一种纳米氧化锌的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种纳米氧化锌的制备方法。本发明专利技术首先制备氧化锌晶种，然后将所获得的晶种加入含锌溶液中，进行异相成核制备前驱体，再将前驱体热处理，从而获得纳米氧化锌粉体。由于在前驱体合成过程中加入了晶种，因此，本发明专利技术的方法所获得的纳米氧化锌粉体粒径均匀，且稳定性好，操作容易，易于工业化生产。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于超细材料制备方法，涉及一种具有紫外线屏蔽功能的无机粉体的制备方法，尤其涉及一种纳米氧化锌粉体的制备方法。随着人们保健意识的提高，人们对紫外线与人类的关系的认识越来越深入，尤其是紫外线对人类的危害的认识越来越清楚。太阳光中紫外线分三段UVC(200-280nm)、UVB(280-320nm)、UVA(320-400nm)。UVC段被大气臭氧层吸收，难以到达地面对人类造成危害；而UVB段能量较高，人体在长时间太阳照晒下，会引起皮肤红斑、炎症、甚至引发肤癌；UVA段对皮肤的穿透性远大于UVB，长期照晒会导致皮肤老化、结缔组织癌变等。同时，紫外线还会引起聚合物材料发生老化、变色等问题，致使其使用寿命缩短，等等。因此，世界上发达国家把防护、屏蔽紫外线作为一个十分重要的课题。紫外线屏蔽剂分为有机和无机两大类。无机抗紫外剂，尤其是纳米氧化锌因其具有化学稳定性、热稳定性、无毒、无味、无刺激性、长效性、抗紫外频带宽，近年来倍受青睐。近年来关于纳米氧化锌的研究文献较多。中国专利CN1166454A公开了一种成核生长分步进行的液相制取超细氧化锌的方法。该方法首先在锌盐溶液中形成一个包覆氢氧化锌胶粒的前驱体，利用氢氧化锌与外层包覆物质的不同分解温度，使氧化锌的成核与生长分步进行，从而可制得晶粒为25-100nm的超细氧化锌，该氧化锌可用于橡胶、陶瓷、纺织及日用化工行业；日本专利JP06345427和JP04357114分别公开了一种氧化锌粉体及其制备方法。两者方法均是将锌盐与碱液混合，制备出前驱体(一种锌盐或氢氧化锌)，热处理得氧化锌粉体，粒径在50nm以下，可用作紫外线屏蔽剂；日本专利JP03199121公开了一种紫外线吸收剂——超细氧化锌的制备方法。该方法将碳酸氨或碳酸氢氨与氯化锌或硫酸锌混合制备前驱体，并在250-350℃热处理得粒径在10-30nm、紫外吸收性能高的氧化锌粉体；日本专利JP02311314公开了一种超细氧化锌粉体的制备方法。该方法是将硫化氢通入锌和醋酸氨的溶液中，将得到的沉淀分离并分散在非水溶剂中，在250-400℃脱气，然后在500-800℃热处理得氧化锌粉体；美国专利US 5527519公开了一种高纯氧化锌粉体的制备方法及应用。该方法是将锌盐溶液加入碱金属碳酸盐中，所得前驱体经350-500℃热处理得氧化锌，该粉体可用于化妆品、漆和塑料中作为紫外吸收剂；日本专利JP63288913公开的制备方法是将二氧化碳通入氧化锌浆料中，反应得碳酸锌，经250-1000℃热处理得高纯氧化锌。上述方法均可归纳为沉淀一分解法，该法工艺简单、成本低、操作方便，但所得产品粒径较难控制。直接采用该法制备纳米氧化锌，稳定性难以控制，工业化生产难度大。本专利技术的目的在于公开一种稳定性好、产品粒径容易控制且可工业化的纳米氧化锌粉体的制备方法。本专利技术的构思是这样的本专利技术首先制备氧化锌晶种，然后将所获得的晶种加入含锌溶液中，进行异相成核制备前驱体，再将前驱体热处理，从而获得纳米氧化锌粉体。由于在前驱体合成过程中加入了晶种，因此，本专利技术的方法所获得的纳米氧化锌粉体粒径均匀，且稳定性好，操作容易，易于工业化生产。本专利技术提出的新的纳米氧化锌制备方法依次包括如下步骤①晶种制备将含锌溶液与碱液混合反应以制备晶种，反应温度控制为0～80℃，终点pH控制在5～8，中和时间为0.5～3小时；所说的含锌溶液通常为无水硫酸锌，含结晶水的硫酸锌、氧化锌(预先加酸溶解成硫酸锌或氯化锌)、氯化锌、锌锭、硝酸锌或醋酸锌的水溶液中的一种或一种以上，其浓度为50～250g/l；所说的碱液通常为氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、氨水、碳酸氢氨、碳酸氨、尿素、氢氧化钾、碳酸钾或碳酸氢钾的水溶液中的一种或一种以上，其浓度为50～250g/l；②前驱体合成将步骤①制备的晶种加入含锌溶液中，晶种加入量以氧化锌计为0.2～2％，优选的加入量为0.6～1％，然后将浓度为50～250g/l的碱液加入到添加了晶种的溶液中，温度控制在30～100℃，时间控制在0.5～3小时，终点pH为7～9；③前驱体热处理将所得前驱体沉淀过滤、洗涤，在90～150℃的条件下干燥，然后在250-450℃下煅烧0.5～2小时，粉碎得氧化锌粉体，即获得本专利技术的纳米氧化锌。