CN104764720B - 比较纳米二氧化钛透明度的方法和复合材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种比较纳米二氧化钛透明度的方法和复合材料的制备方法，属于纳米材料应用领域。该比较透明度的方法包括：(1)待检测样品A的制备：a、将纳米二氧化钛A与水进行接触，配制成浆料A，进行超声分散；b、用水将超声分散后的浆料A进行稀释，并再次超声分散，得到待检测样品A；(2)待检测样品B的制备：采用纳米二氧化钛B重复步骤(1)的过程，得到待检测样品B；(3)用分光光度计在相同测试条件下检测待检测样品A和B的透过率；(4)根据步骤(3)得到的透过率比较纳米二氧化钛A和B的透明度。通过该方法无需将纳米二氧化钛配制成应用产品就可判断其应用透明效果，具有简便、快捷、节约成本的特点。

Description

比较纳米二氧化钛透明度的方法和复合材料的制备方法

技术领域

本发明涉及纳米材料应用领域，具体涉及一种比较纳米二氧化钛透明度的方法和一种复合材料的制备方法。

背景技术

纳米二氧化钛为一种白色疏松粉末，因其具有表面积大、表面活性高、光吸收性能好且吸收紫外线强等独特性能，因此可用于化妆品、功能纤维、塑料、涂料、油漆等领域，作为紫外线屏蔽剂，防止紫外线的侵害。但某些例如塑料、化妆品和汽车漆等领域不仅要求对紫外线有屏蔽作用，还要求材料自身具有一定透明度，即要求可见光可透过纳米二氧化钛。

目前，评价纳米二氧化钛的透明度都是将纳米二氧化钛按照应用配方制成相应的塑料、汽车漆或化妆品后检测应用产品的透明度，但这种方法难以在纳米二氧化钛应用到产品之前判断其是否合格，因此不可避免的存在使纳米二氧化钛及其他物料浪费，增加产品制造难度和成本的缺陷。

因此建立一种快速、简便的直接评价纳米二氧化钛透明度的方法非常有必要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述缺陷，从而提供一种比较纳米二氧化钛透明度的方法，以及一种复合材料的制备方法。

本发明的发明人意外发现，在一些含有纳米二氧化钛的复合材料中，其透明度除了与纳米二氧化钛在材料中的分散程度有关外，还与纳米二氧化钛自身的透明度有关，且随着纳米二氧化钛透明度的增加而增加。基于该发现，完成了本发明。

根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种比较纳米二氧化钛透明度的方法，该方法包括：

(1)待检测样品A的制备：a、将纳米二氧化钛A与水进行接触，配制成浆料A，然后进行超声分散；b、用水将超声分散后的浆料A进行稀释，并再次进行超声分散，得到待检测样品A；

(2)待检测样品B的制备：采用纳米二氧化钛B重复步骤(1)的过程，得到待检测样品B；

(3)用分光光度计在相同测试条件下分别检测待检测样品A和待检测样品B的透过率；

(4)根据步骤(3)得到的透过率比较所述纳米二氧化钛A和纳米二氧化钛B的透明度。

根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种复合材料的制备方法，所述复合材料为透明度随着纳米二氧化钛透明度增加而增加的复合材料，所述方法包括：任选在溶剂存在下，将纳米二氧化钛与基料进行混合，其中，在所述混合之前，挑选透明度符合要求的纳米二氧化钛，所述挑选的过程包括：采用以上的比较方法对比待测纳米二氧化钛和标准纳米二氧化钛，根据所述复合材料的应用需求选择透明度结果优于标准纳米二氧化钛的纳米二氧化钛。

本发明采用分光光度计直接测试了不同纳米二氧化钛的透明度，对于自身透明度与纳米二氧化钛透明度相关的复合材料，采用本发明的方法可以对纳米二氧化钛的选择起到借鉴作用。避免将纳米二氧化钛制成复合材料后才判断其透明度大小，因此，本发明的方法具有快捷、简单的特点，从而降低了制造复合材料的成本。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种比较纳米二氧化钛透明度的方法，该方法包括：

(1)待检测样品A的制备：a、将纳米二氧化钛A与水进行接触，配制成浆料A，然后进行超声分散；b、用水将超声分散后的浆料A进行稀释，并再次进行超声分散，得到待检测样品A；

