CN106810911A - 一种纳米二氧化钛粉表面改性方法及在有机涂料中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及精细化工领域，特别是涉及一种纳米二氧化钛粉表面改性方法及在有机涂料中的应用。将纳米二氧化钛粉放入硬脂酸的丙酮溶液中，将硬脂酸的丙酮溶液-纳米二氧化钛粉构成的混合物置入超声波清洗机中，在常温条件下超声处理1～3h，然后用高速离心机分离出纳米二氧化钛粉，用丙酮进行超声清洗至少5次，形成表面改性后的纳米二氧化钛粉。将表面改性后的纳米二氧化钛粉添加到有机树脂中，在高速砂磨机中研磨后，获得改性纳米二氧化钛粉-有机硅树脂复合涂料。本发明避免常用的高温或强酸处理等复杂的工艺，具有操作简单、无毒、无污染、分散效果好等优点，经改性处理的纳米二氧化钛粉在有机涂料中具有良好的分散性和稳定性。

Description

一种纳米二氧化钛粉表面改性方法及在有机涂料中的应用
技术领域
本发明涉及精细化工领域，特别是涉及一种纳米二氧化钛粉表面改性方法及在有机涂料中的应用。
背景技术
纳米二氧化钛粉(TiO2)是近年来发展较快的一种附加值很高的功能精细无机材料，因其具有光催化、吸收紫外线能力强，表面活性大，耐高温性能优良，以及良好的耐侯性、耐化学腐蚀性等特点被广泛应用作光催化剂、化妆品添加剂、食品包装剂、陶瓷添加剂、橡胶和塑料添加剂以及高级轿车涂料、耐高温涂料等工业领域。但由于纳米级二氧化钛粉的表面能高，容易发生团聚，形成一次粒子，同时由于纳米二氧化钛粉表面的强极性使其具有高度的亲水性和疏油性，在有机相中难以浸润导致极差的分散性和稳定性，大大降低了纳米二氧化钛粉的实际应用效果。
纳米二氧化钛粉常用的改性方法主要有物理改性法和化学改性法，包括利用Al2O3、Fe2O3、SiO2等无机化合物进行改；利用有机硅烷、醇类化合物、偶联剂、羧酸化合物等有机化合物进行改性；以及利用紫外线、电晕放电、红外线、等离子体照射等高能量表面改性处理等。
工艺简单、成本低廉、绿色环保的纳米二氧化钛粉表面改性处理是今后的发展方向。常用的改性方法具有操作复杂的缺点，如：需要高温以及繁杂的辅助处理工艺和复杂的处理设备，存在处理成本高、费时等缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纳米二氧化钛粉表面改性方法及在有机涂料中的应用，使纳米二氧化钛粉分散性和稳定性好且处理工艺简单，并在有机涂料中得到较好的应用。
本发明的技术方案是：
一种纳米二氧化钛粉表面改性方法，将硬脂酸溶于丙酮制备硬脂酸溶液，所述硬脂酸溶液的浓度为5wt％至饱和；将纳米二氧化钛粉放入所述硬脂酸的丙酮溶液中，所述纳米二氧化钛粉与硬脂酸的丙酮溶液的重量比为(5～50):100；将硬脂酸的丙酮溶液-纳米二氧化钛粉构成的混合物置入超声波清洗机中，在常温条件下超声处理1～3h，然后用高速离心机分离出纳米二氧化钛粉，用丙酮进行超声清洗至少5次，形成表面改性后的纳米二氧化钛粉。
所述的纳米二氧化钛粉表面改性方法，将表面改性后的纳米二氧化钛粉放入烘箱中，烘干至恒重。
所述的纳米二氧化钛粉表面改性方法，烘干过程中温度为50～80℃。
所述的纳米二氧化钛粉表面改性方法，优选的，硬脂酸的丙酮溶液中，硬脂酸浓度为8wt％～25wt％。
所述的纳米二氧化钛粉表面改性方法，优选的，纳米二氧化钛粉与硬脂酸的丙酮溶液的重量比为(10～40):100。
所述表面改性方法获得的纳米二氧化钛粉的应用，将表面改性后的纳米二氧化钛粉以1％～50％的重量百分比添加到有机树脂中，在高速砂磨机中研磨20～50min后，获得改性纳米二氧化钛粉-有机硅树脂复合涂料。
所述的纳米二氧化钛粉的应用，有机树脂为环氧树脂、有机硅树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂或氟碳树脂。
本发明的优点及有益效果是：
本发明纳米二氧化钛粉表面改性方法，其处理工艺简单、反应条件温和，采用超声波在室温条件下在硬脂酸的丙酮溶液中处理纳米二氧化钛粉，不需加热，具有安全、环保特点。经过表面改性处理的纳米二氧化钛粉，在有机涂料中具有极高的分散性和稳定性。