附图说明图1为纳米氧化锌粉体的透射电镜照片(TEM)。图2为纳米氧化锌粉体的X-射线衍射图。图3为纳米氧化锌粉体的紫外/可见吸收图。由图1可见，所说的纳米氧化锌粉体，其形貌为球形(晶粒大小为15-30nm)；由图2可见，所说的纳米氧化锌粉体为六方晶型；由图3可见，屏蔽紫外线(280～400nm)能力强，且可见光(400～800nm)透过率高。测定方法将测试粉体分散于水中，配置成100ppm的分散液，在CRT-760型紫外/可见分光光度计上测定。上述的纳米氧化锌粉体，pH为7～8，氧化锌含量大于98％，水分小于1.0％，灼烧减量小于1.0％，筛余物小于0.01％，比表面积(BET)为50～70m2/g。所说的纳米氧化锌粉体，由于具有很强的紫外线屏蔽能力和很好的可见光透过能力，尤其适合作为化妆品、塑料(农用薄膜、食品包装材料、工程塑料等)、陶瓷、纤维、涂料、纸张、木器、橡胶等的紫外线屏蔽剂。由上述公开的构思和技术方案可见，本专利技术所说的纳米氧化锌具有制备成本低，工艺简单，抗紫外性好，可见光透过性高，易于工业化生产的特点，具有十分广阔的应用前景。下面将通过实例对制备过程有关细节作进一步说明。实施例1将50g/l氢氧化钠加入50g/l硫酸锌溶液中，反应温度为40℃，中和时间0.5小时，终点pH为5，制得晶种溶液；将制备的晶种加入预先恒温到50℃的50g/l硫酸锌溶液中，加入量为1％(以氧化锌计)；将50g/l碳酸氢钠加入上述溶液中，温度控制在50℃，时间为0.5小时，终点pH为7，获得前驱体；将所得前驱体沉淀过滤、洗涤，直到以0.1％BaCl2检验无白色沉淀为止；将所得滤饼置于105℃下干燥；将干燥后的前驱体在350℃下煅烧2小时，得纳米氧化钛粉体。所得粉体的晶粒大小约18nm，BET 60m2/g，晶型为六方晶形，pH为7～8，氧化锌含量大于98％，水分小于1.0％，灼烧减量小于1.0％，筛余物小于0.01％，屏蔽紫外线能力强(最大吸收波长UVA区为285nm，UVB区为375nm)，且可见光透过率高。实施例2将50g/l氨水加入50g/l硫酸锌溶液中，反应温度为40℃，中和时间0.5小时，终点pH为5，制得晶种溶液；将制备的晶种加入预先恒温到50℃的50g/l硫酸锌溶液中，加入量为0.4％(以氧化锌计)；将50g/l碳酸氢钠加入上述溶液中，温度控制在50℃，时间为0.5小时，终点pH为7，获得前驱体；将所得前驱体沉淀过滤、洗涤，直到以0.1％BaCl2检验无白色沉淀为止；将所得滤饼置于105℃下干燥；将干燥后的前驱体在350℃下煅烧2小时，得纳米氧化钛粉体。所得粉体的晶粒大小约25nm，BET 52m2/g，晶型为六方晶形，pH为7～8，氧化锌含量大于98％，水分小于1.0％，灼烧减量小于1.0％，筛余物小于0.01％，屏蔽紫外线能力强(最大吸收波长UVA区为290nm，UVB区为370nm)，且可见光透过率高。实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米氧化锌的制备方法，其特征在于，依次包括如下步骤：①晶种制备：将含锌溶液与碱液混合反应以制备晶种，终点ｐＨ控制在５～８；所说的含锌溶液通常为无水硫酸锌，含结晶水的硫酸锌、氧化锌、氯化锌、锌锭、硝酸锌或醋酸锌的水溶液中的一种或一 种以上；所说的碱液通常为氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、氨水、碳酸氢氨、碳酸氨、尿素、氢氧化钾、碳酸钾或碳酸氢钾的水溶液中的一种或一种以上；②前驱体合成：将步骤①制备的晶种加入含锌溶液中，晶种加入量以氧化锌计为０．２～２％，然后将碱液加 入到添加了晶种的溶液中，终点ｐＨ为７～９；③前驱体热处理：将所得前驱体沉淀过滤、洗涤，干燥，煅烧，粉碎，即获得纳米氧化锌。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈雪花，陈杏娟，袁波，余爱萍，罗美芳，古宏晨，王相田，
申请(专利权)人：上海博纳维来新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]