一種納米二氧化鈦的改性方法
2023-05-25 13:49:41 4
專利名稱：一種納米二氧化鈦的改性方法
技術領域：
本發明涉及一種納米二氧化鈦的改性方法，主要是在納米二氧化鈦粒子表面弓I入官能團，從而改善納米二氧化鈦的分散性、耐候性和自清潔性，屬於粉末材料加工技術領域。
背景技術：
由於納米二氧化鈦具有良好的抗紫外線性能、良好的耐候性、耐化學腐蝕性、耐熱性、光催化性、熱穩定性、對人體無害等特徵，被廣泛應用於顏料如塗料、橡膠、塑料、造紙等行業，同時還作為光催化劑、光電電池、紫外線屏蔽劑等被廣泛應用；未經表面處理的納米二氧化鈦表面一般被極性基團(如-0H)所包覆，所以納米二氧化鈦容易因極性吸附或吸溼而產生團聚，成為帶有若干弱連接界面的尺寸較大的團聚體，並且難以分散於有機溶劑中， 從而使其在工業上的應用受到了很大的限制；因此對納米二氧化鈦進行表面修飾，提高其在溶劑中的分散性、減少二次團聚是非常重要的，我國納米二氧化鈦產量雖然大但是產品質量不高，與國外一些知名企業的產品差距較大。所以研發出一種生產高品質納米二氧化鈦的方法是十分必要的。
發明內容
為解決納米二氧化鈦顆粒的團聚問題，提高其分散性、耐候性、抗紫外線性能等，本發明提供了一種矽烷偶聯劑改性的納米二氧化鈦及其製備方法。矽烷偶聯劑KH-550改性納米二氧化鈦的反應過程如下圖I ;該反應過程分為四步，第一步是KH-550中與Si相連的3個水解基團與水反應，生成矽醇；第二步是矽醇之間脫水縮合成Si-OH的低聚矽氧烷；第三步是低聚矽氧烷的Si-OH與納米二氧化鈦粉體表面上的OH反應，形成氫鍵；第四步是加熱的過程中產生脫水及固化，達到與納米二氧化鈦粉體形成牢固的共價鍵結合。目前文獻報導的矽烷偶聯劑KH-550加入方法是直接加入，或水解加入，而本發明的實驗表明，在偏鹼性的條件下可加速矽烷偶聯劑KH-550的水解，減少反應時間，提高改性效果；改性後，矽烷偶聯劑KH-550牢固的鍵合在納米二氧化鈦粉體表面，KH-550的加入能有效改善納米二氧化鈦填料在聚合物中的潤溼性和分散性，本專利提供了較為合適的PH值範圍和改性時間。為達到發明目的本發明採用的技術方案是一種納米二氧化鈦的改性方法，其特徵在於經過下列步驟製得
A、將納米二氧化鈦粉末加入乙醇溶液中，配置成質量濃度為1-5%的乙醇溶液，超聲振蕩使得納米二氧化鈦粉末在乙醇溶液中混合均勻；
B、按二氧化鈦質量的O.5-3%，取矽烷偶聯劑KH-550加入去離子水中，配置成質量濃度為1-5%的水溶液，調節pH值至8-11，超聲振蕩使得矽烷偶聯劑KH-550在去離子水中預水解；C、將步驟B所得的水溶液加入步驟A所得的乙醇溶液中，攪拌均勻，在80°C下超聲振蕩2-4h ；
D、對C中所得混合漿料按常規進行乙醇洗、水洗、抽濾、烘乾、研磨後，得到表面改性的
納米二氧化鈦產品。本發明所述的 矽烷偶聯劑KH-550改性的納米二氧化鈦有益效果主要體現在(1)所述矽烷偶聯劑KH-550改性的納米二氧化鈦在有機溶劑中的分散性得到提高，從而提高其耐候性和抗紫外線性能等；(2)原料廉價、普通，工藝簡單、成本低，利於工業化生產。
圖I是娃燒偶聯劑KH-550改性納米二氧化欽的反應過程原理圖； y為-CH2CH2CH2NH2，是非水解基團；X為-OC2H5，是可水解基團；
圖2是傅立葉變換紅外光譜儀測得矽烷偶聯劑KH-550改性的納米二氧化鈦粉末紅外譜圖；(a)未改性的納米二氧化鈦；(b)矽烷偶聯劑KH-550改性的納米二氧化鈦；
圖3是用透射電子顯微鏡觀察納米粒子的形貌圖；(a)為未改性納米二氧化鈦的TEM圖，(b)為矽烷偶聯劑KH-550改性納米二氧化鈦的TEM圖。
具體實施例方式下面結合具體方式對本發明進行進一步描述
實施例I
本發明所提供的表面改性的納米二氧化鈦，經下列步驟製得
A、將納米二氧化鈦粉末加入乙醇溶液中，配置成質量濃度為5%的乙醇溶液，超聲振蕩使得納米二氧化鈦粉末在乙醇溶液中混合均勻；
B、按二氧化鈦質量的O.5%，取矽烷偶聯劑KH-550加入去離子水中，配置成質量濃度為1%的水溶液，調節PH值至8，超聲振蕩使得矽烷偶聯劑KH-550在去離子水中預水解；
C、將B所得的水溶液加入A所得的溶液中，攪拌均勻，在80°C下超聲振蕩4h；
D、對C中所得混合漿料按常規進行乙醇洗、水洗、抽濾、烘乾、研磨後，得到表面改性的納米二氧化鈦產品。實施例2