附图说明
图1是经过改性的纳米二氧化钛粉的红外光谱图。图中，曲线1为未改性纳米二氧化钛粉，曲线2为改性的纳米二氧化钛粉，曲线3为硬脂酸的红外光谱图。横坐标为波数，纵坐标为吸收率。
具体实施方式
在具体实施过程中，本发明纳米二氧化钛粉表面改性方法及应用，包括如下步骤：将硬脂酸溶于丙酮制备硬脂酸溶液，其中硬脂酸溶液的浓度为5wt％至饱和；将纳米二氧化钛粉放入硬脂酸的丙酮溶液中，纳米二氧化钛粉与硬脂酸的丙酮溶液的重量比为(5～50):100。将硬脂酸的丙酮溶液-纳米二氧化钛粉构成的混合物置入超声波清洗机中在常温条件下超声处理1～3h，然后用高速离心机分离出表面改性后的纳米二氧化钛粉，并用丙酮清洗-超声至少5次。将表面改性后的纳米二氧化钛粉放入烘箱中，在50～80℃条件下烘干至恒重，即得改性纳米二氧化钛粉。在环氧树脂、有机硅树脂或聚氨酯树脂等常用有机树脂中添加纳米二氧化钛粉，并采用高速砂磨的方法研磨20～50min后，制备改性纳米二氧化钛粉-有机树脂复合涂料，复合涂料中表面改性后的纳米二氧化钛粉重量百分比为1％～50％(优选为10％～50％)。
下面结合实施例及附图对本发明作进一步的说明。
实施例1
本实施例所述的纳米二氧化钛粉的表面改性方法及应用，包括如下步骤：
首先将过量硬脂酸溶于丙酮中，制备200g硬脂酸饱和溶液，然后将过量的硬脂酸过滤除去，在硬脂酸丙酮饱和溶液中加入100g平均粒径为50nm的金红石型纳米二氧化钛粉，经初步混合后放入容器内，在超声波清洗机中超声处理2h。将经过超声波处理的纳米二氧化钛粉在转速为16000rpm的高速离心机内分离出纳米二氧化钛粉，然后用丙酮进行超声清洗6次，每次清洗后用高速离心机分离。将清洗-分离后的纳米二氧化钛粉放入烘箱中，在80℃条件下烘干至恒重，即得。称取所得到的纳米二氧化钛粉10g，与90g有机硅树脂混合后在高速研磨机中研磨30min后，获得改性纳米二氧化钛粉-有机硅树脂复合涂料。
如图1所示，从经过本实施例表面改性的纳米二氧化钛粉的红外光谱图可见，硬脂酸根离子与Ti离子以螯合的方式结合，实现了硬脂酸对纳米二氧化钛粉的改性。
本实施例改性纳米二氧化钛粉-有机硅树脂复合涂料经过20天放置，无沉淀。而未经改性的纳米二氧化钛粉-有机硅树脂复合涂料放置1天后，即发生纳米二氧化钛粉的沉积。
实施例2
本实施例所述的纳米二氧化钛粉的表面改性方法及应用，包括如下步骤：
首先将50g硬脂酸溶于900g丙酮中，制备5.3wt％硬脂酸的丙酮溶液，然后在硬脂酸的丙酮溶液中加入190g平均粒径为30nm的锐钛型纳米二氧化钛粉，经初步混合后放入容器内，在超声波清洗机中超声处理3h。将经过超声波处理的纳米二氧化钛粉在转速为16000rpm的高速离心机内分离出纳米二氧化钛粉，然后用丙酮进行超声清洗7次，每次清洗后用高速离心机分离。将清洗-分离后的纳米二氧化钛粉放入烘箱中，在60℃条件下烘干至恒重，即得。称取所得到的纳米二氧化钛粉100g，与100g环氧树脂混合后在高速研磨机中研磨30min后，获得改性纳米二氧化钛粉-环氧树脂复合涂料。
本实施例改性纳米二氧化钛粉-环氧树脂复合涂料经过20天放置，无沉淀。而未经改性的纳米二氧化钛粉-环氧树脂复合涂料放置1天后，即发生纳米二氧化钛粉的沉积。
实施例3
本实施例所述的纳米二氧化钛粉的表面改性方法及应用，包括如下步骤：
首先将5kg硬脂酸溶于45kg丙酮中，制备10wt％硬脂酸的丙酮溶液，然后在硬脂酸的丙酮溶液中加入20kg平均粒径为70nm的锐钛型纳米二氧化钛粉，经初步混合后放入容器内，在超声波清洗机中超声处理1h。将经过超声波处理的纳米二氧化钛粉在转速为16000rpm的高速离心机内分离出纳米二氧化钛粉，然后用丙酮进行超声清洗6次，每次清洗后用高速离心机分离。将清洗-分离后的纳米二氧化钛粉放入烘箱中，在50℃条件下烘干至恒重，即得。称取所得到的纳米二氧化钛粉10kg，与115kg环氧树脂混合后在高速研磨机中研磨35min后，获得改性纳米二氧化钛粉-环氧树脂复合涂料。
