一种连续化纳米TiO2表面处理的方法技术

本发明专利技术公开了一种连续纳米TiO2表面处理的方法，通过冷冻干燥、硅或铝包覆、有机硅烷或长链脂肪酸改性等工艺得到。本发明专利技术将纳米TiO2的无机表面处理和有机表面处理有机的结合，具有工艺流程短、连续操作且操作方便、容易控制的特点，适宜工业化生产。同时制备出的纳米TiO2粉体不仅具有很好的疏水性，而且具有优异的光稳定性，并进一步扩大了产品的应用领域。

A Method of Continuous Surface Treatment of Nano-sized Titanium Dioxide

The invention discloses a method for surface treatment of continuous nano-titanium dioxide, which is obtained by freeze-drying, silicon or aluminium coating, organosilane or long chain fatty acid modification, etc. The invention organically combines inorganic surface treatment and organic surface treatment of nano-titanium dioxide, has the characteristics of short process flow, continuous operation, convenient operation and easy control, and is suitable for industrial production. At the same time, the prepared nano-titanium dioxide powder not only has good hydrophobicity, but also has excellent optical stability, and further expands the application field of the product.

【技术实现步骤摘要】
一种连续化纳米TiO2表面处理的方法
本专利技术属于纳米功能材料制备和改性领域，具体涉及一种连续化纳米TiO2表面处理的方法。
技术介绍
纳米氧化钛（TiO2）是一种新型无机紫外线屏蔽材料，被广泛用于防晒化妆品、涂料、塑料和化纤等领域。由于它具有粒径小、比表面能高等特点，极易发生团聚从而不能充分发挥该纳米材料的许多特性；同时，TiO2具有较强的光化学活性，在太阳光照射下，极易引起体系中有机物的变色和降解；再者其表面呈亲水、疏油特性，适合应用于极性体系中，如水溶液、醇体系等。如果将其加入橡胶、化纤、塑料、油墨、溶剂型涂料和油性化妆品等有机应用体系中很难均匀分散，因此不能充分体现纳米TiO2的特殊功效。为了解决以上问题，当前采用最多的办法是对其进行表面处理，表面处理分为无机表面处理和有机表面处理。通过无机包覆（一般采用可溶性的无机盐且离子本身对纳米TiO2的絮凝、团聚就有一定的影响）来解决光活性和团聚问题；通过有机改性来解决在有机相中相容性差的弊端；并且常常将它们孤立来看，很少有将它们有机的结合起来研究的。例如：中国专利CN1454939A将纳米TiO2浆液在一定温度下，维持一定pH值，同时滴加铝酸钠溶液和硫酸溶液，来在其表面包覆氧化铝，而未涉及到纳米TiO2的有机表面处理。而中国专利CN1982349A用钛酸四丁酯对纳米TiO2进行表面预处理，接着用甲基丙烯酸甲酯进行表面聚合，虽然提高了纳米TiO2在有机相中的分散性和稳定性能，但由于并未进行无机表面处理，导致纳米TiO2的应用领域受到极大限制。因此如何提高纳米TiO2颗粒的光稳定性和在有机相中的相容性与分散性是函待解决的重大研究课题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于克服
技术介绍
中的不足，提供一种既能有效抑制纳米TiO2的光化学活性又能改善其在有机相中的相容性和分散性；同时拓宽纳米TiO2应用范围。本专利技术以中国专利CN101698507B所述制备的金红石氧化钛为原料，通过冷冻干燥、硅或铝包覆、有机硅烷或长链脂肪酸改性等工艺得到。本专利技术采用的特征步骤为：1、纳米TiO2制备：以中国专利CN101698507B所述制备方法进行；得到洗去杂质离子的滤饼，然后进行冷冻干燥，得到金红石型纳米TiO2粉末。2、将步骤1中纳米TiO2粉末用醇的水溶液稀释至固含量10~30wt%，水浴加热至35~75℃，维持体系pH约为6~8，搅拌均匀。3、按步骤2中的醇水比例的溶液溶解硅源或醇铝；并按一定比例加入步骤2混合溶液中，搅拌均匀并保温反应1.5~5.5h，抽滤、洗涤、干燥、粉碎则可得到经过无机包覆的纳米TiO2粉末。4、步骤3中保温结束后，加入一定比例的有机硅氧烷或长链脂肪酸的醇水溶液，搅拌均匀并保温反应0.5~3.5h，抽滤、洗涤、干燥、粉碎则可得到经过无机和有机表面处理的纳米TiO2粉末。