數(shù)2922 cm-1和2850 cm-1處的吸收峰歸屬于亞甲基C—H的伸縮振動(dòng)吸收峰，波數(shù)1222 cm-1和1066 cm-1處的吸收峰為—SO4的對(duì)稱和不對(duì)稱特征吸收峰，這些結(jié)果進(jìn)一步表明表面活性劑SDS客體插層組裝到了LDH層間[41]。此外，在1384 cm-1和1360 cm-1處未發(fā)現(xiàn)分別歸屬于NO-3和CO2-3的特征吸收峰，說(shuō)明所制備的SDS-LDH純度高，層間不含NO-3和CO2-3雜質(zhì)。紫外吸收劑UV-531在1599、1562、1514和1468 cm-1處出現(xiàn)了較強(qiáng)的吸收峰，歸屬于苯環(huán)骨架的振動(dòng)吸收峰，在波數(shù)1702 cm-1處的峰為C O的伸縮振動(dòng)吸收峰，而波數(shù)1266 cm-1處為芳香醚的C—O伸縮振動(dòng)吸收峰[42]。UV-SDS-LDH的紅外譜圖除出現(xiàn)了SDS-LDH的特征吸收峰外，亦出現(xiàn)了紫外吸收劑UV-531的系列特征吸收峰，表明紫外吸收劑UV-531進(jìn)入了SDS-LDH層間，形成了UV-531與SDS共插層MgAl-LDH。值得注意的是，在UV-SDSLDH紅外譜圖中未觀察到1702 cm-1處的C O伸縮振動(dòng)峰，可能是由于UV-531的酮式結(jié)構(gòu)在層間堿性環(huán)境下轉(zhuǎn)變成了烯醇式結(jié)構(gòu)。

圖1 樣品的XRD譜圖、FT-IR譜圖、UV-Vis吸收曲線和漫反射曲線Fig.1 The XRDpatterns,FT-IRspectra,UV-Vis absorption curves and diffusereflection curves of samples

進(jìn)一步采用紫外可見分光光度計(jì)對(duì)鎂鋁水滑石光穩(wěn)定劑組成和紫外吸收性能進(jìn)行分析，將樣品分散至乙醇溶劑中配成100 mg/L的溶液或分散液，然后進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如圖1(c)所示。UV-531對(duì)200～360 nm波段的紫外線有較強(qiáng)的吸收，并且在251、289和325 nm處出現(xiàn)3個(gè)強(qiáng)吸收峰；SDS-LDH在200～500 nm波段吸收強(qiáng)度很弱，沒有出現(xiàn)吸收峰；與SDS-LDH相比，UV-SDS-LDH在200～400 nm波段的吸收明顯增強(qiáng)，在250和290 nm處出現(xiàn)了兩個(gè)歸屬于UV-531的吸收峰，說(shuō)明UV-531組裝至SDS-LDH層間后顯著提升了其紫外吸收性能，有助于提升水滑石光穩(wěn)定劑的抗光老化性能。值得注意的是，組裝至LDH層間后UV-531在325 nm處的吸收峰發(fā)生紅移和寬化，可能是由于UV-531的酮式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成了烯醇式結(jié)構(gòu)。圖1(d)為樣品的漫反射曲線，UV-531在200～420 nm波段有較強(qiáng)的吸吸，SDS-LDH的吸收較弱，而UV-SDS-LDH的紫外吸收能力略低于UV-531，但明顯優(yōu)于SDS-LDH，說(shuō)明UV-531的組裝賦予了水滑石光穩(wěn)定劑優(yōu)異的紫外吸收性能。

上述表征結(jié)果表明有機(jī)光穩(wěn)定劑中性分子UV-531成功組裝到了SDS-LDH層間，形成了一種復(fù)合光穩(wěn)定劑。根據(jù)SDS和UV-531的分子尺寸、LDH層板厚度以及由XRD得到的層間距，推測(cè)SDS可能以垂直水滑石層板的方式交互排列，而UV-531則通過(guò)分子間作用力嵌入在SDS分子間的空隙中，形成較為規(guī)整的堆疊結(jié)構(gòu)，組裝成圖2所示的共插層結(jié)構(gòu)水滑石。

圖2 UV-SDS-LDH的結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 The possible structural models of UV-SDS-LDH

