專利名稱：一種制備納米級(jí)氧化硅/氧化鈦復(fù)合顆粒的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備納米顆粒的方法，尤其涉及一種制備高效紫外屏蔽材料—納米級(jí)氧化硅/氧化鈦復(fù)合顆粒的方法。
氧化鈦(TiO2)是一種與現(xiàn)代生活關(guān)系十分密切的重要化工原料，是化學(xué)工業(yè)支柱之一。納米氧化鈦是20世紀(jì)80年代末發(fā)展起來的主要納米材料之一。傳統(tǒng)的鈦白粒徑為一般可見光波長(400～700nm)的1/2左右，而納米TiO2粒徑僅為10～50nm，能透過可見光及散射波長更短(200～400nm)的紫外光。在紫外光的波長(290nm～400nm)范圍內(nèi)，粒徑為20nm的氧化鈦吸收紫外線能力比粒徑為200nm的氧化鈦要強(qiáng)得多。特別是金紅石型納米TiO2粒子，由于其物理、化學(xué)穩(wěn)定性，以及耐候性等均優(yōu)于銳鈦型粒子，因此是一種高效、新型的無機(jī)紫外屏蔽材料。但是現(xiàn)有一般納米氧化鈦主要屏蔽UV-B紫外線(280～320nm)，對(duì)UV-A(320～380nm)屏蔽能力則較弱。且雖然納米氧化鈦在防曬化妝品、食品包裝材料、高檔油墨涂料、塑料、催化劑原料、吸收劑、精細(xì)陶瓷等領(lǐng)域中顯示了廣闊的應(yīng)用前景，但實(shí)際應(yīng)用中仍需進(jìn)一步提高其透明性及紫外屏蔽能力。
納米級(jí)氧化硅/氧化鈦復(fù)合顆粒具有較好的透明性及紫外屏蔽能力，目前生產(chǎn)納米級(jí)氧化硅/氧化鈦復(fù)合顆粒有多種方法。例如亨(Hung)等詳細(xì)描述了在高溫氣相反應(yīng)器中采用燃燒法合成超細(xì)SiO2-GeO2、TiO2-Al2O3等復(fù)合顆粒的方法〖材料研究學(xué)報(bào)(J.Mater.Res.)，1992年第7卷第7期〗。高溫氣相反應(yīng)對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)、材質(zhì)和操作的要求很高，對(duì)批量較小的納米顆粒而言，產(chǎn)業(yè)化難度較大。喻志剛等將硅溶膠體系中納米氧化硅為核，以鈦酸正丁酯等原料，利用表面包覆技術(shù)，通過溶膠法制備了18nm和40nm兩種粒徑均勻、單分散的氧化硅/氧化鈦復(fù)合顆粒(復(fù)合材料學(xué)報(bào)，2000年第17卷第4期)。該法缺點(diǎn)是原料成本高、生產(chǎn)效率較低。EP393857提供了一種亞微米級(jí)(0.2～0.3μm)涂料鈦白表面包覆氧化硅處理劑的技術(shù)，其目的是提高氧化鈦遮蓋力和耐候性，但該法主要適用于亞微米級(jí)氧化鈦表面處理。由于納米顆粒表面能大、易團(tuán)聚，特別是經(jīng)高溫煅燒獲得的納米氧化鈦顆粒間已有部分團(tuán)聚或燒結(jié)產(chǎn)生，采用一般的技術(shù)很難實(shí)施原級(jí)粒子包覆。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種制備納米級(jí)氧化硅/氧化鈦復(fù)合顆粒的方法，其特征在于，首先在濃度為50～200g/L的金紅石型納米氧化鈦懸浮液中加入濃度為0.05～0.1％(重量)的分散劑，經(jīng)強(qiáng)力攪拌結(jié)合超聲波振蕩后，得到分散均勻的納米氧化鈦懸浮液，然后加入硅酸鈉溶液，加熱至60±2℃，再緩慢滴加稀硫酸，調(diào)節(jié)懸浮液pH至7.5，反應(yīng)1小時(shí)，在納米氧化鈦表面均勻淀積氧化硅，產(chǎn)物經(jīng)冷卻過濾、洗滌至無SO42-，最后將濾餅干燥、粉碎后得到納米級(jí)氧化硅/氧化鈦復(fù)合顆粒。
所述的分散劑選白六偏磷酸鈉、焦磷酸鉀、三聚磷酸鉀的一種或幾種。
所述的納級(jí)米氧化硅/氧化鈦復(fù)合顆粒中氧化硅與氧化鈦的重量之比為0.05∶1～0.5∶1。
