CN107265494A - 一种改性纳米氧化锌 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改性纳米氧化锌，先对纳米氧化锌进行活化处理，然后再对活化后的纳米氧化锌采用偶联剂进行表面修饰，再采用氧化铋包覆纳米氧化锌，即可；本发明通过对纳米氧化锌进行改性后，使用到涂料中能够显著提高涂料涂膜硬度和附着力。

Description

一种改性纳米氧化锌
技术领域
本发明属于无机材料技术领域，具体涉及一种改性纳米氧化锌。
背景技术
氧化锌（ZnO），俗称锌白，是锌的一种氧化物。难溶于水，可溶于酸和强碱。氧化锌是一种常用的化学添加剂，广泛地应用于塑料、硅酸盐制品、合成橡胶、润滑油、油漆涂料、药膏、粘合剂、食品、电池、阻燃剂等产品的制作中。氧化锌的能带隙和激子束缚能较大，透明度高，有优异的常温发光性能，在半导体领域的液晶显示器、薄膜晶体管、发光二极管等产品中均有应用。
此外，微颗粒的氧化锌作为一种纳米材料也开始在相关领域发挥作用。纳米氧化锌是一种多功能性的新型无机材料，其颗粒大小约在1～100纳米。由于晶粒的细微化，其表面电子结构和晶体结构发生变化，产生了宏观物体所不具有的表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观隧道效应以及高透明度、高分散性等特点。近年来发现它在催化、光学、磁学、力学等方面展现出许多特殊功能，使其在陶瓷、化工、电子、光学、生物、医药等许多领域有重要的应用价值，具有普通氧化锌所无法比较的特殊性和用途。纳米氧化锌在纺织、涂料等领域可用于紫外光遮蔽材料、抗菌剂、荧光材料、光催化材料等。由于纳米氧化锌一系列的优异性和十分诱人的应用前景，因此研发纳米氧化锌已成为许多科技人员关注的焦点。
纳米氧化锌在涂料中使用较为频繁，能够显著提高涂料的性能，但是普通纳米氧化锌对涂料性能的提高的作用具有一定的局限度，如果打破此局限性，以继续提高涂料的性能是所要研究的重点。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种改性纳米氧化锌。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种改性纳米氧化锌，先对纳米氧化锌进行活化处理，然后再对活化后的纳米氧化锌采用偶联剂进行表面修饰，再采用氧化铋包覆纳米氧化锌，即可。
进一步的，所述纳米氧化锌粒度为60-80nm。
进一步的，所述对纳米氧化锌进行活化处理具体为：将一定量的纳米氧化锌与水混合配制成质量浓度为5.8%的纳米氧化锌水悬浮液，加入纳米氧化锌质量1.8%的硫酸铝钾，添加到高速搅拌机中在3200r/min转速下搅拌1小时，然后采用氨水将悬浮液的pH调节至8.5，加热至88℃，以150r/min转速搅拌25min后，采用300W超声波处理2min，再添加悬浮液质量0.12%的过硫酸铵，搅拌均匀后，在50℃下保温15min，然后进行真空抽滤，在80℃下采用真空干燥箱进行干燥，即得。
进一步的，所述对活化后的纳米氧化锌采用偶联剂进行表面修饰，具体为：将硅烷偶联剂KH550加入到蒸馏水中混合后，再加入到无水乙醇中配制成硅烷偶联剂KH550质量分数为3.5%的溶液，其中蒸馏水与无水乙醇体积比为1：3，静置2小时，然后再添加活化后的纳米氧化锌，超声分散2小时，再采用冰醋酸调节pH至3.5，以1500r/min转速搅拌2小时，然后进行真空干燥，即可。
进一步的，所述采用氧化铋包覆纳米氧化锌具体为：
（1）按80：1.1-1.3的质量比例将纳米氧化锌、硝酸铋放入球磨罐，控制球料比为100：1，然后添加氧化锌质量2倍的无水乙醇，进球磨2-3小时，然后进行干燥去除无水乙醇，得到固体混合物；