為觀察樣品的形貌并對(duì)其組成進(jìn)行定性分析，采用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(SEM)對(duì)樣品進(jìn)行表征，結(jié)果如圖3所示。從SDS-LDH的SEM圖[圖3(a)]可以看出SDS-LDH呈現(xiàn)出明顯的納米片層結(jié)構(gòu)，并且由于片層較薄而形成褶皺；對(duì)其主要元素進(jìn)行元素分布分析發(fā)現(xiàn)來(lái)自水滑石主體層板的Mg、Al元素以及來(lái)自SDS的C、S元素在SDS-LDH中均勻分布。UVSDS-LDH的形貌與SDS-LDH相似，仍為褶皺的片層結(jié)構(gòu)[圖3(b)]，說(shuō)明UV-531的插層組裝未改變水滑石的形貌；元素的Mapping圖顯示Mg、Al、C、S等主要元素均勻分布在UV-SDS-LDH中。

圖3 SDS-LDH和UV-SDS-LDH的SEM圖和元素分布圖Fig.3 SEMimages and elemental mapping of SDS-LDH and UV-SDS-LDH

2.2 LDH/PP薄膜表征

采用熔融共混法將所制備的SDS-LDH和UVSDS-LDH添加至PP中形成LDH/PP復(fù)合材料，壓片得到厚度為0.01 mm的LDH/PP薄膜，采用紫外可見分光光度計(jì)和場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡進(jìn)行表征。圖4（a）為PP、SDS-LDH/PP和UV-SDS-LDH/PP的UV-Vis吸收曲線，PP在200～380 nm紫外波段范圍內(nèi)的吸收很弱，SDS-LDH/PP的吸收曲線與PP相似，歸因于SDS-LDH自身的紫外吸收能力很差；而添加UVSDS-LDH后薄膜的紫外吸收能力得到了大幅度提高，在波長(zhǎng)為244、289和327 nm處出現(xiàn)了較強(qiáng)的吸收峰，說(shuō)明UV-SDS-LDH層間的UV-531賦予了UV-SDS-LDH/PP薄膜優(yōu)異的紫外吸收能力，有利于提高PP的抗光老化性能。圖4（b）為PP、SDSLDH/PP和UV-SDS-LDH/PP薄膜的UV-Vis透過(guò)曲線，與PP薄膜相比，SDS-LDH/PP薄膜在200～300 nm波段的透過(guò)率略有下降，說(shuō)明SDS-LDH對(duì)200～300 nm波段的紫外線具有一定的阻隔能力；UVSDS-LDH/PP在200～380 nm紫外波段的透光率大幅度下降，尤其是在200～350 nm波段的平均透光率低于3%，說(shuō)明UV-SDS-LDH層間的UV-531可顯著提高薄膜的紫外阻隔能力，從而大幅度減緩PP的光老化。

UV-SDS-LDH/PP薄膜的SEM圖見圖4（c），元素的Mapping圖顯示來(lái)自UV-SDS-LDH的Mg、Al和S等元素在UV-SDS-LDH/PP中均勻分布，說(shuō)明UVSDS-LDH在PP中的分散較好。

圖4 PP、SDS-LDH/PP和UV-SDS-LDH/PP的UV-Vis吸收曲線、透過(guò)率曲線以及UV-SDS-LDH/PP的SEM圖與元素分布圖Fig.4 The UV-Vis absorption curves and transmission curves of PP,SDS-LDH/PP,and UV-SDS-LDH/PP,and the SEM images with elemental mapping of UV-SDS-LDH/PP

2.3 LDH/PP薄膜性能分析

光穩(wěn)定劑在PP中的耐遷移性是一項(xiàng)非常重要的性能指標(biāo)，高的耐遷移性意味著光穩(wěn)定劑能長(zhǎng)期存在于PP中，進(jìn)而長(zhǎng)期發(fā)揮光穩(wěn)定作用。本文采用溶劑抽提法測(cè)試PP薄膜中UV-531的遷移率，測(cè)試前先繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。配制濃度分別為5、10、20和50 mg/L的UV-531乙醇溶液，然后測(cè)試溶液在289 nm處的吸光度，得到如圖5（a）所示的標(biāo)準(zhǔn)曲線。該標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性相關(guān)系數(shù)(R2)達(dá)到0.99997，說(shuō)明通過(guò)吸光度可準(zhǔn)確計(jì)算溶液中UV-531的濃度，進(jìn)而得到UV-531的遷移率。