其中步骤2中m（醇）：m（水）=1:1~1:3；步骤2中的醇类为乙醇、丙二醇、丁二醇、异丙醇等其中的一种；步骤3中硅源为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯等其中的一种；步骤3中硅源与纳米TiO2的比例为：m（SiO2）：m（TiO2）=1:20~1:5；醇铝与纳米TiO2的比例为：m（Al2O3）：m（TiO2）=1:25~3:20；步骤3中的醇铝为乙醇铝、异丙醇铝等其中的一种；步骤4中的有机硅烷为二甲基硅氧烷、聚二甲基硅氧烷、辛基三乙氧基硅烷、全氟辛基三乙氧基硅烷等其中的一种；步骤4中长链脂肪酸为月桂酸、棕榈酸、硬脂酸等其中的一种；步骤4中有机硅氧烷与纳米TiO2的质量比为：1:50~1:10；步骤4中长链脂肪酸与TiO2的质量比为：1:20~3:20。本专利技术的优点在于：本专利技术提供一种连续化纳米TiO2表面处理方法，不仅可以得到亲水性的纳米TiO2而且可以得到疏水性的纳米TiO2，其优点在于：①纳米TiO2表面处理过程避免了可溶无机盐离子的使用；减少制备工艺过程中纳米TiO2的团聚的发生。②将纳米TiO2的无机表面处理和有机表面处理有机的结合，具有工艺流程短、连续操作且操作方便、容易控制的特点，适宜工业化生产。③反应过程通过适当手段，醇水可以回收和循环使用，无排放。④制备出的纳米TiO2粉体不仅具有很好的疏水性，而且具有优异的光稳定性。⑤本专利技术改性处理的纳米TiO2在化妆品、橡胶、塑料、涂层等领域有着广泛的应用。具体实施方式下面对本专利技术特征步骤进行详细说明，但是本专利技术的保护范围不局限于所述实施例。实施例11kg经过冷冻干燥的纳米TiO2粉末加入质量比1:1的乙醇和水，共5kg，升温至55℃，调体系pH为8。然后加入0.535kg含有0.05kgSiO2的正硅酸乙酯的乙醇水溶液，搅拌均匀，在该温度和pH下保温反应5.5h。过滤，洗涤、烘干、粉碎得到无机硅表面处理的纳米TiO2粉末。实施例21kg经过冷冻干燥的纳米TiO2粉末加入质量比1:1的乙醇和水共5kg，升温至55℃，调体系pH为8。然后加入0.535kg含有0.05kgSiO2的正硅酸乙酯乙醇水溶液，搅拌均匀，在该温度和pH下保温反应5.5h。然后加入1.2kg含有0.06kg聚二甲基硅氧烷乙醇水溶液，搅拌均匀，在该温度和pH下保温反应0.5h。反应结束后，过滤、洗涤、烘干、粉碎得到无机改性和有机表面处理的纳米TiO2粉末。实施例31kg经过冷冻干燥的纳米TiO2粉末加入质量比1:2的异丙醇和水共10kg，升温至75℃，调体系pH为6。然后加入1.07kg含有0.1kgSiO2的正硅酸丙酯异丙醇水溶液，搅拌均匀，在该温度和pH下保温反应1.5h。然后加入0.4kg含有0.02kg辛基三乙氧基硅烷异丙醇水溶液，搅拌均匀，在该温度和pH下保温反应2h。反应结束后，过滤、洗涤、烘干、粉碎得到无机改性和有机表面处理的纳米TiO2粉末。实施例41kg经过冷冻干燥的纳米TiO2粉末加入质量比1:3的丙二醇和水共3.33kg，升温至35℃，调体系pH为7。然后加入2.14kg含有0.15kgSiO2的正硅酸甲酯丙二醇水溶液，搅拌均匀，在该温度和pH下保温反应3.5h。然后加入2.0kg含有0.1kg的二甲基硅氧烷丙二醇水溶液，搅拌均匀，在该温度和pH下保温反应3.5h。反应结束后，过滤、洗涤、烘干、粉碎得到无机改性和有机表面处理的纳米TiO2粉末。实施例51kg经过冷冻干燥的纳米TiO2粉末加入质量比1:2的丁二醇和水共5kg，升温至55℃，调体系pH为6。然后加入2.14kg含有0.15kgSiO2的正硅酸乙酯丁二醇水溶液，搅拌均匀，在该温度和pH下保温反应1.5h。然后加入0.4kg含有0.02kg全氟辛基三乙氧基硅烷丁二醇水溶液，搅拌均匀，在该温度和pH下保温反应2h。反应结束后，过滤、洗涤、烘干、粉碎得到无机改性和有机表面处理的纳米TiO2粉末。实施例61kg经过冷冻干燥的纳米TiO2粉末加入质量比1:1的乙醇和水共5kg，升温至55℃，调体系pH为8。然后加入1.60kg含有0.04kgAl2O3的异丙醇铝乙醇水溶液，搅拌均匀，在该温度和pH下保温反应5.5h。过滤，洗涤、烘干、粉碎得到无机铝表面处理的纳米TiO2粉末。实施例71kg经过冷冻干燥的纳米TiO2粉末加入质量比1:1的乙醇和水共5kg，升温至55℃，调体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种连续化纳米TiO2表面处理的方法，其特征在于：该连续化纳米TiO2表面处理的方法如下：纳米TiO2制备：以中国专利CN 101698507 B所述制备方法进行；得到洗去杂质离子的滤饼，然后进行冷冻干燥，得到金红石型纳米TiO2粉末；将（1）中纳米TiO2粉末用醇的水溶液稀释至固含量10~30 wt%，水浴加热至35~75 ℃，维持体系pH约为6~8，搅拌均匀；用醇的水溶液溶解硅源或醇铝，加入（2）混合溶液中，搅拌均匀并保温反应1.5~5.5 h，抽滤、洗涤、干燥、粉碎则可得到经过无机包覆的纳米TiO2粉末；待（3）中保温结束后，加入有机硅氧烷或长链脂肪酸的醇水溶液，搅拌均匀并保温反应0.5~3.5 h，抽滤、洗涤、干燥、粉碎则可得到经过无机和有机表面处理的纳米TiO2粉末。

