CN107118389A - 二氧化钛的表面改性方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种二氧化钛的表面改性方法，将纳米二氧化钛输送至表面处理槽，然后加入月硅酸钠分散剂和乙醇，控制温度在50‑60℃，在转速为100‑300r/min搅拌10‑20min，得纳米二氧化钛分散液；将上述纳米二氧化钛分散液加入超声波发生器，再加入甜菜碱和聚丙烯酰胺复合改性剂，在温度为50‑60℃、频率为50‑60Hz下超声20‑30min，得改性纳米二氧化钛液；再将改性纳米二氧化钛液经过过滤，干燥，粉碎，过筛，即完成纳米二氧化钛的改性。本发明改性处理后的纳米二氧化钛不仅分散性好、稳定性好、与有机物的相容性好，还能提高二氧化钛的耐光性和耐候性。本方法工艺简单、易于操作、成本低、生产效率高，容易实现工业化生产。

Description

二氧化钛的表面改性方法
技术领域
本发明涉及无机材料改性技术领域，具体是一种二氧化钛的表面改性方法。
背景技术
纳米二氧化钛是一种新型无机功能材料，广泛应用于屏蔽紫外线、随角异色涂料、光电转换、光催化等领域。二氧化钛是一种N 型半导体，当波长小于400nm 的紫外线照射二氧化钛时，价带上的电子可吸收紫外线而被激发到导带上，同时产生电子-空穴对，部分电子-空穴对会迁移到表面，导致二氧化钛表面的羟基和吸附水产生氢氧自由基，氢氧自由基具有很强的氧化能力，会使其周围的有机物氧化分解。由于纳米二氧化钛的粒径小，空穴和电子从晶体内部到达晶体表面的时间缩短，降低了空穴和电子重新结合的几率，因而纳米二氧化钛具有更高的光催化活性。但由于纳米二氧化钛粒子小、比表面积大、表面能高，处于能量不稳定的状态，很容易聚集在一起而形成团聚体，特别是在有机聚合物中极易团聚，相容性差，因此纳米二氧化钛需要对其进行改性处理。
在如何提高纳米材料在有机聚合物中的分散性能已经做了很多相关研究。主要是在纳米二氧化钛粒子表面引入官能团，从而改善纳米二氧化钛的分散性、耐候性和自清洁性。对纳米二氧化钛进行改性处理的方法有如下几种：一种方法是通过物理机械方法来打破分散团聚的纳米颗粒，比如通过超声处理，但是此种方法效果极其有限，无机纳米颗粒与有机聚合物之间的相互作用同无机纳米颗粒之间的相互作用相比非常有限。另一种方法是化学键合接枝法，对纳米颗粒表面进行改性，增强纳米颗粒与聚合物链之间的相互作用，减少纳米颗粒之间的团聚，促进纳米颗粒在聚合物基体中的分散，同时具有良好的光催化性能。但该种处理方法的工艺较复杂，控制过程困难，成本较高，难以实现工业化生产。
发明内容
本发明针对当前纳米二氧化钛改性存在的问题，提供一种工艺简单、易于操作、成本低、改性后的纳米二氧化钛分散性好、与有机物相容性好的表面改性方法。
为了实现以上目的，本发明采用的技术方案如下：
一种二氧化钛的表面改性方法，包括以下步骤：
（1）将纳米二氧化钛输送至表面处理槽，然后加入月硅酸钠分散剂和乙醇，控制温度在50-60℃，在转速为100-300r/min搅拌10-20min，得纳米二氧化钛分散液；
（2）将上述纳米二氧化钛分散液加入超声波发生器，再加入甜菜碱和聚丙烯酰胺复合改性剂，在温度为50-60℃、频率为50-60Hz下超声20-30min，得改性纳米二氧化钛液；
（3）再将改性纳米二氧化钛液经过过滤，干燥，粉碎，过筛，即完成纳米二氧化钛的改性。
进一步地，所述月桂酸钠分散剂的加入量为纳米二氧化钛重量的0.5-1.5%。
进一步地，所述纳米二氧化钛分散液的质量浓度为20-30%。
进一步地，所述甜菜碱和聚丙烯酰胺的质量比为2-4:1。
进一步地，所述甜菜碱和聚丙烯酰胺复合改性剂的加入量为纳米二氧化钛重量的1.5-2.0%。
进一步地，所述干燥是在温度为80-100℃下干燥至纳米二氧化钛的含水率为8-12%。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本方法改性后的纳米二氧化钛不仅分散性好、稳定性好、与有机物的相容性好，还能提高二氧化钛的耐光性和耐候性。
2、本发明采用物理搅拌和超声波方法来打破分散团聚的纳米颗粒，超声波能产生空化作用，使液体处于高频振荡状态；利用超声波的作用可使纳米二氧化钛粒子处于良好的分散状态，减轻纳米二氧化钛粒子间的团聚现象，同时可以加速反应物在微观尺度的混合和反应。
3、本方法工艺简单、易于操作、成本低、生产效率高，容易实现工业化生产。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明进一步详细说明，但不限于本发明的保护范围。
实施例1
一种二氧化钛的表面改性方法，包括以下步骤：
（1）将纳米二氧化钛输送至表面处理槽，然后加入月硅酸钠分散剂和乙醇，控制温度在50℃，在转速为200r/min搅拌15min，得质量浓度为30%的纳米二氧化钛分散液；所述月桂酸钠分散剂的加入量为纳米二氧化钛重量的1.0%;
（2）将上述纳米二氧化钛分散液加入超声波发生器，再加入甜菜碱和聚丙烯酰胺复合改性剂，在温度为50℃、频率为60Hz下超声30min，得改性纳米二氧化钛液；所述甜菜碱和聚丙烯酰胺的质量比为3:1；复合改性剂的加入量为纳米二氧化钛重量的1.5%；
（3）再将改性纳米二氧化钛液经过过滤，在温度为100℃下干燥至纳米二氧化钛的含水率为10%，粉碎，过筛，即完成纳米二氧化钛的改性。
实施例2
一种二氧化钛的表面改性方法，包括以下步骤：
（1）将纳米二氧化钛输送至表面处理槽，然后加入月硅酸钠分散剂和乙醇，控制温度在55℃，在转速为300r/min搅拌10min，得质量浓度为25%的纳米二氧化钛分散液；所述月桂酸钠分散剂的加入量为纳米二氧化钛重量的0.5%;
（2）将上述纳米二氧化钛分散液加入超声波发生器，再加入甜菜碱和聚丙烯酰胺复合改性剂，在温度为55℃、频率为50Hz下超声30min，得改性纳米二氧化钛液；所述甜菜碱和聚丙烯酰胺的质量比为2:1；复合改性剂的加入量为纳米二氧化钛重量的2.0%；
（3）再将改性纳米二氧化钛液经过过滤，在温度为80℃下干燥至纳米二氧化钛的含水率为12%，粉碎，过筛，即完成纳米二氧化钛的改性。
实施例3
一种二氧化钛的表面改性方法，包括以下步骤：
（1）将纳米二氧化钛输送至表面处理槽，然后加入月硅酸钠分散剂和乙醇，控制温度在60℃，在转速为100r/min搅拌20min，得质量浓度为20%的纳米二氧化钛分散液；所述月桂酸钠分散剂的加入量为纳米二氧化钛重量的1.0%;
（2）将上述纳米二氧化钛分散液加入超声波发生器，再加入甜菜碱和聚丙烯酰胺复合改性剂，在温度为60℃、频率为60Hz下超声20min，得改性纳米二氧化钛液；所述甜菜碱和聚丙烯酰胺的质量比为4:1；复合改性剂的加入量为纳米二氧化钛重量的1.8%；
（3）再将改性纳米二氧化钛液经过过滤，在温度为80℃下干燥至纳米二氧化钛的含水率为10%，粉碎，过筛，即完成纳米二氧化钛的改性。
实施例4
一种二氧化钛的表面改性方法，包括以下步骤：
（1）将纳米二氧化钛输送至表面处理槽，然后加入月硅酸钠分散剂和乙醇，控制温度在60℃，在转速为300r/min搅拌10min，得质量浓度为25%的纳米二氧化钛分散液；所述月桂酸钠分散剂的加入量为纳米二氧化钛重量的1.5%;
（2）将上述纳米二氧化钛分散液加入超声波发生器，再加入甜菜碱和聚丙烯酰胺复合改性剂，在温度为60℃、频率为50Hz下超声30min，得改性纳米二氧化钛液；所述甜菜碱和聚丙烯酰胺的质量比为3:1；复合改性剂的加入量为纳米二氧化钛重量的2.0%；
（3）再将改性纳米二氧化钛液经过过滤，在温度为100℃下干燥至纳米二氧化钛的含水率为8%，粉碎，过筛，即完成纳米二氧化钛的改性。