（2）向固体混合物中添加其质量0.23-0.25%的氢氧化钠，然后再添加固体混合物质量0.1%的去离子水，搅拌均匀，继续球磨40min，得到混合物料；
（3）将混合物料置于马弗炉里，以10℃/min速率匀速升温，加热至550-580℃，保温40min，然后冷却至400-410℃，保温1小时，然后再自然冷却至室温，得到固体粉末，将固体粉末按1：10质量比例添加到无水乙醇中，以3000r/min转速搅拌2小时，然后再静置40min，最后真空干燥至室温，再研磨，即得。
本发明相比现有技术具有以下优点：本发明通过对纳米氧化锌进行改性处理，使得改性后的纳米氧化锌粒子表面结构性质得到显著的提高，添加到涂料中可以对涂料起到显著的支撑作用，并且，由于纳米氧化锌表面性质得到明显的改善，能够在涂料中进一步的交联形成网状结构，从而提高了涂料成膜致密程度，从而提高涂膜的表面硬度，通过对纳米氧化锌的改性处理，还鞥呢个提高其与涂料之间的相容性，使得改性后的纳米氧化锌能够更好的在涂膜中分散，所以，涂膜固化后形成的网状结构内部充满改性纳米氧化锌粒子，使得涂膜结构更加的紧密，从而使得涂膜的硬度得到进一步的提高，同时，通过对纳米氧化锌的改性，能够使得改性后的纳米氧化锌每个表面单位面积具有更高的活性点，结合力更加，相较于未改性的纳米氧化锌的结合力提高了2-3倍，能够对涂料起到显著的增强作用，从而进一步的提高涂膜的硬度，并且能够显著提高涂料的附着力，提高涂料的寿命。
具体实施方式
实施例1
一种改性纳米氧化锌，先对纳米氧化锌进行活化处理，然后再对活化后的纳米氧化锌采用偶联剂进行表面修饰，再采用氧化铋包覆纳米氧化锌，即可。
所述纳米氧化锌粒度为60nm。
所述对纳米氧化锌进行活化处理具体为：将一定量的纳米氧化锌与水混合配制成质量浓度为5.8%的纳米氧化锌水悬浮液，加入纳米氧化锌质量1.8%的硫酸铝钾，添加到高速搅拌机中在3200r/min转速下搅拌1小时，然后采用氨水将悬浮液的pH调节至8.5，加热至88℃，以150r/min转速搅拌25min后，采用300W超声波处理2min，再添加悬浮液质量0.12%的过硫酸铵，搅拌均匀后，在50℃下保温15min，然后进行真空抽滤，在80℃下采用真空干燥箱进行干燥，即得。
所述对活化后的纳米氧化锌采用偶联剂进行表面修饰，具体为：将硅烷偶联剂KH550加入到蒸馏水中混合后，再加入到无水乙醇中配制成硅烷偶联剂KH550质量分数为3.5%的溶液，其中蒸馏水与无水乙醇体积比为1：3，静置2小时，然后再添加活化后的纳米氧化锌，超声分散2小时，再采用冰醋酸调节pH至3.5，以1500r/min转速搅拌2小时，然后进行真空干燥，即可。
所述采用氧化铋包覆纳米氧化锌具体为：
（1）按80：1.1的质量比例将纳米氧化锌、硝酸铋放入球磨罐，控制球料比为100：1，然后添加氧化锌质量2倍的无水乙醇，进球磨2小时，然后进行干燥去除无水乙醇，得到固体混合物；
（2）向固体混合物中添加其质量0.23%的氢氧化钠，然后再添加固体混合物质量0.1%的去离子水，搅拌均匀，继续球磨40min，得到混合物料；
（3）将混合物料置于马弗炉里，以10℃/min速率匀速升温，加热至550℃，保温40min，然后冷却至400℃，保温1小时，然后再自然冷却至室温，得到固体粉末，将固体粉末按1：10质量比例添加到无水乙醇中，以3000r/min转速搅拌2小时，然后再静置40min，最后真空干燥至室温，再研磨，即得。
实施例2
一种改性纳米氧化锌，先对纳米氧化锌进行活化处理，然后再对活化后的纳米氧化锌采用偶联剂进行表面修饰，再采用氧化铋包覆纳米氧化锌，即可。
所述纳米氧化锌粒度为80nm。