本实施例改性纳米二氧化钛粉-环氧树脂复合涂料经过25天放置，无沉淀。而未经改性的纳米二氧化钛粉-环氧树脂复合涂料放置1天后即发生纳米二氧化钛粉的沉积。
实施例4
本实施例所述的纳米二氧化钛粉的表面改性方法及应用，包括如下步骤：
首先将1kg硬脂酸溶于19kg丙酮中，制备5wt％硬脂酸的丙酮溶液，然后在硬脂酸的丙酮溶液中加入6kg平均粒径为40nm的金红石型纳米二氧化钛粉，经初步混合后放入容器内，在超声波清洗机中超声处理1.5h。将经过超声波处理的纳米二氧化钛粉在转速为16000rpm的高速离心机内分离出纳米二氧化钛粉，然后用丙酮进行超声清洗8次，每次清洗后用高速离心机分离。将清洗-分离后的纳米二氧化钛粉放入烘箱中，在75℃条件下烘干至恒重，即得。称取所得到的纳米二氧化钛粉1kg，与1.5kg氟碳树脂混合后在高速研磨机中研磨50min后，获得改性纳米二氧化钛粉-氟碳树脂复合涂料。
本实施例改性纳米二氧化钛粉-氟碳树脂复合涂料经过23天放置，无沉淀。而未经改性的纳米二氧化钛粉-氟碳树脂复合涂料放置1.5天后即发生纳米二氧化钛粉的沉积。
实施例5
本实施例所述的纳米二氧化钛粉的表面改性方法及应用，包括如下步骤：
首先将3kg硬脂酸溶于17kg丙酮中，制备15wt％硬脂酸的丙酮溶液，然后在硬脂酸的丙酮溶液中加入1kg平均粒径为20nm的锐钛型纳米二氧化钛粉，经初步混合后放入容器内，在超声波清洗机中超声处理2.6h。将经过超声波处理的纳米二氧化钛粉在转速为16000rpm的高速离心机内分离出纳米二氧化钛粉，然后用丙酮进行超声清洗5次，每次清洗后用高速离心机分离。将清洗-分离后的纳米二氧化钛粉放入烘箱中，在68℃条件下烘干至恒重，即得。称取所得到的纳米二氧化钛粉0.6kg，与59.4kg丙烯酸树脂混合后在高速研磨机中研磨20min后，获得改性纳米二氧化钛粉-丙烯酸树脂复合涂料。
本实施例改性纳米二氧化钛粉-丙烯酸树脂复合涂料经过30天放置，无沉淀。而未经改性的纳米二氧化钛粉-丙烯酸树脂复合涂料放置3天后即发生纳米二氧化钛粉的沉积。
实施例结果表明，本发明纳米二氧化钛粉表面改性后，硬脂酸根离子与Ti离子以螯合的方式结合，大大改善了纳米二氧化钛粉在有机涂料中的分散性和稳定性，避免了常用的高温或强酸处理等复杂的工艺，具有操作工艺简单、无毒、无污染、分散效果好等优点，易于实现工业化生产。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种纳米二氧化钛粉表面改性方法，其特征在于，将硬脂酸溶于丙酮制备硬脂酸溶液，所述硬脂酸溶液的浓度为5wt％至饱和；将纳米二氧化钛粉放入所述硬脂酸的丙酮溶液中，所述纳米二氧化钛粉与硬脂酸的丙酮溶液的重量比为(5～50):100；将硬脂酸的丙酮溶液-纳米二氧化钛粉构成的混合物置入超声波清洗机中，在常温条件下超声处理1～3h，然后用高速离心机分离出纳米二氧化钛粉，用丙酮进行超声清洗至少5次，形成表面改性后的纳米二氧化钛粉。
2.按照权利要求1所述的纳米二氧化钛粉表面改性方法，其特征在于，将表面改性后的纳米二氧化钛粉放入烘箱中，烘干至恒重。
3.按照权利要求2所述的纳米二氧化钛粉表面改性方法，其特征在于，烘干过程中温度为50～80℃。
4.按照权利要求1所述的纳米二氧化钛粉表面改性方法，其特征在于，优选的，硬脂酸的丙酮溶液中，硬脂酸浓度为8wt％～25wt％。
5.按照权利要求1所述的纳米二氧化钛粉表面改性方法，其特征在于，优选的，纳米二氧化钛粉与硬脂酸的丙酮溶液的重量比为(10～40):100。
6.一种权利要求1所述表面改性方法获得的纳米二氧化钛粉的应用，其特征在于，将表面改性后的纳米二氧化钛粉以1％～50％的重量百分比添加到有机树脂中，在高速砂磨机中研磨20～50min后，获得改性纳米二氧化钛粉-有机硅树脂复合涂料。
7.按照权利要求6所述的纳米二氧化钛粉的应用，其特征在于，有机树脂为环氧树脂、有机硅树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂或氟碳树脂。
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