本發明所提供的表面改性的納米二氧化鈦，經下列步驟製得
A、將納米二氧化鈦粉末加入乙醇溶液中，配置成質量濃度為4%的乙醇溶液，超聲振蕩使得納米二氧化鈦粉末在乙醇溶液中混合均勻；
B、按二氧化鈦質量的1%，取矽烷偶聯劑KH-550加入去離子水中，配置成質量濃度為2%的水溶液，調節PH值至9，超聲振蕩使得矽烷偶聯劑KH-550在去離子水中預水解；
C、將步驟B所得的水溶液加入步驟A所得的乙醇溶液中，攪拌均勻，在80°C下超聲振蕩
4h ；
D、對步驟C中所得混合漿料按常規進行乙醇洗、水洗、抽濾、烘乾、研磨後，得到表面改性的納米二氧化鈦產品。實施例3
A、將納米二氧化鈦粉末加入乙醇溶液中，配置成質量濃度為3%的乙醇溶液，超聲振蕩使得納米二氧化鈦粉末在乙醇溶液中混合均勻；
B、按二氧化鈦質量的2%，取矽烷偶聯劑KH-550加入去離子水中，配置成質量濃度為3%的水溶液，調節PH值至10，超聲振蕩使得矽烷偶聯劑KH-550在去離子水中預水解；
C、將步驟B所得的水溶液加入步驟A所得的乙醇溶液中，攪拌均勻，在80°C下超聲振蕩
3h ；
D、對步驟C中所得混合漿料按常規進行乙醇洗、水洗、抽濾、烘乾、研磨後，得到表面改 性的納米二氧化鈦產品。實施例4
A、將納米二氧化鈦粉末加入乙醇溶液中，配置成質量濃度為2%的乙醇溶液，超聲振蕩使得納米二氧化鈦粉末在乙醇溶液中混合均勻；
B、按二氧化鈦質量的3%，取矽烷偶聯劑KH-550加入去離子水中，配置成質量濃度為4%的水溶液，調節PH值至11，超聲振蕩使得矽烷偶聯劑KH-550在去離子水中預水解；
C、將步驟B所得的水溶液加入步驟A所得的乙醇溶液中，攪拌均勻，在80°C下超聲振蕩
2h ；
D、對步驟C中所得混合漿料按常規進行乙醇洗、水洗、抽濾、烘乾、研磨後，得到表面改性的納米二氧化鈦產品。對所製備的矽烷偶聯劑KH-550改性的納米二氧化鈦粒子經傅立葉變換紅外光譜儀(FT-IR)、透射電子顯微鏡(TEM)觀察納米粒子表面的官能團吸收峰、及其在有機溶劑中的分散和形貌。(I) FT-IR 分析
傅立葉變換紅外光譜儀(FT-IR)測得矽烷偶聯劑KH-550改性的納米二氧化鈦粉末紅外譜圖，分析其官能團的吸收峰；圖2分別為未改性的納米二氧化鈦(a)和矽烷偶聯劑KH-550改性的納米二氧化鈦(b)的紅外譜圖，(b)中2846. 64cm_1和2921. 3Icm^1處可以看到明顯的亞甲基振動峰，說明矽烷偶聯劑KH-550已經鍵合到納米二氧化鈦粒子表面。(2) TEM 觀察
將改性後的納米二氧化鈦粉末分散於無水乙醇中，用透射電子顯微鏡觀察納米粒子的形貌；圖3中(a)為未改性納米二氧化鈦的TEM圖，(b)為矽烷偶聯劑KH-550改性納米二氧化鈦的TEM圖；從圖中可明顯看出，改性後的納米二氧化鈦粒子分散較好，無明顯聚集現象，說明改性後的納米二氧化鈦粒子能較好的分散於有機溶劑中，有效降低了納米粒子的軟團聚現象。
權利要求
1.一種納米二氧化鈦的改性方法，其特徵在於經過下列步驟製得 A、將納米二氧化鈦粉末加入乙醇溶液中，配置成質量濃度為1-5%的乙醇溶液，超聲振蕩使得納米二氧化鈦粉末在乙醇溶液中混合均勻； B、按二氧化鈦質量的O.5-3%，取矽烷偶聯劑KH-550加入去離子水中，配置成質量濃度為1-5%的水溶液，調節pH值至8-11，超聲振蕩使得矽烷偶聯劑KH-550在去離子水中預水解； C、將步驟B所得的水溶液加入步驟A所得的乙醇溶液中，攪拌均勻，在80°C下超聲振蕩2-4h ； D、對C中所得混合漿料按常規進行乙醇洗、水洗、抽濾、烘乾、研磨後，得到表面改性的納米二氧化鈦產品。
全文摘要
本發明涉及一種納米二氧化鈦的改性方法，主要是在納米二氧化鈦粒子表面引入官能團，從而改善納米二氧化鈦的分散性、耐候性和自清潔性，屬於粉末材料加工技術領域。本發明所述的矽烷偶聯劑KH-550改性的納米二氧化鈦有益效果主要體現在(1)所述矽烷偶聯劑KH-550改性的納米二氧化鈦在有機溶劑中的分散性得到提高，從而提高其耐候性和抗紫外線性能等；(2)原料廉價、普通，工藝簡單、成本低，利於工業化生產。
文檔編號C09C3/12GK102660153SQ201210128728
公開日2012年9月12日 申請日期2012年4月28日 優先權日2012年4月28日
發明者姜冬, 宋仁國, 李鑫偉, 王超 申請人:常州大學