CN103806270B - 一种改性二氧化钛水溶胶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改性二氧化钛水溶胶及其制备方法，其中二氧化钛水溶胶以钛酸丁酯为原料，采用溶胶-凝胶技术，以去离子水作为溶剂，以冰醋酸作为水解抑制剂，不使用有机溶剂和强酸，通过掺杂正硅酸乙酯、稀土化合物和氮化合物，对二氧化钛溶胶进行复合半导体、稀土金属离子和非金属元素三种类型的三元素共掺杂改性。本发明的二氧化钛水溶胶在保证二氧化钛的防紫外线功能时，提高其在可见光下的光催化活性和效率，同时提升抗静电性能，使其成为多功能整理剂。
Description
技术领域
本发明属于无机纳米材料与纺织材料的交叉领域，特别是涉及一种用于纺织品整理、多组分掺杂、具有可见光催化活性及多种功能的改性二氧化钛水溶胶的制备方法。
背景技术
纺织品在人们的穿着、使用过程中，不小心会沾上灰尘、污渍，而且还会沾污很多汗液、皮脂以及各种人体分泌物，这些污物不仅影响人们的使用，而且还是微生物繁殖的良好环境。随着生活节奏的加快，以及追求高质量生活的要求，对纺织品自清洁能力的要求就应运而生，但传统的方法已不能满足现代纺织品的多种需求，随着纳米技术在纺织品工业上的应用，纺织品的自清洁才成为可能。
以二氧化钛纳米材料为代表的光催化技术是近年来出现的一种新技术。当光催化材料暴露在太阳光照下，材料表面会发生电子的激发和转移，光子所携带的能力转换为电子所携带的化学能量，从而形成具有强氧化能力的各种活性基团，将吸附在材料表面的有机物质、甚至是细菌和病毒等破坏分解，发挥自清洁、抗菌等功效。
二氧化钛是无机物，与纺织材料之间几乎没有亲和性，将其作为整理剂对织物进行整理，能耗大、成本高、亲和性差、分散不均匀、易团聚等缺点，在纺织上的应用受到限制。
采用溶胶-凝胶技术，先将溶胶直接整理到纺织品上，然后再通过后处理，在纺织品表面形成一层薄而透明的、网络结构的金属氧化物薄膜，与纤维表面直接形成很好的不规则密合，具有良好的结合牢度，赋予织物功能性。
目前，大多数制备二氧化钛溶胶的工艺仍以乙醇作为溶剂，强酸（如：盐酸）作为催化剂，这不利于其在纺织品应用的工业化推广。首先，乙醇易挥发、易燃烧爆炸，增加了工业化生产的危险性；其次，盐酸是强酸，挥发性极强，给安全生产带来隐患，且纤维素纤维织物不耐强酸，强力下降显著，使得该工艺在纺织品上的应用受到很大限制。
纳米二氧化钛只有在能量较高的紫外光照射下显示出光化学活性，而太阳光中绝大部分紫外光被阻挡在大气层之外，只有很少部分能够达到地球表面，这导致其在太阳光下的光化学活性很低，因此，人们采用多种方法对纳米二氧化钛进行改性处理，以提高其在可见光下的光化学活性和催化效率。
随着人们生活水平的提高，已不再满足单一功能的服装，对纺织品多功能的要求越来越多，但传统的功能整理剂都是单一功能，要进行多功能整理需要不同功能整理剂，很多功能整理剂的整理条件相互抵触，整理难度很大，而且很难得到满意的效果。溶剂-凝胶技术为多功能整理开辟了一条新路，可以在制备溶胶的过程中，把相关的功能掺合进去，大大降低了多功能整理的难度。
