CN111072066A - 一种油酸改性纳米TiO2的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种油酸改性纳米TiO2的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：将1.2～1.5ml的油酸和8～10g钛酸丁酯溶解于35～40ml的无水C2H5OH中；步骤二：向步骤一中溶解液中加入10～12g的硫酸钠晶体，在氮气保护下磁力搅拌，升温至70～80℃，反应2.5小时，得到黄色悬浊液，抽滤得沉淀；步骤三：用无水C2H5OH和蒸馏水分别洗涤沉淀至无油酸和SO4 2‑离子；步骤四：将步骤三所得洗涤后的沉淀投放在80～85℃下真空环境干燥3～4h；步骤五：将步骤四中干燥无研磨至粉末状，得到油酸改性纳米TiO2。本发明与现有技术相比的优点在于：制备路线简单、杂质含量少、产率高。

Description

一种油酸改性纳米TiO2的制备方法
技术领域
本发明涉及油酸改性纳米TiO2技术领域，具体是指一种油酸改性纳米TiO2的制备方法。
背景技术
传统涂料能挥发有机挥发物(VOC)，影响环境和人们身体健康，随着人们环保意识的提高，化工涂料行业面临着巨大挑战，水性涂料是未来发展的必然趋势。水性环氧聚氨酯复合涂膜因具备较好的耐水性、耐热性等优点，可以广泛应用于建筑、钢铁和石油化工等行业，但涂膜硬度较低使其应用受到极大的限制。研究表明，将无机纳米材料TiO2添加到环氧聚氨酯复合乳液中，能克服上述不足。此外，纳米TiO2具有独特的光催化性能，能赋予涂料抗紫外和自清洁的功能，故将纳米TiO2与环氧聚氨酯复合成为人们研究水性涂料的热点。
由于纳米TiO2是一种无机材料，与有机物的相容性和分散性能均比较差，与环氧聚氨酯复合时容易发生团聚现象，故必须对纳米TiO2表面进行亲油改性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服以上技术缺陷，提供一种制备路线简单、杂质含量少、产率高的一种油酸改性纳米TiO2的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种油酸改性纳米TiO2的制备方法，其特征在于，包括以下内容：将1.2～1.5ml的油酸和8～10g钛酸丁酯溶解于35～40ml的无水 C2H5OH中；向溶解液中加入10～12g的硫酸钠晶体，在氮气保护下磁力搅拌，升温至70～80℃，反应2.5小时，得到黄色悬浊液，抽滤得沉淀；用无水C2H5OH和蒸馏水分别洗涤沉淀至无油酸和SO4 2-离子；所得洗涤后的沉淀投放在80～85℃下真空环境干燥3～4h；干燥、磨至粉末状，得到油酸改性纳米TiO2。
本发明与现有技术相比的优点在于：采用油酸改性纳米TiO2并开发了一种纳米材料制备与表面改性同步完成的方法，该方法将钛酸丁酯和油酸在氮气保护下充分反应，抽滤、干燥，油酸小分子便包覆在纳米TiO2粒子表面，一步法即可制得油酸改性纳米TiO2粒子，一步法相对两步法具有制备路线简单、杂质含量少、产率高等优点。
附图说明
图1是油酸改性纳米TiO2反应原理；
图2是纳米TiO2和油酸改性纳米TiO2分散图；
图3是油酸改性纳米TiO2的红外光谱图；
图4是油酸改性纳米TiO2热重分析图；
图5是扫描电镜图(SEM)；
图6是电子能谱图；
图7是油酸用量对接枝率的影响表。
具体实施方式
本发明中的实验药品、实验仪器及实验标准如下：
主要试剂：
钛酸丁酯(分析纯，天津科密欧公司)，油酸(分析纯，天津科密欧公司)，无水乙醇(分析纯，天津富裕公司)，硫酸钠晶体(分析纯，广州化学试剂厂)。
主要仪器：
傅立叶变换红外光谱仪(Perkin-Elmer，美国PE公司)，扫描电子显微镜(JSM-6360LV，日本电子株式会社)，热重分析仪(TGA-Q50，美国TA公司)，电热真空干燥箱(ZK-82B型，上海实验仪器公司)。
油酸改性纳米TiO2的制备：
