纳米二氧化钛及其复合粉体的机械力化学反应制备法制造技术

本发明专利技术公开了一种纳米二氧化钛及其复合粉体的机械力化学反应法，涉及一种可用于化妆品、涂料等领域的纳米二氧化钛及其复合粉体的制备技术，其特征在于利用球磨过程中产生的剪切力、冲击力破碎固相反应体系，增加反应物的比表面积，提高反应速率，从而提高成核速率和长大速率的比值，制备出微细、均匀的前驱物，然后洗涤、干燥、控制热分解温度与时间，从而可获得不同晶型、不同粒径的纳米二氧化钛及其复合粉体，同时实现纳米二氧化钛的表面包覆。此种方法不仅简化了工艺，而且所制备的纳米二氧化钛晶型、形貌、粒径可控；通过调整反应体系及其配比，可在制备纳米二氧化钛的同时，在其表面生成纳米氧化锌、纳米三氧化二铝等无机物粉体，即在制备纳米二氧化钛的同时实现表面包覆。粉末粒径分布为３０－８０ｎｍ。

【技术实现步骤摘要】
纳米二氧化钛及其复合粉体的机械力化学反应制备法一、
该专利技术专利属于“纳米氧化物粉体制备技术”，涉及一种可用于化妆品、涂料等领域的纳米二氧化钛及其复合粉体的制备方法。二、
技术介绍
纳米TiO2因安全、无毒、无刺激，使用安全可靠，对UVA、UVB都有很好的屏蔽作用，稳定性好，吸收紫外线后不分解、不变色，因此被广泛应用于防晒化妆品、外墙涂料等紫外屏蔽领域。目前常采用气相沉积、溅射等物理方法及溶胶-凝胶、水热合成等化学方法制备纳米二氧化钛的粉末和薄膜。例如：申请号为200410022136.9、名称为“一种粒度分布可控金红石纳米二氧化钛的制备方法”的中国专利申请，申请号为200310106562.6、名称为“一种金红石相纳米二氧化钛的制备方法”的中国专利申请，申请号为03126532.4、名称为“纳米二氧化钛溶胶涂料及其制法和用途”的中国专利申请，申请号为01113393.7、名称为“以正钛酸为原料低温制备金红石纳米二氧化钛”的中国专利申请，申请号为99116814.3、名称为“一种纳米二氧化钛的制备方法”的中国专利申请；从以上中国专利申请的内容可以看出：这些制备方法所需设备复杂、其合成条件较为苛刻，生产周期较长，因而生产成本较高。此外，为了降低纳米二氧化钛的光学活性，必须对纳米二氧化钛进行表面包覆处理，从而增加了后续处理工艺。三、
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的不足，提供一种纳米二氧化钛及其复合粉体的机械力化学反应法，此种方法不仅简化了工艺，而且所制备的纳米二氧化钛晶型、粒径、形貌可控；通过调整反应体系及其配比，可在制备纳米二氧化钛的同时，在其表面生成纳米氧化锌、纳米三氧化二铝等无机物粉体，即在制备纳米二氧化钛的同时实现表面包覆。本专利技术的机理是：利用球磨过程中产生的剪切力、冲击力可破碎固相反应物，增加反应物的比表面积，提高反应物接触面和反应速率，因此提高了成核速率和长大速率的比值，能制备出微细、均匀的前驱物，然后控制热分解温度与时间，从而可获得不同晶型、不同粒径的纳米二氧化钛及其复合粉体，同时实现纳米二氧化钛的表面包覆。