專利名稱：一種水性納米漿料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水性納米濃縮漿料的制備方法，屬于功能納米材料制備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
納米氧化物是目前研究較多的納米無機(jī)功能材料之一，它具有很強(qiáng)的光催 化作用、抗菌性以及紫外線屏蔽性能，廣泛應(yīng)用于防曬化妝品、織物、涂料、 塑料、橡膠、廢水處理等領(lǐng)域。但納米微粒比表面積大，表面能髙，處于熱力 學(xué)的非穩(wěn)定態(tài)，在液相介質(zhì)中受范德華力的作用極易發(fā)生團(tuán)聚，將嚴(yán)重影響納 米材料的應(yīng)用及性能，從而限制了其推廣使用。眾所周知，納米材料的分散常常 離不開化學(xué)改性，即通過可與顆粒表面基團(tuán)發(fā)生化學(xué)作用的反應(yīng)性有機(jī)物來修 飾納米顆粒表面，增強(qiáng)納米顆粒在介質(zhì)中的分散，通常的方法有三種偶聯(lián)劑 法、酯化反應(yīng)法和聚合物包覆法。其中，偶聯(lián)劑法對于表面含有羥基的無機(jī)納 米顆粒最有效，而硅垸偶聯(lián)劑是研究最早、應(yīng)用最廣的偶聯(lián)劑之一，在納米氧 化鋅、氧化硅、氧化鈦改性方面取得了顯著的效果。目前，許多研究者是在有 機(jī)溶劑中采用硅垸偶聯(lián)劑對無機(jī)材料進(jìn)行有機(jī)表面改性。如在文獻(xiàn)[Wiley Interscience， 2008，102中，公開了 一種采用硅垸偶聯(lián)劑對氧化硅進(jìn)行表面改性 的方法；文獻(xiàn)[Applied Surface Science, 2003， 217]采用硅烷偶聯(lián)劑對氧化鈦進(jìn) 行表面改性。在有機(jī)溶劑中進(jìn)行表面改性主要存在以下不足第一是在有機(jī)溶 劑如甲苯、丙酮或乙醇中采用硅垸偶聯(lián)劑對無機(jī)材料進(jìn)行有機(jī)表面改性，其成 本髙、污染大、不便于工業(yè)化生產(chǎn)，而且由于無機(jī)材料表面呈極性，在有機(jī)溶 劑中很難分散，實際上有機(jī)表面改性劑大都反應(yīng)或附著在納米粒子的團(tuán)聚體上， 嚴(yán)重影響改性效果；第二是因為無機(jī)粒子所吸附的羥基不穩(wěn)定，故改性效果并 不十分理想，不利于長時間儲存；第三是改性后的納米粒子表面為疏水性，不適 合在水中分散，在應(yīng)用尤其是紡織領(lǐng)域應(yīng)用上受到很大限制。因此探索更簡單、 更有效的納米材料分散技術(shù)具有重要意義。
發(fā)明內(nèi)容為了克服背景技術(shù)所存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種具有高分散 穩(wěn)定性及與織物具有良好的結(jié)合性的水性納米漿料的制備方法。實現(xiàn)上述發(fā)明目的的技術(shù)方案是提供一種水性納米漿料的制備方法，其步 驟包括(1) 將納米微粒在超聲波作用下于有機(jī)溶劑中洗滌，經(jīng)過濾、烘干后去除 其表面雜質(zhì)；所述的有機(jī)溶劑為乙醇、丙酮或三氯甲垸；(2) 將納米微粒與多羥基化合物按質(zhì)量比1: 1 10: l混合，在球磨機(jī)中 球磨處理0.5 2小時，得到納米微粒表面充分活化的納米漿；(3) 將硅烷偶聯(lián)劑溶解在乙醇中，制備成質(zhì)量濃度為0.5 5%的溶液，加 入到上述納米漿中，用弱酸或弱堿為pH值調(diào)節(jié)劑，調(diào)節(jié)pH值為3 10，再球磨 處理0.5 3小時，得到一種水性納米漿料。所述的納米微粒為金屬或非金屬元素的固態(tài)氧化物，粒度為10 100nm。 所述的多羥基化合物為丙三醇、三羥甲基己烷、三羥甲基丙烷、季戊四醇、 二乙醇胺或三乙醇胺；所述的弱酸或弱堿pH值調(diào)節(jié)劑為乙酸、乙酸鈉、碳酸鈉、 碳酸氫鈉中的一種，或它們的混合物。本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中采用硅烷偶聯(lián)劑對納米粒子改性處理所存在的不足， 以多羥基化合物為橋基，對納米顆粒表面預(yù)先進(jìn)行修飾，增加納米粒子表面的 羥基基團(tuán)，提高其在水性介質(zhì)中的分散性，再在水介質(zhì)中采用球磨工藝實施硅烷 偶聯(lián)劑改性，可直接制備出分散穩(wěn)定的水性納米濃縮漿料。以氧化鈦為例，其 反應(yīng)機(jī)理如下式所示拳與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的突出優(yōu)點是1.納米濃縮漿料的分散介質(zhì)為水，無污染，特別適合紡織領(lǐng)域中的應(yīng)用。2. 納米濃縮漿具有髙分散穩(wěn)定性以及與織物髙結(jié)合性，無需使用其它黏合 劑即可牢固附著在織物上，經(jīng)稀釋后可直接使用。3. 納米濃縮漿料與其他助劑具有較好的相容性，可配合使用。