将油酸(1.2～1.5ml)和钛酸丁酯(8～10g)溶解于无水C2H5OH(35～40ml)中，加入硫酸钠晶体 (10～12g)，氮气保护下磁力搅拌，升温至70～80℃，反应2.5小时，得到黄色悬浊液，抽滤，用无水C2H5OH和蒸馏水分别洗涤沉淀至无油酸和SO4 2-离子，80～85℃下真空干燥3～4h，研磨至粉末状，得到油酸改性纳米TiO2。
油酸改性纳米TiO2原理：
图1为油酸改性纳米TiO2原理。将油酸和钛酸丁酯溶解于C2H5OH溶剂中，加入Na2SO4·10H2O粉末，钛酸丁酯与Na2SO4·10H2O中的结晶水反应，生成的纳米TiO2同时与加入的油酸进行接枝反应。
反应结束后，抽滤，得到的沉淀采用无水C2H5OH和蒸馏水分别洗涤，除去附着的油酸和SO4 2-，真空干燥，得到油酸改性纳米TiO2产品。
纳米粒子的分散性：
油酸改性纳米TiO2和纳米TiO2在环己烷和水中分散性对比如图2所示，a，b两试管上层均为环己烷，下层为去离子水。从图2可以清楚地看出，a试管的下层水相中分散了大量未经过改性处理的纳米TiO2；b试管的上层有机相环己烷中分散了大量经油酸改性处理的纳米TiO2。上述分析可初步得出结论：经油酸改性后的纳米TiO2的亲油性能明显提高，能很好的分散于环己烷等有机相中。
油酸改性纳米TiO2的红外光谱图谱分析：
油酸改性纳米TiO2的红外光谱图谱见图3，由图3可以看出，2847cm-1、2926cm-1出现的较为明显的特征吸收峰，分别对应-CH2、-CH3伸缩振动吸收峰，1440cm-1、1531cm-1 处为羧酸基团的特征吸收峰，同时，1711cm-1处吸收峰消失，表明羧酸基团通过桥连或螯合方式同改性纳米TiO2表面羟基相结合了。此外，716cm-1处为O-Ti-O吸收峰，1092cm-1处为-C-O-的伸缩振动吸收峰。上述分析可以进一步判定油酸分子已经接枝到纳米TiO2粒子表面。
油酸改性纳米TiO2样品的热重分析：
油酸改性纳米TiO2样品的热重分析见图4，图4中出现了两个较为明显的失重平台，一个出现在110～180℃处，另一个出现在330～450℃处，分别是由于吸附水的挥发和接枝在 TiO2表面的油酸分解所致。500℃以后，曲线趋于平稳，表明接枝在纳米TiO2上的油酸分子已基本脱离其表面。测试条件：在氮气保护下进行，升温速度20℃/min，升温至650℃。
酸改性纳米TiO2的表面微观形貌：
油酸改性纳米TiO2的扫描电镜图(SEM)和电子能谱图分别见图5、图6，从图5 SEM中可以看出，油酸改性纳米TiO2呈球形颗粒状且分布均匀，粒径在100nm左右。从图6的电子能谱图可以看出，图中出现了一个很强的C峰，此外，还有Ti和O峰，进一步证明了纳米TiO2粒子表面上已经接枝了油酸分子，这与红外光谱和热重分析结果相一致。
油酸用量对接枝率的影响：
油酸接枝改性纳米TiO2粒子表面，随着油酸用量的增大，接枝率先上升后下降，可能是随着纳米TiO2粒子表面聚集的油酸碳链分子数越多，空间位阻越大，阻止了油酸分子进一步接枝到纳米TiO2粒子表面。实验结果表明，当油酸添加量为钛酸丁酯质量的15wt％时，接枝率最高可达到26％，如图7所示。与纳米TiO2相比，经油酸改性后的纳米TiO2的亲油性能有比较大的提高。

Claims (1)

1.一种油酸改性纳米TiO2的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将1.2～1.5ml的油酸和8～10g钛酸丁酯溶解于35～40ml的无水C2H5OH中；
步骤二：向步骤一中溶解液中加入10～12g的硫酸钠晶体，在氮气保护下磁力搅拌，升温至70～80℃，反应2.5小时，得到黄色悬浊液，抽滤得沉淀；
步骤三：用无水C2H5OH和蒸馏水分别洗涤沉淀至无油酸和SO4 2-离子；
步骤四：将步骤三所得洗涤后的沉淀投放在80～85℃下真空环境干燥3～4h；
步骤五：将步骤四中干燥无研磨至粉末状，得到油酸改性纳米TiO2。
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Title
王升文: "改性纳米ＴｉＯ２／环氧－聚氨酯三元复合材料的制备及性能研究", 《化工新型材料》 *

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