在申请公布号号为CN103397513A的中国专利公开了一种低温制备纳米二氧化钛溶胶整理剂的方法，该方法中仍使用了大量的乙醇作为溶剂，所制得的溶胶未有任何掺杂，只能在紫外线下产生光催化作用。在授权公告号为CN101703925B的中国专利公开了一种制备铥掺杂二氧化钛溶胶的方法，在可见光下具有光催化效应，但在制备过程中仍使用了强酸（盐酸）和大量的乙醇溶剂。在授权公告号为CN101474556B的中国专利公开了一种制备氟、镧共掺杂二氧化钛溶胶的方法，在可见光下的光催化作用和效率得到提高，但仍使用乙醇作为溶剂。在申请公布号为CN102442698A的中国专利公开了一种制备二氧化钛溶胶的方法，该方法不使用有机溶剂和强酸，适用于防紫外线纺织品。
发明内容
发明目的：本发明针对现有技术中的不足，提供一种用于纺织品整理、多组分掺杂、具有可见光催化活性及多种功能的改性二氧化钛水溶胶及其制备方法。
技术方案：本发明所述的一种改性二氧化钛水溶胶，所述的二氧化钛水溶胶中，钛的有机化合物的重量占总重的10～30%；去离子水用量与钛的有机化合物用量的摩尔比为10～200﹕1；冰醋酸用量与钛的有机化合物用量的摩尔比为5～15﹕1；改性掺杂用的复合半导体用量与钛的有机化合物用量的摩尔比为1﹕1～100；改性掺杂用的稀土金属离子为可溶性的醋酸盐或硝酸盐化合物，其用量与钛的有机化合物用量的摩尔比为0.1～5﹕100；改性掺杂用的非金属化合物用量与钛的有机化合物用量的摩尔比为0.1～5﹕100。
作为优选，所述钛的有机化合物为钛酸丁酯。
作为优选，所述改性掺杂用复合半导体为硅的有机化合物正硅酸乙酯。
作为优选，所述改性掺杂用稀土金属离子为镧、铥或钇的醋酸盐或硝酸盐中的一种或一种以上。
作为优选，所述改性掺杂用非金属为氮的化合物脲。
该种改性二氧化钛水溶胶中含有钛的有机化合物；以去离子水作为溶剂，不含有机溶剂；以冰醋酸作为水解抑制剂，不含有强酸；含有改性掺杂用的复合半导体、稀土金属离子和非金属。
本发明还公开了一种改性二氧化钛水溶胶的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）将钛的有机化合物加入到冰醋酸中搅拌，得透明溶液，其中冰醋酸的用量为总用量的一半；再把正硅酸乙酯逐滴加入上述溶液中，搅拌5～10分钟，得透明溶液A；
（2）将改性掺杂用稀土金属离子的醋酸盐或硝酸盐和脲分别先用少量去离子水溶解，然后先后加入到去离子水中搅拌，最后加入剩余的一半冰醋酸，搅拌5～10分钟，得透明溶液B；
（3）在水浴中将溶液B缓慢滴加到溶液A中，并剧烈搅拌，滴加完毕后，在水浴中继续剧烈搅拌1小时，得透明水溶胶；
（4）将得到的水溶胶进行成化处理，即得到可用于纺织品整理、多组分掺杂、在可见光下具有光催化活性及多种功能的改性二氧化钛水溶胶。
作为优选，步骤（3）所述水浴温度为30～50℃。
作为优选，步骤（4）所述水溶胶成化处理时间为24～72小时。
有益效果：本发明二氧化钛水溶胶在保证二氧化钛的防紫外线功能时，提高其在可见光下的光催化活性和效率，同时提升抗静电性能，使其成为多功能整理剂；同时制备方法简单、低温操作、不含有机溶剂，不使用强无机酸、溶胶稳定性好、易于工业化操作。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明：
实施例1
称量9.6g冰醋酸置于烧杯中，室温下边搅拌边加入13.6g钛酸丁酯使其完全溶解，得透明溶液，然后再边搅拌边加入0.208g正硅酸乙酯，完毕后继续搅拌5～10分钟，得透明溶液A。在另一烧杯中先加入约30g去离子水，室温下边搅拌边分别加入3ml浓度为12.64g/L醋酸镧溶液和7ml浓度为24g/L的脲溶液，然后再加入去离子水至总重为72g，最后加入9.6g冰醋酸，搅拌5~10分钟，得透明溶液B。在30℃的水浴中，将溶液B缓慢滴加到溶液A中，并剧烈搅拌，滴加完毕后，在30℃的水浴中继续剧烈搅拌1小时，之后室温下成化48小时，得略带黄色的透明水溶胶。
