本發(fā)明屬于功能納米粉體制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種強吸收紫外線的功能納米粉體制備方法。

背景技術(shù)：

紫外線依波長可分為短波(UVC，200-280nm)、中波(UVB，280-320nm)、長波(UVA，320-400nm)。紫外線UVC被臭氧吸收，紫外線對人類的危害，一般由UVA和UVB的綜合作用引起。

小于200nm的納米級金屬氧化物粉體，具有良好的屏蔽紫外線功能。納米粉體的量子尺寸效應(yīng)，使其對某種波長的光吸收帶有“藍移現(xiàn)象”和對各種波長的吸收有“寬化現(xiàn)象”，因而對紫外線的吸收顯著增強。故納米材料作為吸收紫外線功能材料，用于生活中化妝品、日用品等，具有巨大的市場需求。

然而，納米粒子粒徑小、比表面大、極易團聚，表面極性大，與大部分聚合物相容性差，采用一般共混技術(shù)難以獲得納米尺度上的均勻分散；混合的不均勻使得現(xiàn)有的界面改性技術(shù)難以完全消除填料與聚合物基體間的界面張力，難以實現(xiàn)理想的界面粘接，達不到粒子納米填充的目的。

此外，國內(nèi)外對于金屬氧化物納米功能粉體制備，多采用化學(xué)工藝，具有成本高、操作復(fù)雜等缺點，不利于工業(yè)化應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本部分的目的在于概述本發(fā)明的實施例的一些方面以及簡要介紹一些較佳實施例。在本部分以及本申請的說明書摘要和發(fā)明名稱中可能會做些簡化或省略以避免使本部分、說明書摘要和發(fā)明名稱的目的模糊，而這種簡化或省略不能用于限制本發(fā)明的范圍。

鑒于上述金屬氧化物納米功能粉體制備的技術(shù)空白，提出了本發(fā)明。

因此，本發(fā)明其中的一個目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種粒徑小、且能夠強吸收紫外線的功能納米粉體制備方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：一種強吸收紫外線的功能納米粉體制備方法，包括，對金屬氧化物進行機械粉粹，并超聲高速霧化；進行氣流粉粹，進行表面修飾，最終得到產(chǎn)品。

作為本發(fā)明所述強吸收紫外線的功能納米粉體制備方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述超聲高速霧化，其中超聲功率為200～250W，高速霧化轉(zhuǎn)速為20000～24000rpm。

作為本發(fā)明所述強吸收紫外線的功能納米粉體制備方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述氣流粉碎，其氣體流量為2～4m³/min，氣體壓力為0.5～0.7MPa，氣體溫度為90～120℃。

作為本發(fā)明所述強吸收紫外線的功能納米粉體制備方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述機械粉粹，其粉粹時間為0.5～1h，轉(zhuǎn)速為250～350rpm。

作為本發(fā)明所述強吸收紫外線的功能納米粉體制備方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述金屬氧化物包括氧化鋅、氧化鎘、二氧化鈦、二氧化錫中一種或幾種。

作為本發(fā)明所述強吸收紫外線的功能納米粉體制備方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述表面修飾，其中，修飾劑的流量為0.8～1.2ml/min。

作為本發(fā)明所述強吸收紫外線的功能納米粉體制備方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述修飾劑為1～20μm液滴，其質(zhì)量濃度為4～6wt.％。

作為本發(fā)明所述強吸收紫外線的功能納米粉體制備方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述修飾劑包括硅烷偶聯(lián)劑系列、鈦酸酯系列或具有2～3官能團的小分子有機化合物的表面接枝化學(xué)試劑中的一種或幾種。

作為本發(fā)明所述強吸收紫外線的功能納米粉體制備方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述修飾劑包括疏基乙酸、氨基酸類、丙三醇中一種或幾種。

作為本發(fā)明所述強吸收紫外線的功能納米粉體制備方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述修飾劑的用量為粉體質(zhì)量的1～10％。

本發(fā)明所具有的有益效果：

(1)本發(fā)明所提供的強吸收紫外線的功能納米粉體制備方法，采用少量表面修飾劑即可制得性能更優(yōu)異的納米粉體。

(2)本發(fā)明所提供的強吸收紫外線的功能納米粉體制備方法所制備得到的納米粉體，粒徑小且在基體中具有優(yōu)異的表面活化指數(shù)和分散性。

(3)本發(fā)明所提供的強吸收紫外線的功能納米粉體制備方法，所采用的氧化鋅、氧化鎘、二氧化鈦、二氧化錫，皆具有良好的屏蔽紫外線功能，同時還具有對皮膚無刺激，不分解，不變質(zhì)，熱穩(wěn)定性好的優(yōu)點，可以廣泛用于化妝品、塑料、紡織等行業(yè)。