(2)待检测样品B的制备：采用纳米二氧化钛B重复步骤(1)的过程，得到待检测样品B；

(3)用分光光度计在相同测试条件下分别检测待检测样品A和待检测样品B的透过率；

(4)根据步骤(3)得到的透过率比较所述纳米二氧化钛A和纳米二氧化钛B的透明度。

本发明中，所述纳米二氧化钛A和纳米二氧化钛B均可以选自能够作为复合材料紫外屏蔽剂的任何纳米二氧化钛，例如金红石型纳米二氧化钛。另外，所述纳米二氧化钛A和纳米二氧化钛B的平均粒径各自通常可以为10-50nm。所述平均粒径通过XRD测得。

根据本发明，用于比较的纳米二氧化钛均可以通过商购的方式获得，例如购自日本石原化工公司生产的牌号为TTO50D的产品，购自凯米拉公司生产的牌号为M262的产品等；另外，也可以根据常规的液相法(如液相沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法、醇盐水解法以及微乳液法等)或气相法(如气相水解法、气相氧化法和气相热解法)制得，制备纳米二氧化钛的具体过程为本领域所公知，在此不再赘述。

根据本发明的一种实施方式，所述纳米二氧化钛A和纳米二氧化钛B均为颗粒状的粗品，为了使其更好的在水中分散，优选地，在进行步骤a前，本发明的方法包括通过气流粉碎将所述粗品粉碎成粉末。

步骤a中，所述纳米二氧化钛A与水用量的质量比可以为1:50-200，优选为1:80-120。所述接触的过程可以包括：将所述纳米二氧化钛A与水进行混合，然后进行搅拌，直至纳米二氧化钛A分散。

根据本发明，步骤a和b的目的在于制备用于步骤(3)中的待测样品，即，使所制得的样品(待测样品)符合分光光度计的检测要求。因此，为了使检测结果更准确，与其他本领域熟知的纳米粒子浆料制备的方法不同，步骤a的接触优选在不含分散剂和pH调节剂的条件下进行，这样可避免加入的分散剂或pH调节剂与检测该方法时实际应用的基料中所存在的分散剂或其他助剂冲突引起的透明度差异。

步骤a中，为了避免浆料A中所述纳米二氧化钛A团聚，所述方法包括将所述浆料A进行超声分散。根据所述浆料A的总重量，所述超声分散的时间可以控制在5-30分钟。

根据本发明，为了能更准确地获得透过率，通常是取出步骤a的部分浆料A进行步骤b所述的稀释。根据本发明的一种实施方式，步骤a中配制成的所述浆料A的体积可以为50-150mL，步骤b中，所使用的浆料A的体积可以为1-50mL；其中，可以通过移液管将步骤a的浆料A取出用于步骤b中。

步骤b中，对水的用量没有特别地限定，可以根据所述浆料A的浓度进行选择，通常所述浆料A与水用量的体积比可以为1:80-150。另外，所述超声分散的时间也可以控制在5-30分钟。

本发明中，所述待检测样品B是将纳米二氧化钛B采用完全相同于对所述纳米二氧化钛A的处理过程制得，即将纳米二氧化钛B重复步骤(1)的过程，这样能排除其他影响因素，准确判断两种纳米二氧化钛透明度的相对高低。

根据本发明，所述分光光度计为任何能够适用于检测溶液形式样品透光率的可见光分光光度计，根据纳米二氧化钛对可见光的吸收程度，所述分光光度计的检测波长可以为400-800nm。

本发明的方法特别适用于采用相同的制样条件(即，制样方法相同)下对不同纳米二氧化钛透过率的测试：一般地，随着所述检测波长的增加，所测得的同一样品的透过率数值相对越高；而不同样品之间透过率的差值也越大，这样更能够准确判断不同样品的透明度的大小。优选情况下，所述分光光度计的检测波长为600-800nm。

本发明中，所述分光光度计的测试温度可以为10-50℃。

步骤(3)中，可以使用水、酒精等作为参比试样评价分光光度计的技术指标，所述技术指标主要包括波长准确度、波长重复性、光度准确度、光度重复性等。

采用分光光度计测试样品透过率的具体过程为本领域技术人员熟知，在此不再赘述。

本发明采用步骤(3)得到的透过率评价纳米二氧化钛的透明度，即，透过率值较高的纳米二氧化钛，其透明度也较高。

根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种复合材料的制备方法，所述复合材料为透明度随着纳米二氧化钛透明度增加而增加的复合材料，所述方法包括：任选在溶剂存在下，将纳米二氧化钛与基料进行混合，其中，在所述混合之前，挑选透明度符合要求的纳米二氧化钛，所述挑选的过程包括：采用以上比较方法对比待测纳米二氧化钛和标准纳米二氧化钛，根据所述复合材料的应用需求选择透明度结果优于标准纳米二氧化钛的纳米二氧化钛。