圖l是本發(fā)明實施例l所制備的水性納米漿料的透射電鏡圖；圖2是本發(fā)明實施例1所制備的水性納米漿料的激光粒度分析圖；圖3是采用經(jīng)稀釋的水性納米漿料對織物進(jìn)行處理后的掃描電鏡圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。實施例1本實施例技術(shù)方案具體步驟如下將15g納米Ti02微粒在超聲波作用下于乙醇溶劑中洗滌，過濾，烘干，以 去除納米微粒表面雜質(zhì)；然后將10g洗滌后的納米TiO2分散在100mL含2g三乙醇 胺的水中，在XQM-2L型行星式球磨機(jī)中球磨0.5h，然后在髙速攪拌下加入含2% 偶聯(lián)劑KH-560的乙醇溶液，用碳酸氫鈉調(diào)節(jié)pH值在9 10，繼續(xù)球磨0.5h即得納 米二氧化釹含量為100g/L的水性納米濃縮漿。5g棉織物在處理前預(yù)先在堿性皂液中洗滌以去除表面雜質(zhì)，然后取一定量 上述二氧化鈦水性納米濃縮漿、柔軟劑、水等配制成含二氧化鈦10g/L的織物 整理液，采用織物整理常規(guī)工藝即軋一烘一焙工藝處理織物，即經(jīng)過浸軋?zhí)幚恚?控制帶液率為90%,浸軋?zhí)幚砗蟮目椢镌俳?jīng)過2min, 90"預(yù)烘和2min， 140匸 焙烘處理，皂洗后即得納米功能織物。參見附圖1,按本實施例所述的加工方法制得的納米濃縮漿的透射電鏡圖。 由透射電鏡圖象可知，納米濃縮漿中的呈高度分散狀態(tài)，微?；旧鲜且詥蝹€ 粒子形式均勻存在，少量的團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)比較松散，局部粒子排列成單鏈狀。參見附圖2，按本實施例所述的加工方法制得的納米濃縮漿的激光粒度分 析圖。由粒度分析可知，納米濃縮漿中的納米粒子粒徑分布窄，只有一個峰， 平均粒徑為61. 25nm。將上述納米濃縮漿料稀釋后對織物進(jìn)行處理，參見附圖3，它是該織物的掃描電鏡圖。由圖3可以看到，織物表面呈現(xiàn)均勻而細(xì)小的納米粒子，大小與 透射電鏡圖中一致。實施例2將10g納米ZnO微粒在超聲波作用下于丙酮溶劑中洗滌，過濾，烘干，以去 除納米微粒表面雜質(zhì)；然后將7g洗滌后的納米ZnO分散在100邁L含lg三羥甲基己 垸的水中，在XQM-2L型行星式球磨機(jī)中球磨0. 5h,然后在高速攪拌下加入含29t 偶聯(lián)劑KH-550的乙醇溶液，用碳酸鈉和碳酸氫鈉調(diào)節(jié)pH值在8 9,繼續(xù)球磨0.5h 即得納米ZnO含量為70g/L的水性納米濃縮漿。實施例3將10g納米Si02微粒在超聲波作用下于乙醇溶劑中洗滌，過濾，烘干，以 去除納米微粒表面雜質(zhì)；然后將8g洗滌后的納米Si02分散在100mL含2.5g丙 三醇的水中，在XQM-2L型行星式球磨機(jī)中球磨0.5h，然后在高速攪拌下加入 含2.5%偶聯(lián)劑KH-602的乙醇溶液，用乙酸和乙酸鈉調(diào)節(jié)pH值在4 5,繼續(xù)球 磨0.5h即得納米Si02含量為80g/L的水性納米濃縮槳。權(quán)利要求
1.一種水性納米漿料的制備方法，其特征在于步驟包括(1)將納米微粒在超聲波作用下于有機(jī)溶劑中洗滌，經(jīng)過濾、烘干后去除其表面雜質(zhì)；所述的有機(jī)溶劑為乙醇、丙酮或三氯甲烷；(2)將納米微粒與多羥基化合物按質(zhì)量比1∶1～10∶1混合，在球磨機(jī)中球磨處理0.5～2小時，得到納米微粒表面充分活化的納米漿；(3)將硅烷偶聯(lián)劑溶解在乙醇中，制備成質(zhì)量濃度為0.5～5％的溶液，加入到上述納米漿中，用弱酸或弱堿為pH值調(diào)節(jié)劑，調(diào)節(jié)pH值為3～10，再球磨處理0.5～3小時，得到一種水性納米漿料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種水性納米漿料的制備方法，其特征在于所 述的納米微粒為金屬或非金屬元素的固態(tài)氧化物，粒度為10 100n邁。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種水性納米漿料的制備方法，其特征在于所 述的多羥基化合物為丙三醇、三羥甲基己烷、三羥甲基丙烷、季戊四醇、二乙 醇胺或三乙醇胺。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水性納米漿料的制備方法，其特征在于所 述的弱酸或弱堿pH值調(diào)節(jié)劑為乙酸、乙酸鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉或它們的混合物。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種水性納米漿料的制備方法。它以多羥基化合物為橋基，對納米顆粒表面先進(jìn)行修飾，增加納米粒子表面的羥基基團(tuán)，提高其在水性介質(zhì)中的分散性，然后在水介質(zhì)中采用球磨工藝實施硅烷偶聯(lián)劑改性，可直接制備出濃度為80～100g/L的分散穩(wěn)定的水性納米濃縮漿。該漿料稀釋后可直接用于紡織品的后整理工藝，賦予紡織品牢固的納米功能。該發(fā)明解決了目前納米粉體在紡織領(lǐng)域應(yīng)用中的分散問題以及與織物的結(jié)合問題，拓展了納米材料在紡織領(lǐng)域的應(yīng)用。
文檔編號D06M11/00GK101654862SQ20091003433
公開日2010年2月24日 申請日期2009年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月24日
發(fā)明者盧紅蓉, 王作山, 敏 鄭 申請人:蘇州大學(xué)