(4)本發(fā)明所提供的強吸收紫外線的功能納米粉體制備方法所制備的功能納米粉體，經(jīng)過表面修飾后，可使得粉體可以在基體當中均勻分散，故而進一步制備功能材料，能夠充分發(fā)揮強吸收紫外線的效果。

(5)本發(fā)明所提供的強吸收紫外線的功能納米粉體制備方法，與傳統(tǒng)的化學(xué)制備方法相比，成本降低，操作方便，納米粉體的粒度可控，生產(chǎn)效率高，可大規(guī)模應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。其中：

圖1為實施例1所得氧化鋅納米粉體，由圖可見，通過本發(fā)明所述方法制得的氧化鋅納米粉體，其平均粒徑為100nm；

圖2為實施例2所得二氧化鈦納米粉體，由圖可見，通過本發(fā)明所述方法制得的二氧化鈦納米粉體，其平均粒徑為100nm；

圖3為實施例6中粉體沉降率測試實驗結(jié)果圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明的具體實施方式做詳細的說明。

在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施例的限制。

其次，此處所稱的“一個實施例”或“實施例”是指可包含于本發(fā)明至少一個實現(xiàn)方式中的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性。在本說明書中不同地方出現(xiàn)的“在一個實施例中”并非均指同一個實施例，也不是單獨的或選擇性的與其他實施例互相排斥的實施例。

本發(fā)明所述具有強吸收紫外線功能納米粉體制備方法，通過對粉粹方式組合、粉粹時間、相應(yīng)的轉(zhuǎn)速、粉粹空氣溫度、表面修飾劑的用量等因素的優(yōu)選改進，確定最終的制備方法，其中，

1、粉粹方式組合

從原料成本看，市售金屬氧化物粉體通常未達納米級別，或有納米級別原料但價格昂貴，故選擇普通級別金屬氧化物粉體原料更經(jīng)濟；從給料粒度要求看，機械粉粹對此并無嚴格要求，氣流粉粹對此則有嚴格要求，給料粒度過大會使得氣流粉粹產(chǎn)能降低，機器損耗大，故機械粉粹更適宜處理粗原料，氣流粉粹更適宜處理經(jīng)機械粉粹加工過的精細原料；從粉粹得粉體的粉度分布看，氣流粉粹相較于機械粉粹，其產(chǎn)出粉體的粒度分布更窄；綜合考慮經(jīng)濟性、機器消耗、產(chǎn)能和產(chǎn)品標準要求，本發(fā)明通過對普通金屬氧化物粉體原料進行機械粉粹，再進行氣流粉粹。

2、機械粉粹的粉粹時間

發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，在其他條件不變的情況下，金屬氧化物粉體原料，在機械粉粹過程中，若粉粹時間過長，樣品顆粒會發(fā)生團聚，同時產(chǎn)品成本也會相應(yīng)提高。

實施例1

稱取3t氧化鋅粗粉，加入到350rpm轉(zhuǎn)速的機械粉碎機中，粉碎45分鐘，并同時采用超聲高速霧化輔助粉碎，超聲功率為250W，高速霧化轉(zhuǎn)速為24000rpm，粉粹后粉體收集好稱重；按5wt.％比例稱取表面修飾劑疏基乙酸0.15t，調(diào)節(jié)氣流粉粹機，氣體流量為3m³/min，氣體壓力為0.6MPa，空氣溫度為100℃，修飾劑溶液濃度為5wt.％，修飾劑溶液的流量為1ml/min，霧化為1～20μm，開始粉碎后噴入修飾劑，粉碎完成后得到平均直徑為100納米、已經(jīng)表面修飾，分散均勻的氧化鋅納米粉體。

此為樣品1。

實施例2

稱取3t二氧化鈦粗粉，加入到300rpm轉(zhuǎn)速的機械粉碎機中，粉碎60分鐘，并同時采用超聲高速霧化輔助粉碎，超聲功率為200W，高速霧化轉(zhuǎn)速為22000rpm，粉粹后粉體收集好稱重；按8wt.％比例稱取氨基酸類表面修飾劑0.24t，調(diào)節(jié)氣流粉粹機，氣體流量為3m³/min，氣體壓力為0.6MPa，空氣溫度為110℃，修飾劑溶液濃度為6wt.％，修飾劑溶液的流量為1ml/min，霧化為1～20μm，開始粉碎后噴入修飾劑，粉碎完成后得到平均直徑為100納米、已經(jīng)表面修飾，分散均勻的二氧化鈦粉體。

