[发明专利]制备二氧化钛纳米颗粒分散体的方法以及由此方法所得的分散体和二氧化钛分散体应用于表面的功能化

说明书

发明领域：

本发明涉及制备纳米颗粒形态的化合物的方法，并且特别是涉及制备纳米颗粒形态二氧化钛分散体的方法。 

背景技术：

二氧化钛作为具有良好遮盖能力的白色颜料使用，特别是用于油漆、纸制品以及合成橡胶。最近二氧化钛的使用趋向于利用其光催化活性，即其在紫外线作用下生成能够催化有害或有毒物质(例如苯、二氧杂环乙烷和其他有机污染物)及不希望获得的物质和传染物质(例如酶或细菌)的氧化降解的自由基。这些应用从环境领域扩展到清洁和杀菌领域针对污染的斗争。 

为了在所述应用中最大化光催化效应，二氧化钛被用作将被处理的表面的涂层。二氧化钛的锐钛型晶体形态为这类应用的首选，因为除了其化学稳定和容易获得外，它具有比其他两种晶型(金红石和板钛矿)更优秀的光催化性。 

另一方面，即使在其锐钛型中，二氧化钛的吸收光谱与太阳光谱的重叠不是非常多，这意味着光催化效率低。多种二氧化钛的改良被尝试，例如通过掺杂其他金属或制备在讨论中的纳米粒子化合物；通过这种方法，其表面面积和光催化效率显著提高。 

已知多种制备锐钛型二氧化钛的方法，甚至是纳米颗粒，但是就申请人所知所有这些方法制备的二氧化钛均为粉末状。

在高沸点醇中制备纳米颗粒悬溶液的方法为多元醇工艺已经被描述，例如C.Feldmann的“多元醇介导纳米级功能材料的合成”，通过其方法可获得长期稳定的悬溶液，但是与目前主张的方法相反，其使用无机酸作为缩聚抑制剂，(参见WO99/62822)。 

为了制备可使用的光催化涂层，这种粉末状材料必须分散于合适的溶剂中，并且可能填入添加剂以提高涂层粘度。但是这导致二氧化钛颗粒凝结，使颗粒材料不能维持其活性和光催化效率。另外，二氧化钛颗粒长时间处于这种分散体中使其趋于沉淀于储存容器底部，增加其存储稳定性问题。 

因此需要提供能够保证制备稳定的锐钛型二氧化钛纳米颗粒分散体的方法。 

发明内容：

申请人现在已经设计出制备已分散于适当溶液中的锐钛型二氧化碳的方法，此方法可直接用于制备光催化涂层。由本发明方法制备的分散体即使延长存储时间仍不会导致颗粒凝结现象，使得被制备的涂层由于分散体的同质性维持材料颗粒的光催化性。 

因此本发明提供制备在水和合适的络合溶剂中稳定锐钛型二氧化钛分散体的方法，此方法包括下列步骤： 

i)钛醇盐与合适的络合溶剂反应； 

ii)蒸馏步骤i)所得溶液直到体积减小； 

iii)在步骤ii)所得溶液中一起加入水、所述络合溶剂和一种或多种缩聚抑制剂，然后回流加热反应混合物，以获取所需纳米颗粒分散体，其中所述络合溶剂为聚乙二醇，所述缩聚抑制剂为包括至少一种无机酸和一种有机酸的混合物。 

另一种制备二氧化钛纳米颗粒悬溶液的方法是钛醇盐水解，所述钛醇盐例如甲醇钛、乙醇钛、正丙醇钛、异丙醇钛、正丁醇钛和异丁醇钛。异丙醇钛因前述理由为首选。 

异丙醇钛被添加到包含无机酸(例如盐酸或硝酸)的高温水溶液和非离子表面活性剂(例如曲拉通X-100(Triton X-100))。水解过程保持回流24小时。 

本发明还提供由上述方法制备在水和合适的络合溶剂中的锐钛型二氧化钛纳米颗粒分散体，并且他们用于制备具有抗菌作用的光催化表面涂层、气体和液体的光催化净化和用于皮肤防晒化妆品的制备。 

本发明的特征和优点将会在下面详细描述中加以说明。 

说明书附图：

图1为在200℃下经过12个小时的干燥后，由例1制备的产品经XRD分析所得的衍射图。 

图2为二氧化钛纳米颗粒的TEM照片(90000倍)。 

图3为由例8制备的产品经XRD分析所得的衍射图。 

具体实施方式：

使用本发明的方法，构建锐钛型二氧化钛是直接发生在步骤i)所用的水/络合溶剂混合物中，在过程的最后阶段所得二氧化钛颗粒尺寸在3-20nm之间。颗粒尺寸的测量采用的是本领域技术人员所熟知的技术，例如XRD(X射线衍射)、FEG-SEM(场发射扫描电子显微镜)、TEM(透射电子显微镜)和DLS(动态光散射)。与那些通过将纳米粉末分散到溶剂混合物中所制得的分散体相比较，这些分散体既不会成块也不会有凝结和沉淀现象，即使长时间存储分散体。