本發(fā)明涉及精細(xì)化工領(lǐng)域，特別是涉及一種納米二氧化鈦粉表面改性方法及在有機(jī)涂料中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
納米二氧化鈦粉(TiO2)是近年來(lái)發(fā)展較快的一種附加值很高的功能精細(xì)無(wú)機(jī)材料，因其具有光催化、吸收紫外線能力強(qiáng)，表面活性大，耐高溫性能優(yōu)良，以及良好的耐侯性、耐化學(xué)腐蝕性等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用作光催化劑、化妝品添加劑、食品包裝劑、陶瓷添加劑、橡膠和塑料添加劑以及高級(jí)轎車涂料、耐高溫涂料等工業(yè)領(lǐng)域。但由于納米級(jí)二氧化鈦粉的表面能高，容易發(fā)生團(tuán)聚，形成一次粒子，同時(shí)由于納米二氧化鈦粉表面的強(qiáng)極性使其具有高度的親水性和疏油性，在有機(jī)相中難以浸潤(rùn)導(dǎo)致極差的分散性和穩(wěn)定性，大大降低了納米二氧化鈦粉的實(shí)際應(yīng)用效果。
納米二氧化鈦粉常用的改性方法主要有物理改性法和化學(xué)改性法，包括利用Al2O3、Fe2O3、SiO2等無(wú)機(jī)化合物進(jìn)行改；利用有機(jī)硅烷、醇類化合物、偶聯(lián)劑、羧酸化合物等有機(jī)化合物進(jìn)行改性；以及利用紫外線、電暈放電、紅外線、等離子體照射等高能量表面改性處理等。
工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、綠色環(huán)保的納米二氧化鈦粉表面改性處理是今后的發(fā)展方向。常用的改性方法具有操作復(fù)雜的缺點(diǎn)，如：需要高溫以及繁雜的輔助處理工藝和復(fù)雜的處理設(shè)備，存在處理成本高、費(fèi)時(shí)等缺點(diǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種納米二氧化鈦粉表面改性方法及在有機(jī)涂料中的應(yīng)用，使納米二氧化鈦粉分散性和穩(wěn)定性好且處理工藝簡(jiǎn)單，并在有機(jī)涂料中得到較好的應(yīng)用。
本發(fā)明的技術(shù)方案是：
一種納米二氧化鈦粉表面改性方法，將硬脂酸溶于丙酮制備硬脂酸溶液，所 述硬脂酸溶液的濃度為5wt％至飽和；將納米二氧化鈦粉放入所述硬脂酸的丙酮溶液中，所述納米二氧化鈦粉與硬脂酸的丙酮溶液的重量比為(5～50):100；將硬脂酸的丙酮溶液-納米二氧化鈦粉構(gòu)成的混合物置入超聲波清洗機(jī)中，在常溫條件下超聲處理1～3h，然后用高速離心機(jī)分離出納米二氧化鈦粉，用丙酮進(jìn)行超聲清洗至少5次，形成表面改性后的納米二氧化鈦粉。
所述的納米二氧化鈦粉表面改性方法，將表面改性后的納米二氧化鈦粉放入烘箱中，烘干至恒重。
所述的納米二氧化鈦粉表面改性方法，烘干過(guò)程中溫度為50～80℃。
所述的納米二氧化鈦粉表面改性方法，優(yōu)選的，硬脂酸的丙酮溶液中，硬脂酸濃度為8wt％～25wt％。
所述的納米二氧化鈦粉表面改性方法，優(yōu)選的，納米二氧化鈦粉與硬脂酸的丙酮溶液的重量比為(10～40):100。
所述表面改性方法獲得的納米二氧化鈦粉的應(yīng)用，將表面改性后的納米二氧化鈦粉以1％～50％的重量百分比添加到有機(jī)樹(shù)脂中，在高速砂磨機(jī)中研磨20～50min后，獲得改性納米二氧化鈦粉-有機(jī)硅樹(shù)脂復(fù)合涂料。
所述的納米二氧化鈦粉的應(yīng)用，有機(jī)樹(shù)脂為環(huán)氧樹(shù)脂、有機(jī)硅樹(shù)脂、聚氨酯樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂或氟碳樹(shù)脂。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果是：
本發(fā)明納米二氧化鈦粉表面改性方法，其處理工藝簡(jiǎn)單、反應(yīng)條件溫和，采用超聲波在室溫條件下在硬脂酸的丙酮溶液中處理納米二氧化鈦粉，不需加熱，具有安全、環(huán)保特點(diǎn)。經(jīng)過(guò)表面改性處理的納米二氧化鈦粉，在有機(jī)涂料中具有極高的分散性和穩(wěn)定性。
附圖說(shuō)明