此為樣品2。

實施例3

稱取3t氧化鎘粗粉，加入到250rpm轉(zhuǎn)速的機械粉碎機中，粉碎45分鐘，并同時采用超聲高速霧化輔助粉碎，超聲功率為250W，高速霧化轉(zhuǎn)速為20000rpm，粉粹后粉體收集好稱重；按6wt.％比例稱取丙三醇0.18t，調(diào)節(jié)氣流粉粹機，氣體流量為3m³/min，氣體壓力為0.6MPa，空氣溫度為100℃，修飾劑溶液濃度為4wt.％，修飾劑溶液的流量為1ml/min，霧化為1～20μm，開始粉碎后噴入修飾劑，粉碎完成后得到平均直徑為120納米、已經(jīng)表面修飾，分散均勻的二氧化鈦粉體。

此為樣品3。

實施例4

稱取3t二氧化錫粗粉，加入到300rpm轉(zhuǎn)速的機械粉碎機中，粉碎30分鐘，并同時采用超聲高速霧化輔助粉碎，超聲功率為200W，高速霧化轉(zhuǎn)速為24000rpm，粉粹后粉體收集好稱重；按10wt.％比例稱取丙三醇0.33t，調(diào)節(jié)氣流粉粹機，氣體流量為2m³/min，氣體壓力為0.7MPa，空氣溫度為120℃，修飾劑溶液濃度為5wt.％，修飾劑溶液的流量為1.2ml/min，霧化為1～20μm，開始粉碎后噴入修飾劑，粉碎完成后得到平均直徑為120納米、已經(jīng)表面修飾，分散均勻的二氧化鈦粉體。

此為樣品4。

實施例5：

取市售納米級改性二氧化鈦粉體，其改性劑用量為15wt％，作為樣品5。

分別取樣品1、2、3、4、5各5.0g，加入200ml去離子水，磁力攪拌5min，靜置，除去漂浮于水面的粉體，將沉入水底的樣品過濾、烘干、稱重，其質(zhì)量記為M，依如下公式計算活化指數(shù)：

具體結(jié)果如下表

由結(jié)果可見，本發(fā)明所制備的改性粉體，在活化指數(shù)方面，具有優(yōu)異效果。發(fā)明者經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，當控制改性劑用量在1～10wt％時，改性粉體的活化指數(shù)會明顯增強，并穩(wěn)定在90％以上。雖然市售改性粉體中，改性劑用量大過10wt％，但是，由于其在改性過程中，出現(xiàn)原納米粉體與改性納米粉體之間的軟團聚，使得形成“二次粒徑”，無法有效優(yōu)化活化指數(shù)。本發(fā)明在機械粉粹時，同時用超聲或者高速霧化破壞納米粉體間的團聚，避免了直接加入改性劑而產(chǎn)生的軟團聚現(xiàn)象，且在機械粉碎時同時進行修飾會侵蝕機器，導(dǎo)致機器故障。

實施例6：

取市售納米級改性二氧化鈦粉體，其改性劑用量為15wt％，作為樣品5。

分別取樣品1、2、3、4、5，加入四氯化碳，配成0.1wt％的分散液，超聲分散10min，置于10ml有刻度的帶磨口塞的試管中，在室溫下靜置，記錄上層清液的溶劑，其與有機相的體積(10ml)比，表示納米粉體的沉降率以評價其分散性。

計時180分鐘，每隔30分鐘記錄沉降率數(shù)據(jù)，整理的如下圖表：

由結(jié)果可見，本發(fā)明所制備的改性粉體，在分散性方面，具有優(yōu)異效果。納米粉體是否能夠體現(xiàn)出同基體材料穩(wěn)定融合性和基體材料中的均勻分散性，關(guān)鍵在于控制納米粉體粒徑均勻和納米粉體充分改性。發(fā)明者研究發(fā)現(xiàn)，將納米粉體粒子，通過機械粉碎，統(tǒng)一控制在200nm以下，且此過程中采用超聲、高速霧化而非加改性劑改性，更夠避免改性過程中改性納米粒子同原納米粒子的軟團聚，進而使得粒徑分布較窄，不會出現(xiàn)“二次粒徑”現(xiàn)象；再進一步采用氣流粉粹，并同時用改性劑做表面修飾，則在粒徑分布均勻的情況下，進一步細化粒徑，并同時，相比于機械粉粹法改性，近乎于“一對一”充分對納米粒子進行改性。綜上，本發(fā)明所提供的方法，能夠控制納米粉體粒徑均勻且納米粉體充分改性，體現(xiàn)出優(yōu)異的在基體中的分散性。