所述对纳米氧化锌进行活化处理具体为：将一定量的纳米氧化锌与水混合配制成质量浓度为5.8%的纳米氧化锌水悬浮液，加入纳米氧化锌质量1.8%的硫酸铝钾，添加到高速搅拌机中在3200r/min转速下搅拌1小时，然后采用氨水将悬浮液的pH调节至8.5，加热至88℃，以150r/min转速搅拌25min后，采用300W超声波处理2min，再添加悬浮液质量0.12%的过硫酸铵，搅拌均匀后，在50℃下保温15min，然后进行真空抽滤，在80℃下采用真空干燥箱进行干燥，即得。
所述对活化后的纳米氧化锌采用偶联剂进行表面修饰，具体为：将硅烷偶联剂KH550加入到蒸馏水中混合后，再加入到无水乙醇中配制成硅烷偶联剂KH550质量分数为3.5%的溶液，其中蒸馏水与无水乙醇体积比为1：3，静置2小时，然后再添加活化后的纳米氧化锌，超声分散2小时，再采用冰醋酸调节pH至3.5，以1500r/min转速搅拌2小时，然后进行真空干燥，即可。
所述采用氧化铋包覆纳米氧化锌具体为：
（1）按80：1.3的质量比例将纳米氧化锌、硝酸铋放入球磨罐，控制球料比为100：1，然后添加氧化锌质量2倍的无水乙醇，进球磨3小时，然后进行干燥去除无水乙醇，得到固体混合物；
（2）向固体混合物中添加其质量0.25%的氢氧化钠，然后再添加固体混合物质量0.1%的去离子水，搅拌均匀，继续球磨40min，得到混合物料；
（3）将混合物料置于马弗炉里，以10℃/min速率匀速升温，加热至580℃，保温40min，然后冷却至410℃，保温1小时，然后再自然冷却至室温，得到固体粉末，将固体粉末按1：10质量比例添加到无水乙醇中，以3000r/min转速搅拌2小时，然后再静置40min，最后真空干燥至室温，再研磨，即得。
实施例3
一种改性纳米氧化锌，先对纳米氧化锌进行活化处理，然后再对活化后的纳米氧化锌采用偶联剂进行表面修饰，再采用氧化铋包覆纳米氧化锌，即可。
所述纳米氧化锌粒度为70nm。
所述对纳米氧化锌进行活化处理具体为：将一定量的纳米氧化锌与水混合配制成质量浓度为5.8%的纳米氧化锌水悬浮液，加入纳米氧化锌质量1.8%的硫酸铝钾，添加到高速搅拌机中在3200r/min转速下搅拌1小时，然后采用氨水将悬浮液的pH调节至8.5，加热至88℃，以150r/min转速搅拌25min后，采用300W超声波处理2min，再添加悬浮液质量0.12%的过硫酸铵，搅拌均匀后，在50℃下保温15min，然后进行真空抽滤，在80℃下采用真空干燥箱进行干燥，即得。
所述对活化后的纳米氧化锌采用偶联剂进行表面修饰，具体为：将硅烷偶联剂KH550加入到蒸馏水中混合后，再加入到无水乙醇中配制成硅烷偶联剂KH550质量分数为3.5%的溶液，其中蒸馏水与无水乙醇体积比为1：3，静置2小时，然后再添加活化后的纳米氧化锌，超声分散2小时，再采用冰醋酸调节pH至3.5，以1500r/min转速搅拌2小时，然后进行真空干燥，即可。
所述采用氧化铋包覆纳米氧化锌具体为：
（1）按80：1.2的质量比例将纳米氧化锌、硝酸铋放入球磨罐，控制球料比为100：1，然后添加氧化锌质量2倍的无水乙醇，进球磨2小时，然后进行干燥去除无水乙醇，得到固体混合物；
（2）向固体混合物中添加其质量0.24%的氢氧化钠，然后再添加固体混合物质量0.1%的去离子水，搅拌均匀，继续球磨40min，得到混合物料；
（3）将混合物料置于马弗炉里，以10℃/min速率匀速升温，加热至560℃，保温40min，然后冷却至405℃，保温1小时，然后再自然冷却至室温，得到固体粉末，将固体粉末按1：10质量比例添加到无水乙醇中，以3000r/min转速搅拌2小时，然后再静置40min，最后真空干燥至室温，再研磨，即得。