圖1是經(jīng)過(guò)改性的納米二氧化鈦粉的紅外光譜圖。圖中，曲線1為未改性納米二氧化鈦粉，曲線2為改性的納米二氧化鈦粉，曲線3為硬脂酸的紅外光譜圖。橫坐標(biāo)為波數(shù)，縱坐標(biāo)為吸收率。
具體實(shí)施方式
在具體實(shí)施過(guò)程中，本發(fā)明納米二氧化鈦粉表面改性方法及應(yīng)用，包括如下步驟：將硬脂酸溶于丙酮制備硬脂酸溶液，其中硬脂酸溶液的濃度為5wt％至飽和；將納米二氧化鈦粉放入硬脂酸的丙酮溶液中，納米二氧化鈦粉與硬脂酸的丙 酮溶液的重量比為(5～50):100。將硬脂酸的丙酮溶液-納米二氧化鈦粉構(gòu)成的混合物置入超聲波清洗機(jī)中在常溫條件下超聲處理1～3h，然后用高速離心機(jī)分離出表面改性后的納米二氧化鈦粉，并用丙酮清洗-超聲至少5次。將表面改性后的納米二氧化鈦粉放入烘箱中，在50～80℃條件下烘干至恒重，即得改性納米二氧化鈦粉。在環(huán)氧樹(shù)脂、有機(jī)硅樹(shù)脂或聚氨酯樹(shù)脂等常用有機(jī)樹(shù)脂中添加納米二氧化鈦粉，并采用高速砂磨的方法研磨20～50min后，制備改性納米二氧化鈦粉-有機(jī)樹(shù)脂復(fù)合涂料，復(fù)合涂料中表面改性后的納米二氧化鈦粉重量百分比為1％～50％(優(yōu)選為10％～50％)。
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
實(shí)施例1
本實(shí)施例所述的納米二氧化鈦粉的表面改性方法及應(yīng)用，包括如下步驟：
首先將過(guò)量硬脂酸溶于丙酮中，制備200g硬脂酸飽和溶液，然后將過(guò)量的硬脂酸過(guò)濾除去，在硬脂酸丙酮飽和溶液中加入100g平均粒徑為50nm的金紅石型納米二氧化鈦粉，經(jīng)初步混合后放入容器內(nèi)，在超聲波清洗機(jī)中超聲處理2h。將經(jīng)過(guò)超聲波處理的納米二氧化鈦粉在轉(zhuǎn)速為16000rpm的高速離心機(jī)內(nèi)分離出納米二氧化鈦粉，然后用丙酮進(jìn)行超聲清洗6次，每次清洗后用高速離心機(jī)分離。將清洗-分離后的納米二氧化鈦粉放入烘箱中，在80℃條件下烘干至恒重，即得。稱取所得到的納米二氧化鈦粉10g，與90g有機(jī)硅樹(shù)脂混合后在高速研磨機(jī)中研磨30min后，獲得改性納米二氧化鈦粉-有機(jī)硅樹(shù)脂復(fù)合涂料。
如圖1所示，從經(jīng)過(guò)本實(shí)施例表面改性的納米二氧化鈦粉的紅外光譜圖可見(jiàn)，硬脂酸根離子與Ti離子以螯合的方式結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了硬脂酸對(duì)納米二氧化鈦粉的改性。
本實(shí)施例改性納米二氧化鈦粉-有機(jī)硅樹(shù)脂復(fù)合涂料經(jīng)過(guò)20天放置，無(wú)沉淀。而未經(jīng)改性的納米二氧化鈦粉-有機(jī)硅樹(shù)脂復(fù)合涂料放置1天后，即發(fā)生納米二氧化鈦粉的沉積。
實(shí)施例2
本實(shí)施例所述的納米二氧化鈦粉的表面改性方法及應(yīng)用，包括如下步驟：
首先將50g硬脂酸溶于900g丙酮中，制備5.3wt％硬脂酸的丙酮溶液，然后在硬脂酸的丙酮溶液中加入190g平均粒徑為30nm的銳鈦型納米二氧化鈦粉，經(jīng)初步混合后放入容器內(nèi)，在超聲波清洗機(jī)中超聲處理3h。將經(jīng)過(guò)超聲波處理的納 米二氧化鈦粉在轉(zhuǎn)速為16000rpm的高速離心機(jī)內(nèi)分離出納米二氧化鈦粉，然后用丙酮進(jìn)行超聲清洗7次，每次清洗后用高速離心機(jī)分離。將清洗-分離后的納米二氧化鈦粉放入烘箱中，在60℃條件下烘干至恒重，即得。稱取所得到的納米二氧化鈦粉100g，與100g環(huán)氧樹(shù)脂混合后在高速研磨機(jī)中研磨30min后，獲得改性納米二氧化鈦粉-環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合涂料。
本實(shí)施例改性納米二氧化鈦粉-環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合涂料經(jīng)過(guò)20天放置，無(wú)沉淀。而未經(jīng)改性的納米二氧化鈦粉-環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合涂料放置1天后，即發(fā)生納米二氧化鈦粉的沉積。