本专利技术提供的方法以单一含钛反应物、或含钛反应物与锌盐或铝盐的复合体及其配体为原料，工艺步骤依次如下：-->1、配料反应物与配体的摩尔比为1∶2-62、混料将符合比例的反应物及其配体进行混合，直至均匀为止；3、机械力化学反应法制备前驱物将混合均匀的反应体系进行球磨，使其在球磨过程中产生的机械剪切力、冲击力作用下反应生成前驱物，直至反应物与其配体完全发生化学反应为止；4、前驱物除杂前驱物除杂采用洗涤过滤法；5、前驱物干燥前驱物干燥采用自然风干或在30-80℃下烘干；6、前驱物热分解前驱物热分解温度控制在400-600℃，时间为2-4小时，可得到锐钛型纳米二氧化钛，也可在300-500℃下预烧0.5-1.5小时，然后在750-900℃分解，时间为1.5-4小时，得到金红石型纳米二氧化钛或表面包覆的金红石型纳米二氧化钛复合粉体。上述方法中，反应物为钛酸丁酯、偏钛酸、硫酸钛等含钛反应物或钛酸丁酯、偏钛酸、硫酸钛与硫酸锌(或氯化锌)、硫酸铝(或氯化铝)的混合物，配体主要为草酸、草酸钠、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸铵或碳酸氢铵等；球磨时所加入的润滑剂为乙醇或丙酮。本专利技术提供的方法制备的纳米二氧化钛及其复合粉体，粉末粒度分布为30-80nm，其粉末形貌可根据应用需要进行调节。本专利技术具有以下优点和有益效果：1、由于反应体系在球磨过程中产生的剪切力、冲击力的作用下发生反应，可增加反应物的比表面积，提高反应物的接触面和体系中粒子的扩散速度，因而化学反应速度加快，致使成核速率远远大于核长大速率，化学反应时间缩短，易形成细小微粒的前驱物，为获得纳米粉体创造了条件。2、通过调整热分解工艺，前驱物经过热分解可获得不同晶型的纳米二氧化钛及其复合粉体。-->四、附图说明图1是根据本专利技术所提供的纳米二氧化钛及其复合粉体的机械力化学反应制备法的一种工艺流程图。五、具体实施方式实施例1：本实施例中，反应物为钛酸丁酯，配体为草酸，工艺流程如图1所示，依次有以下步骤1、配料钛酸丁酯与草酸的摩尔比为1∶32、混料将符合比例的钛酸丁酯与草酸进行混合，直至均匀为止；3、机械力化学反应法制备前驱物将混合均匀的钛酸丁酯与草酸在室温、常压下进行球磨，使其在球磨过程中产生的机械剪切力、冲击力作用下反应生成前驱物，球磨机的转速控制在300转/分钟，球磨50分钟即可使钛酸丁酯与草酸完全发生化学反应生成前驱物；4、前驱物除杂前驱物除杂采用洗涤过滤法，洗涤剂为乙醇，洗涤过滤三次；5、前驱物干燥除杂后的前驱物在40℃下烘干，时间为6小时；6、前驱物热分解将烘干后的前驱物置于电阻炉或马弗炉中，热分解温度控制在500℃，时间为2小时，可得到锐钛型纳米二氧化钛；将烘干后的前驱物置于电阻炉或马弗炉中，热分解温度控制在800℃，时间为2小时，得到金红石型纳米二氧化钛。实施例2：本实施例中，反应物为硫酸钛，配体为碳酸钠，工艺流程如图1所示，依次有以下步骤1、配料硫酸钛与碳酸钠的摩尔比为1∶42、混料-->将符合比例的硫酸钛与碳酸钠进行混合，直至均匀为止；3、机械力化学反应法制备前驱物将混合均匀的硫酸钛与碳酸钠在室温、常压下进行球磨，使其在球磨过程中产生的机械剪切力、冲击力作用下反应生成前驱物，球磨机的转速在320转/分钟，球磨40分钟即可使硫酸钛与碳酸钠完全发生化学反应生成前驱物；4、前驱物除杂前驱物除杂采用洗涤过滤法，洗涤剂为蒸馏水，洗涤过滤三次；5、前驱物干燥除杂后的前驱物在80℃下烘干，时间为4小时；6、前驱物热分解将烘干后的前驱物置于电阻炉或马弗炉中，热分解温度控制在550℃，时间为2小时，可得到锐钛型纳米二氧化钛；将烘干后的前驱物置于电阻炉或马弗炉中，热分解温度控制在850℃，时间为2小时，得到金红石型纳米二氧化钛。