实施例2
称量10.8g冰醋酸置于烧杯中，室温下边搅拌边加入13.6g钛酸丁酯使其完全溶解，得透明溶液，然后再边搅拌边加入0.416g正硅酸乙酯，完毕后继续搅拌5～10分钟，得透明溶液A。在另一烧杯中先加入约30g去离子水，室温下边搅拌边分别加入10ml浓度为13.84g/L醋酸铥溶液和5ml浓度为24g/L的脲溶液，然后再加入去离子水至总重为72g，最后加入10.8g冰醋酸，搅拌5~10分钟，得透明溶液B。在30℃的水浴中，将溶液B缓慢滴加到溶液A中，并剧烈搅拌，滴加完毕后，在30℃的水浴中继续剧烈搅拌1小时，之后室温下成化72小时，得略带黄色的透明水溶胶。
实施例3
称量12g冰醋酸置于烧杯中，室温下边搅拌边加入13.6g钛酸丁酯使其完全溶解，得透明溶液，然后再边搅拌边加入0.832g正硅酸乙酯，完毕后继续搅拌5～10分钟，得透明溶液A。在另一烧杯中先加入约30g去离子水，室温下边搅拌边分别加入7ml浓度为10.64g/L醋酸钇溶液和3ml浓度为24g/L的脲溶液，然后再加入去离子水至总重为72g，最后加入12g冰醋酸，搅拌5~10分钟，得透明溶液B。在40℃的水浴中，将溶液B缓慢滴加到溶液A中，并剧烈搅拌，滴加完毕后，在40℃的水浴中继续剧烈搅拌1小时，之后室温下成化72小时，得略带黄色的透明水溶胶。
Claims (4)
1.一种改性二氧化钛水溶胶，其特征在于：所述的二氧化钛水溶胶中，钛的有机化合物的重量占总重的10～30％；去离子水用量与钛的有机化合物用量的摩尔比为10～200﹕1；冰醋酸用量与钛的有机化合物用量的摩尔比为5～15﹕1；改性掺杂用的复合半导体用量与钛的有机化合物用量的摩尔比为1﹕1～100；改性掺杂用的稀土金属离子为可溶性的醋酸盐或硝酸盐化合物，其用量与钛的有机化合物用量的摩尔比为0.1～5﹕100；改性掺杂用的非金属化合物用量与钛的有机化合物用量的摩尔比为0.1～5﹕100，所述改性掺杂用稀土金属离子为铥或钇的醋酸盐或硝酸盐中的一种或一种以上，所述钛的有机化合物为钛酸丁酯，所述改性掺杂用复合半导体为硅的有机化合物正硅酸乙酯，所述改性掺杂用非金属为氮的化合物脲。
2.一种改性二氧化钛水溶胶的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将钛的有机化合物加入到冰醋酸中搅拌，得透明溶液，其中冰醋酸的用量为总用量的一半；再把正硅酸乙酯逐滴加入上述溶液中，搅拌5～10分钟，得透明溶液A；
(2)将改性掺杂用稀土金属离子的醋酸盐或硝酸盐和脲分别先用少量去离子水溶解，然后先后加入到去离子水中搅拌，最后加入剩余的一半冰醋酸，搅拌5～10分钟，得透明溶液B；
(3)在水浴中将溶液B缓慢滴加到溶液A中，并剧烈搅拌，滴加完毕后，在水浴中继续剧烈搅拌1小时，得透明水溶胶；
(4)将得到的水溶胶进行成化处理，即得到可用于纺织品整理、多组分掺杂、在可见光下具有光催化活性及多种功能的改性二氧化钛水溶胶。
3.根据权利要求2所述的一种改性二氧化钛水溶胶的制备方法，其特征在于：步骤(3)所述水浴温度为30～50℃。
4.根据权利要求2所述的一种改性二氧化钛水溶胶的制备方法，其特征在于：步骤(4)所述水溶胶成化处理时间为24～72小时。
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