實(shí)施例3
本實(shí)施例所述的納米二氧化鈦粉的表面改性方法及應(yīng)用，包括如下步驟：
首先將5kg硬脂酸溶于45kg丙酮中，制備10wt％硬脂酸的丙酮溶液，然后在硬脂酸的丙酮溶液中加入20kg平均粒徑為70nm的銳鈦型納米二氧化鈦粉，經(jīng)初步混合后放入容器內(nèi)，在超聲波清洗機(jī)中超聲處理1h。將經(jīng)過(guò)超聲波處理的納米二氧化鈦粉在轉(zhuǎn)速為16000rpm的高速離心機(jī)內(nèi)分離出納米二氧化鈦粉，然后用丙酮進(jìn)行超聲清洗6次，每次清洗后用高速離心機(jī)分離。將清洗-分離后的納米二氧化鈦粉放入烘箱中，在50℃條件下烘干至恒重，即得。稱取所得到的納米二氧化鈦粉10kg，與115kg環(huán)氧樹(shù)脂混合后在高速研磨機(jī)中研磨35min后，獲得改性納米二氧化鈦粉-環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合涂料。
本實(shí)施例改性納米二氧化鈦粉-環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合涂料經(jīng)過(guò)25天放置，無(wú)沉淀。而未經(jīng)改性的納米二氧化鈦粉-環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合涂料放置1天后即發(fā)生納米二氧化鈦粉的沉積。
實(shí)施例4
本實(shí)施例所述的納米二氧化鈦粉的表面改性方法及應(yīng)用，包括如下步驟：
首先將1kg硬脂酸溶于19kg丙酮中，制備5wt％硬脂酸的丙酮溶液，然后在硬脂酸的丙酮溶液中加入6kg平均粒徑為40nm的金紅石型納米二氧化鈦粉，經(jīng)初步混合后放入容器內(nèi)，在超聲波清洗機(jī)中超聲處理1.5h。將經(jīng)過(guò)超聲波處理的納米二氧化鈦粉在轉(zhuǎn)速為16000rpm的高速離心機(jī)內(nèi)分離出納米二氧化鈦粉，然后用丙酮進(jìn)行超聲清洗8次，每次清洗后用高速離心機(jī)分離。將清洗-分離后的納米二氧化鈦粉放入烘箱中，在75℃條件下烘干至恒重，即得。稱取所得到的納米二氧化鈦粉1kg，與1.5kg氟碳樹(shù)脂混合后在高速研磨機(jī)中研磨50min后，獲得 改性納米二氧化鈦粉-氟碳樹(shù)脂復(fù)合涂料。
本實(shí)施例改性納米二氧化鈦粉-氟碳樹(shù)脂復(fù)合涂料經(jīng)過(guò)23天放置，無(wú)沉淀。而未經(jīng)改性的納米二氧化鈦粉-氟碳樹(shù)脂復(fù)合涂料放置1.5天后即發(fā)生納米二氧化鈦粉的沉積。
實(shí)施例5
本實(shí)施例所述的納米二氧化鈦粉的表面改性方法及應(yīng)用，包括如下步驟：
首先將3kg硬脂酸溶于17kg丙酮中，制備15wt％硬脂酸的丙酮溶液，然后在硬脂酸的丙酮溶液中加入1kg平均粒徑為20nm的銳鈦型納米二氧化鈦粉，經(jīng)初步混合后放入容器內(nèi)，在超聲波清洗機(jī)中超聲處理2.6h。將經(jīng)過(guò)超聲波處理的納米二氧化鈦粉在轉(zhuǎn)速為16000rpm的高速離心機(jī)內(nèi)分離出納米二氧化鈦粉，然后用丙酮進(jìn)行超聲清洗5次，每次清洗后用高速離心機(jī)分離。將清洗-分離后的納米二氧化鈦粉放入烘箱中，在68℃條件下烘干至恒重，即得。稱取所得到的納米二氧化鈦粉0.6kg，與59.4kg丙烯酸樹(shù)脂混合后在高速研磨機(jī)中研磨20min后，獲得改性納米二氧化鈦粉-丙烯酸樹(shù)脂復(fù)合涂料。
本實(shí)施例改性納米二氧化鈦粉-丙烯酸樹(shù)脂復(fù)合涂料經(jīng)過(guò)30天放置，無(wú)沉淀。而未經(jīng)改性的納米二氧化鈦粉-丙烯酸樹(shù)脂復(fù)合涂料放置3天后即發(fā)生納米二氧化鈦粉的沉積。
實(shí)施例結(jié)果表明，本發(fā)明納米二氧化鈦粉表面改性后，硬脂酸根離子與Ti離子以螯合的方式結(jié)合，大大改善了納米二氧化鈦粉在有機(jī)涂料中的分散性和穩(wěn)定性，避免了常用的高溫或強(qiáng)酸處理等復(fù)雜的工藝，具有操作工藝簡(jiǎn)單、無(wú)毒、無(wú)污染、分散效果好等優(yōu)點(diǎn)，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。