實施例7：

將樣品1、2、3、4、5與樹脂粉體PBT均勻混合，其中紫外吸收劑與樹脂粉體質(zhì)量比為1:9；混合后經(jīng)雙螺桿擠出共混造粒擠出，擠出溫度為160℃，轉(zhuǎn)速為150rpm，得到紫外吸收母粒；將母粒置烘箱干燥，干燥溫度為130℃，時間為5h；后同PET切片均勻混合，其中母粒質(zhì)量占比為3％，喂入紡絲機進行熔體紡絲，紡絲溫度為270℃，速度為600m/min，紡絲組件初始壓力8MPa，制得高抗紫外纖維；采用機織方式，將抗紫外纖維在緯向使用，質(zhì)量占比為15％，得到目標面料1、2、3、4、5。

用Lambda35型紫外/可見光光譜儀測試織物防紫外線(波長為200～400nm)性能，測試結(jié)果見表

由結(jié)果可見，本發(fā)明所制備的改性粉體，在紫外線吸收功能方面，具有優(yōu)異效果。功能納米粉體，是否能夠體現(xiàn)優(yōu)異的功能效果，關(guān)鍵在于1.納米粉體粒子本身是否充分改性；2.納米粉體是否在基體中穩(wěn)定融合；3.納米粉體是否在基體中分散均勻。此三者，相輔相成。發(fā)明者研究發(fā)現(xiàn)，通過對納米粉體的初輪粉碎并同時超聲或者高速噴霧處理，可以防止納米粉體的軟團聚現(xiàn)象，進而使得其不會因“二次粒徑”而出現(xiàn)粒徑分布過寬，改性不充分的情況發(fā)生。如此一來，在有效控制納米粉體的粒徑分布和改性充分程度的情況下，就使得本發(fā)明所制備得到的納米粉體，能夠具有較高的活化指數(shù)和在基體中優(yōu)異的分散性。進而，即便同改性劑含量更高的普通市售功能粉體相比，本發(fā)明制得的粉體所制備出的面料，能夠體現(xiàn)出更加優(yōu)異的紫外線吸收效果。

值得一提的是，現(xiàn)有技術(shù)中均為化學(xué)法制得納米級金屬氧化物粉體，本發(fā)明采用物理方法制成了效果更佳的粉體。摒棄了傳統(tǒng)制備過程中，現(xiàn)修飾后處理的方法，采用超聲霧化輔助處理，并優(yōu)選優(yōu)化了工藝條件，促進了金屬氧化物表面原子伸向空間的“懸掛鍵”對空氣的吸附，隨著粉碎的進行以及超聲霧化的促進作用，金屬氧化物內(nèi)部的三維周期勢場不斷在表面被極速中斷，電子狀態(tài)和體相極劇變化，導(dǎo)致除橋氧空位等穩(wěn)定吸附位點以外的其他吸附的氣體發(fā)生一定程度的解離，影響了金屬氧化物體系中存在著的混合離子和共價鍵作用，使得金屬氧化物穩(wěn)定性變?nèi)?，能夠被破碎到更低的?shù)量級。

綜上所述，本發(fā)明所提供的強吸收紫外線的功能納米粉體制備方法，采用少量表面修飾劑即可制得性能更優(yōu)異的納米粉體；本發(fā)明所提供的強吸收紫外線的功能納米粉體制備方法所制備得到的納米粉體，粒徑小且在基體中具有優(yōu)異的表面活化指數(shù)和分散性；本發(fā)明所提供的強吸收紫外線的功能納米粉體制備方法，所采用的氧化鋅、氧化鎘、二氧化鈦、二氧化錫，皆具有良好的屏蔽紫外線功能，同時還具有對皮膚無刺激，不分解，不變質(zhì)，熱穩(wěn)定性好的優(yōu)點，可以廣泛用于化妝品、塑料、紡織等行業(yè)；本發(fā)明所提供的強吸收紫外線的功能納米粉體制備方法所制備的功能納米粉體，經(jīng)過表面修飾后，可使得粉體可以在基體當中均勻分散，故而進一步制備功能材料，能夠充分發(fā)揮強吸收紫外線的效果；本發(fā)明所提供的強吸收紫外線的功能納米粉體制備方法，與傳統(tǒng)的化學(xué)制備方法相比，成本降低，操作方便，納米粉體的粒度可控，生產(chǎn)效率高，可大規(guī)模應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)。

應(yīng)說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。