CN1884095A - 一种屏蔽紫外线纳米正钛酸锌粉体及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型屏蔽紫外线纳米正钛酸锌粉体及制备方法。以工业偏钛酸、硫酸锌为原料，首先制得TiOSO₄溶液，与ZnSO₄溶液混合后加入表面活性剂PEG400，以氨水为沉淀剂调节体系pH值生成前驱体沉淀，沉淀再经过滤、洗涤、干燥、研磨、煅烧制成纳米正钛酸锌(Zn₂TiO₄)粉体。本发明制备的纳米正钛酸锌粉体XRD物相分析显示成分为纯Zn₂TiO₄，TEM观察粒径约为70nm；本发明制备的纳米正钛酸锌粉体在整个紫外波段都能有效屏蔽紫外线，紫外屏蔽率达 95％以上，并且成本低廉，工艺流程简单，具有广泛的应用前景。

Description

一种屏蔽紫外线纳米正钛酸锌粉体及制备方法

技术领域

本发明属于无机非金属材料领域，涉及屏蔽紫外线用纳米正钛酸锌粉体，同时涉及其制备工艺。

背景技术

过量紫外线照射会引起光化学反应，使人体机能发生一系列变化，尤其是对人体的皮肤、眼睛以及免疫系统等造成危害。此外，过量紫外线还会加速建筑物、绘画、雕塑、橡胶和塑料制品的老化过程，使其变硬、变脆、缩短使用寿命。因此研究紫外屏蔽剂显得尤为重要。

在国际上广泛使用的紫外线屏蔽剂可分为两类：一类是有机类紫外线屏蔽剂，习惯上称为紫外线吸收剂，可以吸收紫外光特别是290nm～380nm的紫外光，并进行能量转换，以热能或无害的低能量辐射将能量消耗掉；另一类是无机类紫外线屏蔽剂，又称紫外线反射剂，对紫外线有较强的反射或吸收作用，从而达到屏蔽效果。当无机防晒剂制成超细粉末，其微粒粒径尺寸与光波波长相当或更小时，凭借量子尺寸效应，其对某种波长的光吸收带有“蓝移现象”，对各种波长的吸收节有“宽化现象”，因而光吸收或反射能力显著增强。无机紫外线屏蔽剂与有机紫外线吸收剂相比较，其耐热性能、屏蔽紫外线的耐久性能以及洗涤性能均相对优良，对人体无毒负作用，更安全有效，添加方便。由此可见无机紫外线屏蔽剂的应用前景更为广阔。

目前用作抗紫外剂的无机纳米材料主要有纳米TiO₂、ZnO、ZrO₂、Fe₂O₃和SiO₂等，又以纳米TiO₂、ZnO用得最多。虽然纳米TiO₂和ZnO都有良好的屏蔽紫外线性能，但在紫外长波段纳米TiO₂不如纳米ZnO；而在紫外中波段，纳米TiO₂的屏蔽紫外线能力大大高于纳米ZnO。结合纳米TiO₂和ZnO的优点可以制得紫外屏蔽性能更加优异的广谱紫外屏蔽剂。在ZnO-TiO₂体系中，一般认为存在三相：Zn₂TiO₄，ZnTiO₃和Zn₂Ti₃O₈，其中对Zn₂TiO₄的应用研究较少。经检索查新，国内尚无纳米正钛酸锌(Zn₂TiO₄)的屏蔽紫外线性能及其液相沉淀法制备的报道。

发明内容

本发明的目的在于针对单一TiO₂或ZnO粉体屏蔽紫外线波长范围窄，屏蔽效果不理想等缺陷，制备一种具有广谱抗紫外性能的纳米正钛酸锌(Zn₂TiO₄)粉体。

本发明以工业偏钛酸、硫酸锌为原料，首先制得TiOSO₄溶液，与ZnSO₄溶液混合后加入表面活性剂，由液相反应生成沉淀，沉淀再经过滤、洗涤、干燥、研磨、煅烧制成纳米正钛酸锌(Zn₂TiO₄)粉体，抗紫外性能测试表明在整个UVA和UVB波段都能有效屏蔽紫外线。

