專利名稱：一種納米二氧化鈦的表面修飾方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米二氧化鈦的表面修飾方法，具體說是通過一種硅烷偶聯(lián)劑對二氧化鈦表面進(jìn)行改性，從而改善二氧化鈦的分散性、親油性，屬于粉末加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
納米二氧化鈦(TiO2)是近年來發(fā)展較快的一種附加值很高的功能精細(xì)無機材料，因其具有粒徑小，比表面積大，磁性強，光催化、吸收性能好，吸收紫外線能力強，表面活性大，熱導(dǎo)性好，分散性好，以及良好的耐侯性、耐化學(xué)腐蝕性，抗紫外線能力強等特點，被廣泛應(yīng)用于感光材料、光催化劑、化妝品、食品包裝材料、陶瓷添加劑、橡膠、塑料、皮革鞣制、高級轎車涂料等領(lǐng)域。但由于納米級粒子的表面能高，容易發(fā)生團(tuán)聚，形成一次粒子，在有機相中難以浸 潤和分散穩(wěn)定性差等缺點，無法表現(xiàn)出令人滿意的大比面積效應(yīng)、體積效應(yīng)及量子尺寸效應(yīng)等納米特性，因此為了改善納米二氧化鈦與有機體系的相容性及其在有機體系的分散穩(wěn)定性，提高添加納米二氧化鈦的復(fù)合體系的綜合性能，必須對其進(jìn)行表面改性；通過改變納米二氧化鈦表面的物化性質(zhì)，提高其與有機分子的相容性和結(jié)合力，拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域，因此，對納米二氧化鈦粒子表面進(jìn)行改性處理具有很重要的實際意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于使硅烷偶聯(lián)劑KH-560的極性基團(tuán)與納米二氧化鈦顆粒表面的官能團(tuán)反應(yīng)形成穩(wěn)定的化學(xué)鍵，從而改善其分散性和親油性；KH560修飾納米二氧化鈦的機理主要是二氧化鈦材料表面的的羥基在一定條件下與環(huán)氧硅烷偶聯(lián)劑的功能團(tuán)發(fā)生反應(yīng)生成共價鍵；其主要反應(yīng)機理主要是在有水條件下，KH-560分子中的甲氧基先與水分子作用水解生成Si-OH (水解反應(yīng)，圖I所示)；生成的Si-OH和二氧化鈦表面的-OH發(fā)生縮水反應(yīng)，形成Ti-O-Si鍵鍵合反應(yīng)，(圖2所示)并在納米粒子表面接枝上有機鏈。目前文獻(xiàn)報道的娃燒偶聯(lián)劑KH-560—般用于納米二氧化娃的表面改性中，用于納米二氧化鈦的改性中在比較苛刻的條件下才能完成；而本實驗表明，在水性條件，通過超聲與攪拌的同時作用，使偶聯(lián)劑分子與納米二氧化鈦粒子碰撞機會增加，從而縮短了鍵合時間，提高改性效果；硅烷偶聯(lián)劑KH-560牢固的鍵合在納米二氧化鈦粉體表面，并且引進(jìn)特殊官能團(tuán)，不僅使納米二氧化鈦在聚合物中的潤濕性和分散性得到了改善，也拓寬了其應(yīng)用范圍，本專利提供了 KH-560改性納米二氧化鈦比較溫和的改性條件。本發(fā)明通過下列技術(shù)方案完成一種納米二氧化鈦表面修飾方法，其特征經(jīng)過下面步驟制得
A、將5重量份納米二氧化鈦粉末加入到90重量份無水乙醇和10重量份去離子水的混合溶液中，得到混合溶液I ;
B、在混合溶液I里，按納米二氧化鈦粉末質(zhì)量的1%加入分散劑，然后超聲振蕩使分散劑充分分散，得到混合溶液2 ；C、在混合溶液2中加入冰醋酸使混合溶液2的PH在3.5-5. 5之間，得到混合溶液3 ；
D、將納米二氧化鈦粉末質(zhì)量的5%-50%的KH-560加入混合溶液3中，并同時快速攪拌與超聲震蕩使得KH-560充分分散，得到混合溶液4 ；
