專利名稱：一種屏蔽紫外線納米ZnO/TiO的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無機非金屬材料領(lǐng)域，涉及共沉淀制備屏蔽紫外線的納米ZnO/TiO2復(fù)合粉體的一種新型的制備工藝。
背景技術(shù)：
自上世紀80年代以來，人類賴以生存的生態(tài)環(huán)境已引起世界各國的關(guān)注。美國的Scotto等人在美國設(shè)立許多地面測量紫外線觀測點，測量結(jié)果表明十二年間地面紫外線輻射量增加明顯，對生態(tài)環(huán)境和人類健康造成了巨大影響。隨著人們的健康意識的增強，紫外線屏蔽已引起國內(nèi)外材料學(xué)界的廣泛關(guān)注。傳統(tǒng)的紫外線屏蔽劑大多數(shù)是有機物，如二苯甲酮系、苯并三唑系、水楊酸酯系等。它們屏蔽紫外線的波長較短，容易分解，不同程度的存在一定毒性，其紫外線屏蔽性能會隨著涂層日曬時間的延長逐漸降低，最終失效。由于納米材料科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用某些有紫外線屏蔽性能的納米無機粒子作為抗紫外線添加劑，已經(jīng)成為研究的熱點之一。近年來諸如納米量級的氧化鋅、二氧化鈦和氧化鐵紅等一批無機粉體的紫外屏蔽劑，因為有很高的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、非遷移性、無味、無毒、無刺激性，使用更為安全，因而倍受青睞。應(yīng)用最廣泛的是納米TiO2、ZnO。納米ZnO、TiO2吸收紫外線能力強，對UVA、UVB都有屏蔽作用，可見光透過率大。因此無機納米抗紫外劑納米TiO2、ZnO很快登上世界抗紫外線材料的舞臺，被廣泛應(yīng)用于各類日化產(chǎn)品中，并逐步取代了一些有機紫外吸收劑。目前研究的方向主要是屏蔽紫外線單一粉體的制備。
雖然納米TiO2和ZnO都有良好的屏蔽紫外線性能，但在紫外長波段納米TiO2不如納米ZnO；而在紫外中波段，納米TiO2的屏蔽紫外線能力大大高于納米ZnO。結(jié)合納米TiO2和ZnO的優(yōu)點可以制得紫外屏蔽性能更加優(yōu)異的廣譜紫外屏蔽劑。納米級ZnO/TiO2復(fù)合粉體研究應(yīng)用極具發(fā)展前途。
經(jīng)檢索查新，國內(nèi)尚無報道以偏鈦酸為原料，用共沉淀法制備屏蔽紫外線的納米ZnO/TiO2復(fù)合粉體的報道。
Ocana，Manuel.Preparation and properties of uniform-coated colloidal particles.6.Titania on zinc oxide.Langmuir，1991，72911-2916[2]金名惠，張家新.納米ZnO/TiO2復(fù)合顆粒制備及紫外屏蔽性能研究.華中科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2005，33(2)119-121[3]趙旭，楊少鳳，趙敬哲，劉艷華，徐慧芳，王子忱.氧化鋅包覆超細二氧化鈦的制備及其紫外屏蔽性能.高等學(xué)校化學(xué)學(xué)報，2000，21(11)1617-1620[4]Lilly.G，Daniel.G.Formation of Zinc Oxide-Titanium Dioxide Composite Nanoparticles in Supercritical Water.Industrial andEngineering Chemistry Research，2003，425535-5540[5]Chuqhtai，F(xiàn)ALYYAZ.Sorption behavior of microamounts of zinc on titanium oxide from aqueous solutions.SeparationScience and Technology，1991，261131-1146[6]廖莉鈴，劉吉平.納米級ZnO-TiO2復(fù)合粉體的制備及性能研究.黔南民族師范學(xué)院學(xué)報，2002，(3)1-2發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于針對單一粉體屏蔽紫外線波長范圍窄，屏蔽效果不理想等缺陷，采用共沉淀法制備納米ZnO/TiO2前驅(qū)體粉體，經(jīng)高溫煅燒制備屏蔽紫外線的納米ZnO/TiO2復(fù)合粉體，新工藝合成的納米ZnO/TiO2復(fù)合粉體在整個UVA和UVB波段都能有效屏蔽紫外線。
本發(fā)明制備前驅(qū)體粉末時以工業(yè)偏鈦酸，硫酸鋅為原料，先用濃硫酸溶解偏鈦酸，凈化制得TiOSO4溶液，按照Zn2+/Ti4+摩爾比為1∶1的比例與硫酸鋅溶液混合，在混合溶液中加入一定量添加劑，充分攪拌均勻，快速加入適量氨水，控制終點pH，得到Zn(OH)2/TiO(OH)2前驅(qū)體，過濾，洗滌，烘干，磨細。