在本发明中，所述标准纳米二氧化钛用于判断待测纳米二氧化钛是否适用于所述复合材料的制备。本领域技术人员公知的是，即使用完全相同的制备方法，不同厂家或者同一厂家生产的不同批次的纳米二氧化钛也不可能是完全相同的，从而会影响其制造的复合材料的透明度。因此，根据本发明的制备方法，可以以一种已知的满足要求的纳米二氧化钛作为标准纳米二氧化钛，并根据本发明的比较透明度的方法预测出所述待测纳米二氧化钛制备的复合材料的透明度的相对高低。

在本发明的制备方法中，根据所述复合材料的应用需求，当要求所述复合材料的透明度越高越好时，符合要求(即，透明度结果优于标准纳米二氧化钛)的纳米二氧化钛为根据本发明的比较透明度的方法比所述标准纳米二氧化钛透明度高的纳米二氧化钛；当要求所述复合材料的透明度越低越好时，符合要求的纳米二氧化钛为根据本发明的比较透明度的方法挑选出的透明度比所述标准纳米二氧化钛透明度低的纳米二氧化钛。

根据本发明的制备方法，所述基料可以选自与所述纳米二氧化钛形成的复合材料具有以上透明度变化趋势的任何基料，例如作为各种汽车漆、化妆品或塑料使用的基料。

本发明中，所述溶剂起溶解(或稀释)所述基料的作用从而达到降低所粘度的目的，以使所述纳米二氧化钛与基料的混合更容易且更均匀。

根据本发明的一种实施方式，所述基料可以选自汽车漆丙烯酸树脂，将纳米二氧化钛与所述汽车漆丙烯酸树脂在溶剂存在下混合后，通过溶剂挥发形成透明度随着纳米二氧化钛透明度增加而增加的薄膜，也即本发明所述的复合材料。其中，所述汽车漆丙烯酸树脂通常可以在所述溶剂(如，二甲苯和/或醋酸丁酯)存在下通过丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯任选与其他烯类单体经自由基聚合获得，也可以通过商购获得，例如购自山东科耀化工有限公司的牌号为VA-106-M-65的产品。

在溶剂存在下，将所述汽车漆丙烯酸树脂与所述纳米二氧化钛混合后，形成的混合物中，所述汽车漆丙烯酸树脂的含量可以为20-30重量％，纳米二氧化钛的含量可以为30-40重量％，溶剂的含量可以为30-50重量％。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

