[发明专利]制备TiO2纳米颗粒水性分散液的方法以及由此所得分散液

说明书

技术领域：

本发明设计制备纳米颗粒化合物的方法，特别是制备TiO₂纳米颗 粒分散液。

背景技术：

二氧化钛是一种白色颜料，其具有很强的遮盖力，被用于颜料以及 造纸和合成橡胶。现在二氧化钛主要应用是突出利用其光催化性能，换 句话说，通过紫外光作用，利用这一特性来形成可以催化氧化降解有害 或有毒物质(例如苯、二噁英和其他有机污染物)以及令人厌恶和致病 的物质(例如霉菌、细菌)的自由基。这样的应用因而广泛用于环境领 域，例如防污染，清洁剂以及卫生制品。

对于这些应用，二氧化钛被用作将被处理的表面的涂层材料以最 大化光催化效果。最广泛用于这种用途的二氧化钛的晶型称之为“锐钛 矿型”，这是因为其化学稳定且易得，以及其光催化能力高于另外两种 晶型(金红石型和板钛矿型)。

另一方面，二氧化钛吸收光谱重叠(即使是锐钛矿型)对于太阳光 谱不是很大，这使得低光催化效率。基于这个原因，不同的尝试试图改 性TiO₂，例如，将其掺杂其它金属或者制备纳米颗粒化合物；事实上， 这显著增加表面面积以及光催化效果。

一些已知的制备锐钛矿型TiO₂(包括纳米颗粒型)的方法提供粉 末状TiO₂。为了适于制备光催化涂层，这个粉末必须分散在适当的溶 剂中并与其它可能的添加剂复配以改善涂层粘性，但是这导致二氧化钛 颗粒凝聚而无法保持光催化效果和能力。此外，经过一段时间，在这些 分散液中的TiO₂颗粒会沉在容置该分散液的容器底部，导致储存中的 稳定性问题。

另外，本申请人的专利申请No.FI2004A252描述了一种方法可以 制备稳定的锐钛矿型二氧化钛纳米分散液，其中水和适当的络合溶剂被 用作溶剂。

发明内容：

申请人发明一种方法用于获得已经仅分散在水中的锐钛矿型二氧化 钛纳米颗粒，直接用于制备光催化涂层。基于本发明方法所得分散液不 会引起颗粒凝聚，即使经过长期储存，基于分散液的同源性可以制备保 持颗粒材料光催化活性的涂层。

因而本发明的目的在于制备锐钛矿型二氧化钛纳米颗粒水分散液， 其中钛醇盐被用于在加热下在水中以及无机酸和非离子表面活性剂存在 下反应，如果需要时溶液最终被缩减到很小体积。本发明进一步目的在 于使用本方法获得的锐钛矿型二氧化钛纳米颗粒水分散液的用途，及其 用于制备光催化表面涂层，用于光催化净化气体和液体，用于制备具有 防太阳光的人肌肤用化妆品。

本发明的特点和优点将在随后的描述中展示。

附图说明：

图1显示干燥产物粉末的衍射图，其中Y轴显示辐射密度，X轴显 示入射角振幅。这份分析显示本发明所得锐钛矿型二氧化钛的晶型。

具体实施方式：

本发明的方法可以直接在水中制备锐钛矿型TiO₂，进而在工艺终 端获得尺寸为30-50nm的TiO₂颗粒。颗粒的测量方法是现有技术已知 的，例如XRD(X-射线衍射)、FEG-SEM(场发射枪-扫描电子显微镜)、 TEM(透射电子显微镜)以及DLS(动态光散射)。不同于将纳米粉末分 散在溶剂混合物或水中所制备的，这些分散液显示出没有明显的聚集或 凝聚以及固体沉淀，即使长期储存分散液。

这种分散液的优点是明显的相应的光催化性以及均匀涂层可以由这 种分散液制得。基于本发明所得的分散指数低于0.3(DLS法测得)，因而 基于本发明的分散液不同于现有技术通过纳米颗粒粉末分散于溶剂中所 得的分散液。

在这个方法中用作初始产物的钛醇盐可以选自甲醇钛、乙醇钛、正 丙醇钛、异丙醇钛、正丁醇钛和异丁醇钛。

特别优选为异丙醇钛，这是因为其便宜并且在本发明方法条件下反 应最好。

非离子表面活性剂选自由非极性部分和极性官能团、非离子化醚、 酯、醚-酯组成的表面活性剂；特别优选为曲拉通X-100(TX-100)。

基于本发明的无机酸是指例如盐酸、硝酸、硫酸、高氯酸、氢溴酸 和碘化氢；优选卤素酸，特别优选盐酸。

钛醇盐/无机酸的醇化物摩尔比为0.005-15，优选为5-6。

反应温度为15℃-95℃，优选45℃-55℃。

反应时间为12-72小时，优选24小时。