实施例3：本实施例中，反应物为硫酸钛、硫酸锌的复合体，配体为草酸，工艺流程如图1所示，依次有以下步骤1、配料硫酸钛、硫酸锌的复合体与草酸的摩尔比为1∶3，复合体中硫酸钛、硫酸锌的摩尔比为10∶1；2、混料将符合比例的硫酸钛、硫酸锌的复合体与草酸进行混合，直至均匀为止；3、机械力化学反应法制备前驱物将混合均匀的反应体系在室温、常压下进行球磨，使其在球磨过程中产生的机械剪切力、冲击力作用下反应生成前驱物，球磨机的转速在250转/分钟，球磨60分钟即可使硫酸钛、疏酸锌与草酸完全发生化学反应生成前驱物；4、前驱物除杂前驱物除杂采用洗涤过滤法，洗涤剂为蒸馏水，洗涤过滤两次，然后再用乙醇洗涤一次；-->5、前驱物干燥除杂后的前驱体在室温下自然风干，时间为10小时；6、前驱物热分解将烘干后的草酸钛置于电阻炉中或马弗炉，热分解温度控制在400℃，预分解40分钟，然后将热分解温度控制在800℃，时间为2小时，得到纳米氧化锌及纳米金红石型二氧化钛的复合粉体，部分纳米氧化锌包覆于纳米二氧化钛的表面。实施例4本实施例中，反应物为偏钛酸、硫酸铝的复合体，配体为碳酸铵，工艺流程如图1所示，依次有以下步骤1、配料偏钛酸、硫酸铝的复合体与碳酸铵的摩尔比为1∶6，复合体中偏钛酸、硫酸铝的摩尔比为12∶1；2、混料将符合比例的偏钛酸、硫酸铝的复合体与碳酸铵进行混本文档来自技高网...

【技术保护点】
本专利技术涉及一种纳米二氧化钛及其复合粉体的制备方法，其特征在于以含钛的反应物及其配体为原料，工艺过程如下：（１）配料反应物与配体的摩尔比为１∶２－６（２）混料将符合比例的反应物及其配体进行混合，直至均匀为止；（３）机械力化学反应法制备前驱物将混合均匀的反应体系进行球磨，使其在球磨过程中产生的机械剪切力、冲击力作用下反应生成前驱物，直至反应物与其配体完全发生化学反应为止；（４）前驱物除杂前驱物除杂采用洗涤过滤法；（５）前驱物干燥前驱物干燥采用自然风干或在３０－８０℃下烘干；（６）前驱物热分解前驱物热分解温度控制在４００－６００℃，时间为２－４小时，可得到锐钛型纳米二氧化钛，也可在３００－５００℃下预烧０．５－１．５小时，然后在７５０－９００℃分解，时间为１．５－４小时，得到金红石型纳米二氧化钛或表面包覆的金红石型纳米二氧化钛复合粉体。

【技术特征摘要】
1、本发明涉及一种纳米二氧化钛及其复合粉体的制备方法，其特征在于以含钛的反应物及其配体为原料，工艺过程如下：(1)配料反应物与配体的摩尔比为1∶2-6(2)混料将符合比例的反应物及其配体进行混合，直至均匀为止；(3)机械力化学反应法制备前驱物将混合均匀的反应体系进行球磨，使其在球磨过程中产生的机械剪切力、冲击力作用下反应生成前驱物，直至反应物与其配体完全发生化学反应为止；(4)前驱物除杂前驱物除杂采用洗涤过滤法；(5)前驱物干燥前驱物干燥采用自然风干或在30-80℃下烘干；(6)前驱物热分解前驱物热分解温度控制在400-60...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱达川，涂铭旌，黄婉霞，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]