【技术特征摘要】
1.一种连续化纳米TiO2表面处理的方法，其特征在于：该连续化纳米TiO2表面处理的方法如下：纳米TiO2制备：以中国专利CN101698507B所述制备方法进行；得到洗去杂质离子的滤饼，然后进行冷冻干燥，得到金红石型纳米TiO2粉末；将（1）中纳米TiO2粉末用醇的水溶液稀释至固含量10~30wt%，水浴加热至35~75℃，维持体系pH约为6~8，搅拌均匀；用醇的水溶液溶解硅源或醇铝，加入（2）混合溶液中，搅拌均匀并保温反应1.5~5.5h，抽滤、洗涤、干燥、粉碎则可得到经过无机包覆的纳米TiO2粉末；待（3）中保温结束后，加入有机硅氧烷或长链脂肪酸的醇水溶液，搅拌均匀并保温反应0.5~3.5h，抽滤、洗涤、干燥、粉碎则可得到经过无机和有机表面处理的纳米TiO2粉末。2.如权利要求1所诉的一种连续化纳米TiO2表面处理的方法，其特征在于：所诉步骤（2）、（3）中醇水质量比为m（醇...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐斌海，成庆堂，吴卫星，陈美，陈爱娣，徐新前，顾冬兰，
申请(专利权)人：江苏河海纳米科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32