Claims (6)

1.一种二氧化钛的表面改性方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）将纳米二氧化钛输送至表面处理槽，然后加入月硅酸钠分散剂和乙醇，控制温度在50-60℃，在转速为100-300r/min搅拌10-20min，得纳米二氧化钛分散液；
（2）将上述纳米二氧化钛分散液加入超声波发生器，再加入甜菜碱和聚丙烯酰胺复合改性剂，在温度为50-60℃、频率为50-60Hz下超声20-30min，得改性纳米二氧化钛液；
（3）再将改性纳米二氧化钛液经过过滤，干燥，粉碎，过筛，即完成纳米二氧化钛的改性。
2.根据权利要求1所述二氧化钛的表面改性方法，其特征在于：所述月桂酸钠分散剂的加入量为纳米二氧化钛重量的0.5-1.5%。
3.根据权利要求1所述二氧化钛的表面改性方法，其特征在于：所述纳米二氧化钛分散液的质量浓度为20-30%。
4.根据权利要求2或3所述二氧化钛的表面改性方法，其特征在于：所述甜菜碱和聚丙烯酰胺的质量比为2-4:1。
5.根据权利要求4所述二氧化钛的表面改性方法，其特征在于：所述甜菜碱和聚丙烯酰胺复合改性剂的加入量为纳米二氧化钛重量的1.5-2.0%。
6.根据权利要求1所述二氧化钛的表面改性方法，其特征在于：所述干燥是在温度为80-100℃下干燥至纳米二氧化钛的含水率为8-12%。
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