一种制备纳米级氧化硅/氧化钛复合颗粒的方法技术

本发明专利技术涉及一种制备纳米级氧化硅／氧化钛复合颗粒的方法，其特征是采用金红石型纳米氧化钛悬浮液，经强力搅拌结合超声波振荡分散后，加入硅酸钠溶液，然后滴加稀硫酸，在纳米氧化钛表面均匀淀积氧化硅，产品经过滤、洗涤、干燥及粉碎后得到纳米氧化硅与氧化钛复合颗粒。与现有技术相比，本发明专利技术工艺简单、成本较低、易于产业化；所生产的纳米级氧化硅／氧化钛复合颗粒具有优异的可见光透过性和紫外线屏蔽能力。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制备纳米颗粒的方法，尤其涉及一种制备高效紫外屏蔽材料—纳米级氧化硅/氧化钛复合颗粒的方法。氧化钛(TiO2)是一种与现代生活关系十分密切的重要化工原料，是化学工业支柱之一。纳米氧化钛是20世纪80年代末发展起来的主要纳米材料之一。传统的钛白粒径为一般可见光波长(400～700nm)的1/2左右，而纳米TiO2粒径仅为10～50nm，能透过可见光及散射波长更短(200～400nm)的紫外光。在紫外光的波长(290nm～400nm)范围内，粒径为20nm的氧化钛吸收紫外线能力比粒径为200nm的氧化钛要强得多。特别是金红石型纳米TiO2粒子，由于其物理、化学稳定性，以及耐候性等均优于锐钛型粒子，因此是一种高效、新型的无机紫外屏蔽材料。但是现有一般纳米氧化钛主要屏蔽UV-B紫外线(280～320nm)，对UV-A(320～380nm)屏蔽能力则较弱。且虽然纳米氧化钛在防晒化妆品、食品包装材料、高档油墨涂料、塑料、催化剂原料、吸收剂、精细陶瓷等领域中显示了广阔的应用前景，但实际应用中仍需进一步提高其透明性及紫外屏蔽能力。纳米级氧化硅/氧化钛复合颗粒具有较好的透明性及紫外屏蔽能力，目前生产纳米级氧化硅/氧化钛复合颗粒有多种方法。例如亨(Hung)等详细描述了在高温气相反应器中采用燃烧法合成超细SiO2-GeO2、TiO2-Al2O3等复合颗粒的方法〖材料研究学报(J.Mater.Res.)，1992年第7卷第7期〗。高温气相反应对设备结构、材质和操作的要求很高，对批量较小的纳米颗粒而言，产业化难度较大。喻志刚等将硅溶胶体系中纳米氧化硅为核，以钛酸正丁酯等原料，利用表面包覆技术，通过溶胶法制备了18nm和40nm两种粒径均匀、单分散的氧化硅/氧化钛复合颗粒(复合材料学报，2000年第17卷第4期)。该法缺点是原料成本高、生产效率较低。EP393857提供了一种亚微米级(0.2～0.3μm)涂料钛白表面包覆氧化硅处理剂的技术，其目的是提高氧化钛遮盖力和耐候性，但该法主要适用于亚微米级氧化钛表面处理。由于纳米颗粒表面能大、易团聚，特别是经高温煅烧获得的纳米氧化钛颗粒间已有部分团聚或烧结产生，采用一般的技术很难实施原级粒子包覆。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现，其特征在于，首先在浓度为50～200g/L的金红石型纳米氧化钛悬浮液中加入浓度为0.05～0.1％(重量)的分散剂，经强力搅拌结合超声波振荡后，得到分散均匀的纳米氧化钛悬浮液，然后加入硅酸钠溶液，加热至60±2℃，再缓慢滴加稀硫酸，调节悬浮液pH至7.5，反应1小时，在纳米氧化钛表面均匀淀积氧化硅，产物经冷却过滤、洗涤至无SO42-，最后将滤饼干燥、粉碎后得到纳米级氧化硅/氧化钛复合颗粒。所述的分散剂选白六偏磷酸钠、焦磷酸钾、三聚磷酸钾的一种或几种。所述的纳级米氧化硅/氧化钛复合颗粒中氧化硅与氧化钛的重量之比为0.05∶1～0.5∶1。本专利技术揭示了用于紫外光屏蔽材料—纳米氧化硅/氧化钛复合颗粒生产的一种新工艺，该工艺生产设备简单，易于工业化。它不存在现有生产方法的缺陷，所生产的纳米级氧化硅/氧化钛复合颗粒具有优异的可见光透过性和紫外线屏蔽能力。由于该复合颗粒成本低于纯纳米氧化钛，因而具有更强实用性。这种新工艺的特点是将金红石型纳米氧化钛悬浮液经一定手段分散中，采用特殊工艺在纳米氧化钛表面均匀淀积氧化硅，获得纳米级氧化硅/氧化钛复合颗粒，其中纳米级氧化钛与氧化硅之间将产生一定的协同作用，从而大大提高复合颗粒紫外线屏蔽能力，特别是能有效屏蔽UV-A。