E、將混合溶液4加熱到80°C，攪拌，恒溫，回流2小時，得到混合料漿；
F、將混合料漿按常規(guī)進(jìn)行醇洗，水洗，烘干，研磨后，獲得改性的納米二氧化鈦。所述步驟B的分散劑是TAZ-NDl分散劑。所述步驟C中的硅烷偶聯(lián)劑牌號是KH-560，即Y -縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅燒。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點和效果采用上述方案，納米二氧化鈦粒子表面羥基數(shù)量減少，與硅烷偶聯(lián)劑的極性基團(tuán)反應(yīng)，并且在其表面接枝上疏水有機鏈，這樣使納米二氧化鈦從親水轉(zhuǎn)變成親油，并且減少了粒子間的團(tuán)聚，提高了納米二氧化鈦在有機相中的分散性，進(jìn)而擴寬了其應(yīng)用范圍；本發(fā)明操作簡單，成本低廉，無污染。


圖I為KH-560分子的水解反應(yīng)原理 圖2為TiO2與硅烷偶聯(lián)劑間的鍵合反應(yīng)原理 圖3為未改性的納米二氧化鈦(圖3a)和硅烷偶聯(lián)劑KH-560改性的納米二氧化鈦(圖3b)的紅外譜 圖4納米二氧化鈦的TEM照片，圖4 (a)為改性納米二氧化鈦的TEM照片；圖4 (b)為未改性的納米二氧化鈦的TEM照片。
具體實施例方式下面結(jié)合具體方式對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明
實施例I
A、將5g納米二氧化鈦粉末加入到90g無水乙醇和IOg去離子水的混合溶液中，得到混合溶液I ;
B、在混合溶液I里，加入O.05g分散劑，然后超聲振蕩30min使分散劑充分分散，得到混合溶液2 ；
C、在混合溶液2中加入冰醋酸使混合溶液2的PH值為3.5，得到混合溶液3 ；
D、將O.5gKH-560加入到混合溶液3，并同時快速攪拌與超聲震蕩30min，得到混合溶液
4；
E、將混合溶液4加熱到80°C，攪拌，恒溫，回流2小時，得到混合料漿；
F、將混合料漿按常規(guī)進(jìn)行醇洗，水洗，烘干，研磨后，獲得改性的納米二氧化鈦。實施例2
A、將5g納米二氧化鈦粉末加入到90g無水乙醇和IOg去離子水的混合溶液中，得到混合溶液I ;
B、在混合溶液I里，加入O.05g分散劑，，然后超聲振蕩30min使分散劑充分分散，得到混合溶液2 ；
C、在混合溶液2中加入冰醋酸使體系的PH為4.5，得到混合溶液3 ；D、將I.0gKH-560加入到混合溶液3，并同時快速攪拌與超聲震蕩30min，得到混合溶液
4；
E、將混合溶液4加熱到80°C，攪拌，恒溫，回流2小時，得到混合料漿；
F、將混合料漿按常規(guī)進(jìn)行醇洗，水洗，烘干，研磨后，獲得改性的納米二氧化鈦。實施例3
本發(fā)明提供的表面改性的納米二氧化鈦，經(jīng)過下面步驟所得
A、將5g納米二氧化鈦粉末加入到90g無水乙醇和IOg去離子水的混合溶液中，得到 混合溶液I ;
B、在混合溶液I里，加入O.05g分散劑，然后超聲振蕩30min使分散劑充分分散，得到混合溶液2 ；
C、在混合溶液2中加入冰醋酸使體系的PH為5.5，得到混合溶液3 ；
D、將2.0gKH-560加入到混合溶液3，并同時快速攪拌與超聲震蕩30min，得到混合溶液
4 ；
E、將混合溶液4加熱到80°C，攪拌，恒溫，回流2小時，得到混合料漿；
F、將混合料漿按常規(guī)進(jìn)行醇洗，水洗，烘干，研磨后，獲得改性的納米二氧化鈦。實施例4
本發(fā)明提供的表面改性的納米二氧化鈦，經(jīng)過下面步驟所得
A、將5g納米二氧化鈦粉末加入到90g無水乙醇和IOg去離子水的混合溶液中，得到混合溶液I ;