以下实施例和测试例中，纳米二氧化钛在使用之前均通过气流粉碎成粉末状。汽车漆丙烯酸树脂购自山东科耀化工有限公司公司，牌号为VA-106-M-65。

实施例和测试例中，均采用上海美谱达仪器有限公司的型号为UV-3200的分光光度计测试样品的透过率，测试温度为23-25℃。

实施例1

本实施例用于说明本发明的比较纳米二氧化钛透明度的方法。

(1)称取1.0g气流粉碎后的纳米二氧化钛T1(攀钢公司，牌号为PGNR408)与水100g混合配置成浆料，将浆料在超声波中分散10min；

(2)用移液管量取1mL浆料加入100mL脱盐水稀释，将稀释后的浆料再用超声波分散5min，制得待测样品；

(3)将待测样品用分光光度计检测透过率，检测波长为600nm，测得T1的透过率为55.32％；

采用相同的方法检测纳米二氧化钛T2(购自日本石原公司，牌号为TTO55D)的透过率，结果为34.13％；

由此可知纳米二氧化钛T1比T2具有更高的透明度。

实施例2

本实施例用于说明本发明的比较纳米二氧化钛透明度的方法。

(1)称取0.5g气流粉碎后的纳米二氧化钛T3(芬兰凯米拉公司，牌号为M262)与水50g混合配置成浆料，将浆料在超声波中分散5min；

(2)用移液管量取1mL浆料加入100mL脱盐水稀释，将稀释后的浆料再用超声波分散10min，制得待测样品；

(3)将待测样品用分光光度计检测透过率，检测波长为800nm，测得T3的透过率为55.69％；

采用相同的方法检测纳米二氧化钛T4(平均粒径13nm)的透过率，结果为31.87％；

由此可知纳米二氧化钛T3比T4具有更高的透明度。

实施例3

本实施例用于说明本发明的比较纳米二氧化钛透明度的方法。

(1)称取1.0g气流粉碎后的纳米二氧化钛T5(平均粒径12nm)与水100g混合配置成浆料，将浆料在超声波中分散10min；

(2)用移液管量取1mL浆料加入100mL脱盐水稀释，,将稀释后的浆料再用超声波分散10min，制得待测样品；

(3)将待测样品用分光光度计检测透过率，检测波长为400nm，测得T5的透过率为2.63％；

采用相同的方法检测纳米二氧化钛T6(购自攀钢集团研究院公司，牌号为PGNR308)的透过率，结果为3.67％；

由此可知纳米二氧化钛T5比T6的透明度低。

检测例1

(1)薄膜C1-C2的制备

将二甲苯与醋酸丁酯按照1:1的比例配成溶剂，取26.67g该溶剂稀释汽车漆用丙烯酸树脂，然后与纳米二氧化钛T1在高速搅拌下混合均匀，形成纳米二氧化钛T1含量为40重量％，丙烯酸树脂含量为23.33％的改性丙烯酸树脂液。将该改性树脂液刮涂在PE膜上，自然干燥，得到厚度为2μm的薄膜C1。

按照上述方法用相同量的纳米二氧化钛T2代替T1制成厚度与C1相同的薄膜C2。

(2)透明度的检测

将薄膜C1和C2分别剪切成10mm×40mm大小，放在分光光度计上用波长600nm检测透过率，结果如表1所示。

检测例2

采用检测例1的方法制备薄膜C3-C4并测试其透过率，所不同的是，分别用实施例2的纳米二氧化钛T3和T4代替实施例1的T1和T2，检测波长为800mm，结果如表1所示。

检测例3

采用检测例1的方法制备薄膜C5-C6并测试其透过率，所不同的是，分别用实施例3的纳米二氧化钛T5和T6代替实施例1的T1和T2，检测波长为400mm，结果如表1所示。

表1

将表1的数据与实施例结合可知，在不同的复合材料中，采用相同方法测得的透明度较高的纳米二氧化钛合成的复合材料的透明度也较高，所以，采用本发明的方法能够评价纳米二氧化钛的透明度；该比较透明度的方法能够在制备所述复合材料之前对纳米二氧化钛的选择起到借鉴作用，直接挑选出符合复合材料透明度需求的纳米二氧化钛，从而避免将纳米二氧化钛制成复合材料后才能够判断其透明度大小，因此，本发明的方法具有工艺简单并节约成本的特点。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (8)

1.一种复合材料的制备方法，所述复合材料为透明度随着纳米二氧化钛透明度增加而增加的复合材料，所述方法包括：任选在溶剂存在下，将纳米二氧化钛与基料进行混合，其特征在于，在所述混合之前，挑选透明度符合要求的纳米二氧化钛，所述挑选的过程包括：对比待测纳米二氧化钛和标准纳米二氧化钛的透明度，根据所述复合材料的应用需求选择透明度结果优于标准纳米二氧化钛的纳米二氧化钛；

其中，对比待测纳米二氧化钛和标准纳米二氧化钛的透明度的方法包括：

(1)待检测样品A的制备：a、将纳米二氧化钛A与水进行接触，配制成浆料A，然后进行超声分散；b、用水将超声分散后的浆料A进行稀释，并再次进行超声分散，得到待检测样品A；

(2)待检测样品B的制备：采用纳米二氧化钛B重复步骤(1)的过程，得到待检测样品B；

(3)用分光光度计在相同测试条件下分别检测待检测样品A和待检测样品B的透过率；

(4)根据步骤(3)得到的透过率比较所述纳米二氧化钛A和纳米二氧化钛B的透明度；

其中，纳米二氧化钛A为待测纳米二氧化钛，纳米二氧化钛B为标准纳米二氧化钛。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述纳米二氧化钛A和所述纳米二氧化钛B均为金红石型纳米二氧化钛，纳米二氧化钛A和纳米二氧化钛B的平均粒径各自为10-50nm。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，所述分光光度计的检测波长为400-800nm。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其中，所述分光光度计的检测波长为600-800nm。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤a中，所述纳米二氧化钛A与水用量的质量比为1:50-200。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤b中，所述浆料A与水用量的体积比为1:80-150。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤a和步骤b中，所述超声分散的时间分别为5-30分钟。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述基料为用作汽车漆、化妆品或塑料的基料。