与现有技术相比，本专利技术突出的优点是1)采用特定的纳米氧化钛表面包覆氧化硅技术，能在纳米氧化钛表面形成氧化硅包覆层，该包覆层能与氧化钛产生协同效应，提高颗粒透明性和屏蔽紫外线能力。2)本专利技术提供的制备工艺过程简单易控制，是常压下液相反应，易扩大到工业化规模生产。3)产品质量稳定，外观极白，颗粒粒径分布20～40nm。在50g去离子水中加入5g金红石型纳米二氧化钛{按EP2205088提供的方法制备，颗粒晶型和形貌分别如附图说明图1和图2所示，0.005％重量该颗粒的悬浮液对UV-A(320～380nm)和UV-B(280～320nm)的透过率分别为24～40％、23～24％，}，搅拌均匀后加入少量六偏磷酸钠、浓度为0.05％重量，在保持强力搅拌(搅拌速度为200r/min)的前提下，超声波分散30min。然后加入3.7ml浓度为139.3g/L的硅酸钠溶液，加热至60±2℃，缓慢滴加2mol/l的硫酸溶液，调节悬浮液pH值至7.5，升温至70℃，保温反应1小时。将悬浮液抽滤、洗涤，滤饼干燥、粉碎得纳米二氧化钛/二氧化硅复合颗粒。复合颗粒中氧化硅与氧化钛物质的重量之比为0.07∶1，复合颗粒粒径为20～30nm(见图3)。0.005％重量复合颗粒悬浮液对UV-A(320～380nm)和UV-B(280～320nm)的透过率分别为18～23％、16～18％，对UV-A和UV-B波段的紫外线屏蔽能力较纯金红石型纳米二氧化钛有较大幅度的提高。权利要求1.，其特征在于，首先在浓度为50～200g/L的金红石型纳米氧化钛悬浮液中加入浓度为0.05～0.1％(重量)的分散剂，经强力搅拌结合超声波振荡后，得到分散均匀的纳米氧化钛悬浮液，然后加入硅酸钠溶液，加热至60±2℃，再缓慢滴加稀硫酸，调节悬浮液pH至7.5，反应1小时，在纳米氧化钛表面均匀淀积氧化硅，产物经冷却过滤、洗涤至无SO42-，最后将滤饼干燥、粉碎后得到纳米级氧化硅/氧化钛复合颗粒。2.如权利要求1所述的制备纳米级氧化硅/氧化钛复合颗粒的方法，其特征在于，所述的分散剂选自六偏磷酸钠、焦磷酸钾、三聚磷酸钾的一种或几种。3.如权利要求1所述的制备纳米级氧化硅/氧化钛复合颗粒的方法，其特征在于，所述的纳级米氧化硅/氧化钛复合颗粒中氧化硅与氧化钛的重量之比为0.05∶1～0.5∶1。全文摘要本专利技术涉及，其特征是采用金红石型纳米氧化钛悬浮液，经强力搅拌结合超声波振荡分散后，加入硅酸钠溶液，然后滴加稀硫酸，在纳米氧化钛表面均匀淀积氧化硅，产品经过滤、洗涤、干燥及粉碎后得到纳米氧化硅与氧化钛复合颗粒。与现有技术相比，本专利技术工艺简单、成本较低、易于产业化；所生产的纳米级氧化硅/氧化钛复合颗粒具有优异的可见光透过性和紫外线屏蔽能力。文档编号C09C3/06GK1407029SQ01126550公开日2003年4月2日 申请日期2001年8月27日 优先权日2001年8月27日专利技术者施利毅, 韩雨君 申请人:上海大学, 深圳市成殷高新技术有限公司本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备纳米级氧化硅／氧化钛复合颗粒的方法，其特征在于，首先在浓度为５０～２００ｇ／Ｌ的金红石型纳米氧化钛悬浮液中加入浓度为０．０５～０．１％（重量）的分散剂，经强力搅拌结合超声波振荡后，得到分散均匀的纳米氧化钛悬浮液，然后加入硅酸钠溶液，加热至６０±２℃，再缓慢滴加稀硫酸，调节悬浮液ｐＨ至７．５，反应１小时，在纳米氧化钛表面均匀淀积氧化硅，产物经冷却过滤、洗涤至无ＳＯ↓［４］↑［２－］，最后将滤饼干燥、粉碎后得到纳米级氧化硅／氧化钛复合颗粒。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：施利毅，韩雨君，
申请(专利权)人：上海大学，深圳市成殷高新技术有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]