对比例1：与实施例1区别仅在于不对纳米氧化锌进行活化处理。
对比例2：与实施例1区别仅在于不采用硅烷偶联剂对纳米氧进行表面修饰处理。
对比例3：与实施例1区别仅在于采用氧化铋对纳米氧化锌进行包覆处理。
试验：采用聚酯涂料进行试验，实施例与对比例制备的改性氧化锌在聚酯涂料中的添加量均为聚酯涂料质量的4%，漆膜厚度为30μm：
硬度测试：对漆膜的测定采用铅笔硬度测定法，按照《色漆和清漆铅笔法测定漆膜硬度》（GB/T6739-2006）进行测试，铅笔硬度法采用已知硬度标号得铅笔刮划涂膜，涂膜的硬度由能够穿透涂膜厚度深达底面的铅笔的硬度标号来表示，在23±2℃和相对湿度为50±5%的试验条件下进行；
按GB/T1727-79在马口铁板上制备涂膜，然后按GB/T1720-79测定涂膜的附着力，采用漆膜附着力试验仪和QXG型线棒漆膜器进行实验，对实施例与对比例分别进行试验；
表1
硬度 附着力
实施例1 5H 1
实施例2 5H 1
实施例3 5H 1
对比例1 4H 3
对比例2 3H 2
对比例3 2H 2
对照组 H 4
对照组为向聚酯涂料中添加其质量4%的普通未改性的纳米氧化锌；
由表1可以看出经过本发明改性后的纳米氧化锌能够显著提高涂膜的硬度和附着力。

Claims (5)

1.一种改性纳米氧化锌，其特征在于，先对纳米氧化锌进行活化处理，然后再对活化后的纳米氧化锌采用偶联剂进行表面修饰，再采用氧化铋包覆纳米氧化锌，即可。
2.根据权利要求1所述的一种改性纳米氧化锌，其特征在于，所述纳米氧化锌粒度为60-80nm。
3.根据权利要求2所述的一种改性纳米氧化锌，其特征在于，所述对纳米氧化锌进行活化处理具体为：将一定量的纳米氧化锌与水混合配制成质量浓度为5.8%的纳米氧化锌水悬浮液，加入纳米氧化锌质量1.8%的硫酸铝钾，添加到高速搅拌机中在3200r/min转速下搅拌1小时，然后采用氨水将悬浮液的pH调节至8.5，加热至88℃，以150r/min转速搅拌25min后，采用300W超声波处理2min，再添加悬浮液质量0.12%的过硫酸铵，搅拌均匀后，在50℃下保温15min，然后进行真空抽滤，在80℃下采用真空干燥箱进行干燥，即得。
4.根据权利要求3所述的一种改性纳米氧化锌，其特征在于，所述对活化后的纳米氧化锌采用偶联剂进行表面修饰，具体为：将硅烷偶联剂KH550加入到蒸馏水中混合后，再加入到无水乙醇中配制成硅烷偶联剂KH550质量分数为3.5%的溶液，其中蒸馏水与无水乙醇体积比为1：3，静置2小时，然后再添加活化后的纳米氧化锌，超声分散2小时，再采用冰醋酸调节pH至3.5，以1500r/min转速搅拌2小时，然后进行真空干燥，即可。
5.根据权利要求4所述的一种改性纳米氧化锌，其特征在于，所述采用氧化铋包覆纳米氧化锌具体为：
（1）按80：1.1-1.3的质量比例将纳米氧化锌、硝酸铋放入球磨罐，控制球料比为100：1，然后添加氧化锌质量2倍的无水乙醇，进球磨2-3小时，然后进行干燥去除无水乙醇，得到固体混合物；
（2）向固体混合物中添加其质量0.23-0.25%的氢氧化钠，然后再添加固体混合物质量0.1%的去离子水，搅拌均匀，继续球磨40min，得到混合物料；
（3）将混合物料置于马弗炉里，以10℃/min速率匀速升温，加热至550-580℃，保温40min，然后冷却至400-410℃，保温1小时，然后再自然冷却至室温，得到固体粉末，将固体粉末按1：10质量比例添加到无水乙醇中，以3000r/min转速搅拌2小时，然后再静置40min，最后真空干燥至室温，再研磨，即得。
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