B、在混合溶液I里，加入O.05g分散劑，然后超聲振蕩30min使分散劑充分分散，得到混合溶液2 ；
C、在混合溶液2中加入冰醋酸使體系的PH為4.5，得到混合溶液3 ；
D、將I.5gKH-560加入到混合溶液3，并同時快速攪拌與超聲震蕩30min，得到混合溶液
4；
E、將混合溶液4加熱到80°C，攪拌，恒溫，回流2小時，得到混合料漿；
F、將混合料漿按常規(guī)進(jìn)行醇洗，水洗，烘干，研磨后，獲得改性的納米二氧化鈦。所改性的納米粒子用傅立葉變換紅外光譜(FT-IR)、透射電鏡(TEM)，觀察納米粒子表面官能團(tuán)、尺寸、分散情況。傅立葉變換紅外光譜儀(FT-IR)測得硅烷偶聯(lián)劑KH-560改性的納米二氧化鈦粉末紅外譜圖，分析其官能團(tuán)的吸收峰；圖3為未改性的納米二氧化鈦(圖3a)和硅烷偶聯(lián)劑KH-560改性的納米二氧化鈦(圖3b)的紅外譜圖，由圖3b中的2926. 84cm^處可以看到明顯的亞甲基振動峰，說明硅烷偶聯(lián)劑KH-560已經(jīng)鍵合到納米二氧化鈦粒子表面。(2) TEM 表征
將改性后的納米二氧化鈦粉末分散于無水乙醇中，用透射電子顯微鏡觀察納米粒子的形貌。圖4是納米二氧化鈦的TEM照片；圖4 (a)為改性納米二氧化鈦的TEM照片，改性后的納米二氧化鈦粒子均勻分散于乙醇中，無明顯團(tuán)聚現(xiàn)象；圖4 (b)為未改性的納米二氧化鈦的TEM照片，從圖中可明顯看出納米粒子團(tuán)聚嚴(yán)重。說明改性后的納米二氧化鈦粒子能較好的分散于有機溶劑中，有效降低了納米粒子的軟團(tuán)聚現(xiàn)象。
權(quán)利要求
1.一種納米二氧化鈦表面修飾方法，其特征經(jīng)過下面步驟制得 A、將5重量份納米二氧化鈦粉末加入到90重量份無水乙醇和10重量份去離子水的混合溶液中，得到混合溶液I ; B、在混合溶液I里，按納米二氧化鈦粉末質(zhì)量的1%加入分散劑，然后超聲振蕩使分散劑充分分散，得到混合溶液2 ；C、在混合溶液2中加入冰醋酸使混合溶液2的PH在3.5-5. 5之間，得到混合溶液3 ； D、將納米二氧化鈦粉末質(zhì)量的5%-50%的KH-560加入混合溶液3中，并同時快速攪拌與超聲震蕩使得KH-560充分分散，得到混合溶液4 ； E、將混合溶液4加熱到80°C，攪拌，恒溫，回流2小時，得到混合料漿； F、將混合料漿按常規(guī)進(jìn)行醇洗，水洗，烘干，研磨后，獲得改性的納米二氧化鈦。
2.如權(quán)利要求I所述的一種納米二氧化鈦表面修飾方法，其特征在于所述步驟B的分散劑是TAZ-NDl分散劑。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種納米二氧化鈦的表面修飾方法，具體說是通過一種硅烷偶聯(lián)劑對二氧化鈦表面進(jìn)行改性，從而改善二氧化鈦的分散性、親油性，屬于粉末加工技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明具有以下優(yōu)點和效果采用上述方案，納米二氧化鈦粒子表面羥基數(shù)量減少，與硅烷偶聯(lián)劑的極性基團(tuán)反應(yīng)，并且在其表面接枝上疏水有機鏈，這樣使納米二氧化鈦從親水轉(zhuǎn)變成親油，并且減少了粒子間的團(tuán)聚，提高了納米二氧化鈦在有機相中的分散性，進(jìn)而擴寬了其應(yīng)用范圍；本發(fā)明操作簡單，成本低廉，無污染。
文檔編號C09C3/12GK102660154SQ201210128730
公開日2012年9月12日 申請日期2012年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月28日
發(fā)明者姜冬, 宋仁國, 李鑫偉, 王超 申請人:常州大學(xué)