測(cè)試過(guò)程中在0.5、1、2、4、8、16和32 h時(shí)取樣分析，得到UV/PP和UV-SDS-LDH/PP薄膜的遷移曲線[(圖5(b)]。從UV/PP的遷移曲線可看出，在前2 h遷移率快速增大，由0.5 h的37%增加至2 h的70%；2 h后遷移率增速明顯下降，4 h時(shí)遷移率為80%，基本達(dá)到平衡，32 h時(shí)遷移率僅增加至83%。UV-SDS-LDH/PP薄膜遷移曲線的趨勢(shì)與UV/PP薄膜類似，但其遷移率和遷移速率明顯低于UV/PP薄膜，0.5 h時(shí)其遷移率僅為11%，4 h時(shí)才達(dá)到38%；4 h后遷移速率明顯降低，8 h時(shí)遷移率為45%，16 h時(shí)增加至50%，基本達(dá)到平衡，32 h時(shí)遷移率略微增加(50.5%)。由此可見，插層組裝顯著降低了UV-531的遷移速率和遷移量，提高了光穩(wěn)定劑的耐遷移性，可歸因于水滑石主體層板的物理阻隔作用和層間客體的相互作用阻礙了UV-531的遷移。

圖5 UV-531吸光度與濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線及UV/PP和UV-SDS-LDH/PP薄膜中UV-531的遷移曲線Fig.5 The standard curve of absorbance and the UV-531 concentration and the migration curves of UV-531 in the UV/PPand UV-SDS-LDH/PPfilms

PP材料的熱穩(wěn)定性對(duì)其應(yīng)用具有重要影響，通常希望PP制品能具有高的熱穩(wěn)定性。采用差熱天平對(duì)PP、UV/PP和UV-SDS-LDH/PP的熱穩(wěn)定性進(jìn)行分析，得到的熱重曲線如圖6所示。PP的熱失重范圍位于290～460℃，其10%失重溫度(T0.1)和50%失重溫度(T0.5)分別為354和411℃。而UV/PP的熱分解溫度明顯低于PP，在低于200℃時(shí)即開始分解，其T0.1和T0.5分別為276和368℃，分別比PP低78和43℃，這可能是由于UV-531的熱穩(wěn)定性較低，加熱分解后產(chǎn)生自由基促進(jìn)了PP的降解。值得注意的是，UV-SDS-LDH/PP的熱分解溫度明顯高于PP，其起始分解溫度達(dá)到350℃，比PP提高了近60℃；同時(shí)其T0.1和T0.5分別達(dá)到了405和441℃，比PP提高了51和30℃，說(shuō)明UV-SDS-LDH可有效提高PP的熱穩(wěn)定性。上述結(jié)果表明UV-531和UV-SDS-LDH對(duì)PP的熱穩(wěn)定效果相反，歸因于插層組裝提高了UV-531的熱穩(wěn)定性，使其不易分解產(chǎn)生加速PP降解的自由基。

圖6 PP、UV/PP和UV-SDS-LDH/PP的熱重曲線Fig.6 The TGcurves of PP,UV/PPand UV-SDS-LDH/PP

光穩(wěn)定性是PP制品一項(xiàng)極為重要的性能參數(shù)，決定了PP制品的戶外使用壽命。本文使用紫外加速老化箱測(cè)試樣品的耐光老化性能，每老化10 min后采用傅里葉變換紅外光譜儀對(duì)樣品的老化程度進(jìn)行表征，PP、UV/PP、SDS-LDH/PP和UV-SDSLDH/PP薄膜光老化前后的紅外譜圖如圖7(a)～(d)所示。PP在光老化過(guò)程中分子鏈發(fā)生氧化，生成大量的羰基[37-39]，其位置位于1714 cm-1附近，因此隨光老化時(shí)間增加，PP的光氧化程度增大，1714 cm-1處吸收峰的強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)[圖7(a)]。UV/PP、SDS-LDH/PP和UV-SDS-LDH/PP的紅外譜圖[圖7(b)～(d)]中亦可觀察到類似的變化，說(shuō)明經(jīng)過(guò)紫外光照射后，這些樣品均發(fā)生了不同程度的光氧化。在光老化過(guò)程中，由于亞甲基C—H鍵在840 cm-1的面外彎曲振動(dòng)吸收峰的強(qiáng)度不發(fā)生變化，因此將其作為內(nèi)標(biāo)，將C O與C—H的強(qiáng)度比定義為羰基指數(shù)(carbonyl index)，用于定性評(píng)估PP的光老化程度。圖7(e)顯示了PP、UV/PP、SDS-LDH/PP和UV-SDS-LDH/PP的羰基指數(shù)變化曲線，從圖中可以看出所有樣品在老化前的羰基指數(shù)均不為0且UV/PP的羰基指數(shù)最大，這是由于在這些樣品制備過(guò)程中PP發(fā)生了不同程度的熱氧老化且UV/PP發(fā)生氧化的程度最大；隨光老化時(shí)間增加，PP、UV/PP、SDS-LDH/PP和UVSDS-LDH/PP的羰基指數(shù)均不斷增大，且PP的增加幅度最大；當(dāng)老化時(shí)間增加到30 min后，PP的羰基指數(shù)超過(guò)了其他3個(gè)樣品的羰基指數(shù)，說(shuō)明PP的光老化程度最大，添加UV-531、SDS-LDH和UVSDS-LDH均可提高PP的耐光老化性能。