本发明制备的纳米正钛酸锌粉体与传统无机抗紫外粉体相比有以下优点：

1、本发明制备的纳米正钛酸锌粉体物相成分为纯Zn₂TiO₄，对于UVB和UVA都有很好屏蔽作用，能屏蔽95％以上的紫外线；

2、本发明制备正钛酸锌粉体采用的原料为工业偏钛酸和硫酸锌，成本低廉，有利于实现工业化生产；

3、本发明加入聚乙二醇(PEG)400作为表面活性剂，改善前驱体在溶液中的分散性，避免粉体在洗涤、烘干和煅烧过程中的团聚，有效控制纳米粒子的尺寸，加入量为TiOSO₄溶液体积的1/10；

4、本发明以氨水为沉淀剂，控制反应溶液的终点pH值为7，以获得最佳紫外屏蔽性能；

5、本发明热处理制度选择800℃下煅烧2h，既保证了正钛酸锌晶型生长的完整，又使得粒径处于100nm以下。

附图说明

附图1是本发明制备的纳米正钛酸锌粉体的x射线衍射(XRD)谱图，结果显示样品特征衍射峰与Zn₂TiO₄标准卡片的相应峰很好的吻合，而且没有发现杂质峰，说明800℃下煅烧2h后前驱体晶化，生成单一相的纯Zn₂TiO₄。

附图2是本发明制备的纳米正钛酸锌粉体的透射电子显微镜(TEM)照片，结果显示Zn₂TiO₄粉体颗粒呈规则球状，分布很均匀，未见明显的团聚现象，其粒径大约在70nm左右。

附图3是本发明制备的纳米正钛酸锌粉体配成0.2g/L的无水乙醇悬浮液后，用紫外可见分光光度计测试得到的UV-Vis透过率图，结果显示紫外屏蔽性能优异，能屏蔽95％以上的紫外线。

具体实施方式

实例：

1.TiOSO₄的制备：称适量工业偏钛酸，用稀盐酸及氨水溶液洗涤去除偏钛酸中杂质后放入烧杯中，加入适量的蒸馏水，用超声波分散均匀。再缓慢加入一定比例的浓硫酸，并在搅拌条件下恒温加热，反应4～5小时。这时白色粘稠溶液稠度降低，并逐渐澄清。在钛液中加入活性炭，搅拌半小时，过滤除去滤渣。得到TiOSO₄溶液。

2.TiOSO₄和ZnSO₄混合溶液的制备：将ZnSO₄溶于蒸馏水，按照Zn²⁺/Ti⁴⁺摩尔比为2∶1的比例和TiOSO₄溶液混合。

3.共沉淀制备Zn(OH)₂/TiO(OH)₂前驱体：在混合溶液中加入PEG400，加入量为TiOSO₄溶液体积的1/10，充分搅拌均匀，快速加入适量氨水，控制终点pH＝7，得到Zn(OH)₂/TiO(OH)₂前驱体沉淀，再过滤，洗涤，烘干，磨细。

4.将前驱体在马弗炉中于800℃下煅烧2h，然后研磨，得到纳米正钛酸锌粉体。

Claims (2)

1.一种沉淀法制备的屏蔽紫外线纳米正钛酸锌粉体，其特征在于：

a.该正钛酸锌粉体在整个紫外波段都能有效屏蔽紫外线，紫外屏蔽率达95％以上；

b.该正钛酸锌粉体成分为纯Zn₂TiO₄；

c.该正钛酸锌粉体原料为工业偏钛酸和硫酸锌；

d.该正钛酸锌粉体粒径在100nm以内。

2.一种制备如权利要求1所述的屏蔽紫外线纳米正钛酸锌粉体的方法，将原料混合后加入添加剂，由液相反应生成沉淀，沉淀再经过滤、洗涤、干燥、研磨、煅烧制成纳米正钛酸锌粉体，其特征在于：

a.用浓硫酸溶解偏钛酸，净化去除杂质得到TiOSO₄溶液；

b.将ZnSO₄溶于蒸馏水，按照Zn²⁺/Ti⁴⁺摩尔比为2∶1的比例配比，和步骤a所述TiOSO₄溶液混合；

c.向步骤b所述ZnSO₄和TiOSO₄混合溶液中添加聚乙二醇400，加入量为TiOSO₄溶液体积的1/10；

d.以氨水为沉淀剂，加入步骤c所述混合溶液，控制反应终点pH＝7，得到Zn(OH)₂/TiO(OH)₂前驱体沉淀；

e.步骤d所述前驱体经过滤、洗涤、干燥、研磨后，在800℃下煅烧2h制得屏蔽紫外线纳米正钛酸锌粉体。