為了得到均勻的納米級ZnO/TiO2粒子，本發(fā)明考察了不同表面活性劑的影響，認為在添加聚乙二醇(PEG)進行沉淀反應(yīng)有利于Zn(OH)2/TiO(OH)2前驅(qū)體超微細化。因為PEG的親水基團通過靜電引力和氫鍵吸附在TiO(OH)2和Zn(OH)2膠粒表面，從而在膠體表面形成一層大分子溶劑化膜，在空間上阻隔膠?；ハ嗯鲎?，防止膠粒團聚、長大而沉淀。附著在TiO(OH)2和Zn(OH)2膠粒表面上的PEG防止了粉末在洗滌及烘干過程中的團聚。本發(fā)明在加入PEG400時得到的ZnO/TiO2復(fù)合粉體樣品粒徑最小。
在單因素實驗的基礎(chǔ)上選擇對復(fù)合粉體粒徑改善最佳的PEG400作為表面活性劑，進行正交實驗。在所選參數(shù)水平中最優(yōu)方案為反應(yīng)溶液的終點pH值為7；添加劑量為1ml；Zn2+/Ti4+摩爾比為1∶1。
本發(fā)明制備的納米ZnO/TiO2復(fù)合粉體與傳統(tǒng)無機抗紫外粉體比有以下優(yōu)點1、新工藝以工業(yè)偏鈦酸，硫酸鋅為原料，用共沉淀法制備納米TiO2/ZnO復(fù)合粉體，使原料成分達到分子水平混合，制備的粉體材料化學(xué)組分均勻；2、新工藝加入PEG400作為表面活性劑，改善復(fù)合粉體前驅(qū)體在溶液中的分散性，有效控制納米粒子的尺寸；3、新工藝針對ZnO、TiO2單一粉體屏蔽紫外線范圍窄的缺點，將二者優(yōu)點結(jié)合起來，制備出了廣譜紫外屏蔽劑；4、新工藝體系中生成的ZnTiO3相，相當于引進金紅石TiO2的晶種，可以促進TiO2由銳鈦型向金紅石型轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)低溫轉(zhuǎn)化。
5、新工藝制備的納米TiO2/ZnO復(fù)合粉體組分中含有多種成分，D50為63nm；6、新工藝制備的納米TiO2/ZnO復(fù)合粉體，對于UVB和UVA都有很好屏蔽作用，能屏蔽90％以上的紫外線。


最佳工藝條件下制得的樣品進行不同溫度煅燒實驗，對煅燒樣品進行紫外屏蔽性能測試，煅燒溫度為800℃時納米ZnO/TiO2復(fù)合粉體的D50為63nm，紫外屏蔽性能優(yōu)異，能屏蔽90％以上的紫外線。粒徑分布圖見(附圖1)，晶粒形貌圖見(附圖2)。
X衍射分析(附圖3)顯示800℃下煅燒后得到的ZnO/TiO2復(fù)合粉體成分含有金紅石型二氧化鈦、氧化鋅和鈦酸鋅。對煅燒溫度為800℃的TiO2、ZnO單一粉體及其機械混合粉體與ZnO/TiO2復(fù)合粉體的紫外屏蔽性能的進行比較(機械混合粉體與復(fù)合粉體的Zn2+/Ti4+摩爾比均為1∶1)，如附圖4。納米TiO2/ZnO復(fù)合粉體既增寬了屏蔽范圍又提高了屏蔽性能，復(fù)合粉體對于UVB和UVA都能很好屏蔽，是一種性能優(yōu)異的廣譜紫外屏蔽劑。
具體實施例方式
實例1.TiOSO4的制備稱適量工業(yè)偏鈦酸，用稀鹽酸及氨水溶液洗滌去除偏鈦酸中雜質(zhì)后放入燒杯中，加入適量的蒸餾水，用超聲波分散均勻。再緩慢加入一定比例的濃硫酸，并在攪拌條件下恒溫加熱，反應(yīng)4～5小時。這時白色粘稠溶液稠度降低，并逐漸澄清。在鈦液中加入活性炭，攪拌半小時，過濾除去濾渣。得到TiOSO4溶液。
2.TiOSO4和硫酸鋅混合溶液的制備按一定比例將TiOSO4溶液和硫酸鋅溶液混合。
3.共沉淀制備Zn(OH)2/TiO(OH)2前驅(qū)體在混合溶液中加入一定量添加劑，充分攪拌均勻，快速加入適量氨水，控制終點pH，得到Zn(OH)2/TiO(OH)2前驅(qū)體，過濾，洗滌，烘干，磨細。
4.將前驅(qū)體于800℃下煅燒2h，再碾磨，得到納米ZnO/TiO2復(fù)合粉末。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明共沉淀法制備的屏蔽紫外線納米ZnO/TiO2復(fù)合粉體，其特征為粉體組分中含有多種成分，金紅石型TiO2、ZnO、ZnTiO3。
2.如權(quán)利要求1所述的一種由共沉淀法制備的屏蔽紫外線納米ZnO/TiO2復(fù)合粉體，以偏鈦酸作為鈦源，以硫酸鋅為鋅源，以PEG400作為表面活性劑，以去離子水為溶劑，以氨水為沉淀劑制備前驅(qū)體。
3.如權(quán)利要求1所述的一種由共沉淀法制備的屏蔽紫外線納米ZnO/TiO2復(fù)合粉體，經(jīng)陳化制備Zn(OH)2/TiO(OH)2沉淀。沉淀經(jīng)過濾、洗滌、干燥制得前驅(qū)體
4.如權(quán)利要求1所述的一種由共沉淀法制備的屏蔽紫外線納米ZnO/TiO2復(fù)合粉體，干前驅(qū)體經(jīng)高溫煅燒制備屏蔽紫外線納米ZnO/TiO2復(fù)合粉體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型屏蔽紫外線納米ZnO/TiO
文檔編號C01G9/02GK1785817SQ20051002234
公開日2006年6月14日 申請日期2005年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月21日
發(fā)明者張萍, 李哲, 冉鸝, 周大利, 尹光福, 楊為中 申請人:四川大學(xué)