為進(jìn)一步比較UV-531、SDS-LDH和UV-SDSLDH對(duì)PP的光穩(wěn)定效果，將老化后的羰基指數(shù)減去老化前的羰基指數(shù)，即得到光老化指數(shù)(photoaging index)，代表了由紫外光老化導(dǎo)致的羰基增加量。圖7(f)顯 示 了PP、UV/PP、SDS-LDH/PP和UV-SDSLDH/PP的光老化指數(shù)變化曲線，由圖可知4個(gè)樣品的光老化指數(shù)按照PP＞SDS-LDH/PP＞UV/PP＞UV-SDS-LDH/PP的順序遞減；光老化10 min時(shí)，PP的光老化指數(shù)為14.1×10-3，明顯大于SDS-LDH/PP(11.7×10-3)、UV/PP(8.9×10-3)和UV-SDS-LDH(2.1×10-3)；當(dāng)光老化時(shí)間增加至50 min時(shí)，PP的光老化指數(shù)增大至65.9×10-3，而SDS-LDH/PP、UV/PP和UV-SDS-LDH/PP的光老化指數(shù)僅增加至41.5×10-3、35.6×10-3和23.9×10-3。這 些 結(jié) 果 表 明UVSDS-LDH具有最佳的光穩(wěn)定效果，歸因于UVSDS-LDH兼具UV-531和LDH層板的紫外阻隔能力且兩者可發(fā)揮協(xié)同作用，顯著提升PP的耐光老化性能。

圖7 PP、SDS-LDH/PP、UV/PP和UV-SDS-LDH不同光老化時(shí)間的紅外譜圖、羰基指數(shù)和光老化指數(shù)Fig.7 FT-IRspectra,carbonyl index and photoaging index of PP,UV/PP,SDS-LDH/PPand UV-SDS-LDH before and after light aging with different time

3 結(jié) 論

(1)本文首先采用共沉淀-離子交換法制備了高純度的SDS-LDH，再借助LDH層間客體的分子間作用力將紫外吸收劑UV-531中性分子組裝至SDS-LDH層間，得到了UV-531與SDS共插層結(jié)構(gòu)LDH(UV-SDS-LDH)。XRD、FT-IR和UV-Vis表征表明UV-SDS-LDH形成了共插層結(jié)構(gòu)，SEM顯示UV-SDS-LDH呈褶皺的片層形貌。

(2)采用熔融共混法制備了UV-SDS-LDH/PP復(fù)合材料，研究發(fā)現(xiàn)UV-SDS-LDH較均勻地分散于PP基體中，賦予了PP薄膜優(yōu)異的紫外阻隔能力，使200～350 nm波段紫外線的平均透光率小于3%。

(3)研究發(fā)現(xiàn)，由于LDH主體層板和層間SDS客體的阻隔效應(yīng)，插層組裝大幅度提高了UV-531的耐遷移性和穩(wěn)定性；添加1%的UV-SDS-LDH可有效提高PP的熱穩(wěn)定性，使PP的T0.5由411℃提高到441℃；由于UV-531和LDH層板可發(fā)揮協(xié)同紫外阻隔作用，顯著提升了PP的紫外光屏蔽性能，進(jìn)而大幅度增強(qiáng)了PP的耐光老化性能。因此，本文所制備的共插層結(jié)構(gòu)UV-SDS-LDH是一種具有優(yōu)異綜合性能的光穩(wěn)定劑，在PP領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。