本發(fā)明揭示了用于紫外光屏蔽材料—納米氧化硅/氧化鈦復(fù)合顆粒生產(chǎn)的一種新工藝，該工藝生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單，易于工業(yè)化。它不存在現(xiàn)有生產(chǎn)方法的缺陷，所生產(chǎn)的納米級(jí)氧化硅/氧化鈦復(fù)合顆粒具有優(yōu)異的可見光透過性和紫外線屏蔽能力。由于該復(fù)合顆粒成本低于純納米氧化鈦，因而具有更強(qiáng)實(shí)用性。這種新工藝的特點(diǎn)是將金紅石型納米氧化鈦懸浮液經(jīng)一定手段分散中，采用特殊工藝在納米氧化鈦表面均勻淀積氧化硅，獲得納米級(jí)氧化硅/氧化鈦復(fù)合顆粒，其中納米級(jí)氧化鈦與氧化硅之間將產(chǎn)生一定的協(xié)同作用，從而大大提高復(fù)合顆粒紫外線屏蔽能力，特別是能有效屏蔽UV-A。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明突出的優(yōu)點(diǎn)是1)采用特定的納米氧化鈦表面包覆氧化硅技術(shù)，能在納米氧化鈦表面形成氧化硅包覆層，該包覆層能與氧化鈦產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，提高顆粒透明性和屏蔽紫外線能力。
2)本發(fā)明提供的制備工藝過程簡(jiǎn)單易控制，是常壓下液相反應(yīng)，易擴(kuò)大到工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。
3)產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，外觀極白，顆粒粒徑分布20～40nm。
在50g去離子水中加入5g金紅石型納米二氧化鈦{按EP2205088提供的方法制備，顆粒晶型和形貌分別如

圖1和圖2所示，0.005％重量該顆粒的懸浮液對(duì)UV-A(320～380nm)和UV-B(280～320nm)的透過率分別為24～40％、23～24％，}，攪拌均勻后加入少量六偏磷酸鈉、濃度為0.05％重量，在保持強(qiáng)力攪拌(攪拌速度為200r/min)的前提下，超聲波分散30min。然后加入3.7ml濃度為139.3g/L的硅酸鈉溶液，加熱至60±2℃，緩慢滴加2mol/l的硫酸溶液，調(diào)節(jié)懸浮液pH值至7.5，升溫至70℃，保溫反應(yīng)1小時(shí)。將懸浮液抽濾、洗滌，濾餅干燥、粉碎得納米二氧化鈦/二氧化硅復(fù)合顆粒。復(fù)合顆粒中氧化硅與氧化鈦物質(zhì)的重量之比為0.07∶1，復(fù)合顆粒粒徑為20～30nm(見圖3)。0.005％重量復(fù)合顆粒懸浮液對(duì)UV-A(320～380nm)和UV-B(280～320nm)的透過率分別為18～23％、16～18％，對(duì)UV-A和UV-B波段的紫外線屏蔽能力較純金紅石型納米二氧化鈦有較大幅度的提高。
權(quán)利要求
1.一種制備納米級(jí)氧化硅/氧化鈦復(fù)合顆粒的方法，其特征在于，首先在濃度為50～200g/L的金紅石型納米氧化鈦懸浮液中加入濃度為0.05～0.1％(重量)的分散劑，經(jīng)強(qiáng)力攪拌結(jié)合超聲波振蕩后，得到分散均勻的納米氧化鈦懸浮液，然后加入硅酸鈉溶液，加熱至60±2℃，再緩慢滴加稀硫酸，調(diào)節(jié)懸浮液pH至7.5，反應(yīng)1小時(shí)，在納米氧化鈦表面均勻淀積氧化硅，產(chǎn)物經(jīng)冷卻過濾、洗滌至無SO42-，最后將濾餅干燥、粉碎后得到納米級(jí)氧化硅/氧化鈦復(fù)合顆粒。
2.如權(quán)利要求1所述的制備納米級(jí)氧化硅/氧化鈦復(fù)合顆粒的方法，其特征在于，所述的分散劑選自六偏磷酸鈉、焦磷酸鉀、三聚磷酸鉀的一種或幾種。
3.如權(quán)利要求1所述的制備納米級(jí)氧化硅/氧化鈦復(fù)合顆粒的方法，其特征在于，所述的納級(jí)米氧化硅/氧化鈦復(fù)合顆粒中氧化硅與氧化鈦的重量之比為0.05∶1～0.5∶1。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備納米級(jí)氧化硅/氧化鈦復(fù)合顆粒的方法，其特征是采用金紅石型納米氧化鈦懸浮液，經(jīng)強(qiáng)力攪拌結(jié)合超聲波振蕩分散后，加入硅酸鈉溶液，然后滴加稀硫酸，在納米氧化鈦表面均勻淀積氧化硅，產(chǎn)品經(jīng)過濾、洗滌、干燥及粉碎后得到納米氧化硅與氧化鈦復(fù)合顆粒。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單、成本較低、易于產(chǎn)業(yè)化；所生產(chǎn)的納米級(jí)氧化硅/氧化鈦復(fù)合顆粒具有優(yōu)異的可見光透過性和紫外線屏蔽能力。
文檔編號(hào)C09C3/06GK1407029SQ01126550
公開日2003年4月2日 申請(qǐng)日期2001年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月27日
發(fā)明者施利毅, 韓雨君 申請(qǐng)人:上海大學(xué), 深圳市成殷高新技術(shù)有限公司