[发明专利]纳米氧化锌表面修饰方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米氧化锌表面修饰方法，具体涉及有机-无机杂化材料修饰纳米氧化锌表面的方法。

背景技术

阳光中的紫外线按其波长可分为UVA(320～400nm)、UVB(290～320nm)和UVC(200～290nm)，都会对皮肤造成伤害。其中，UVC绝大部分能够被臭氧层吸收；UVB是导致灼伤、间接色素沉积和皮肤癌的主要根源；UVA则会加剧UAB的伤害，是造成皮肤弹性下降、皮肤粗糙和皱纹增多等光老化现象的元凶。氧化锌、二氧化钛等物理防晒剂以其较高的安全性和稳定性而备受人们关注。特别是纳米氧化锌，不仅能够屏蔽UVB，对UVA也有很好的屏蔽作用，能够提供全波段的防护。此外，与纳米二氧化钛相比，纳米氧化锌折射系数较低，可见光透过性好，用在防晒化妆品中不易产生不自然的发白现象。

然而，纳米氧化锌是一种无机氧化物，与化妆品中的有机成分很难相容，极易产生严重的团聚相象。纳米氧化锌同时也是一种半导体材料，在紫外线照射下会产生光催化效应，能使化妆品中的一些有机物分解。因此，有必要对纳米氧化锌的表面进行修饰以解决上述问题。

采用沉淀反应或溶胶-凝胶反应在氧化锌表面包覆一层性能稳定的无机膜，如氧化硅、氧化铝等，以降低氧化锌的光催化活性，但团聚问题依然存在。目前，大多数做法是对氧化锌进行二次表面处理，即通过液相反应或气相反应在氧化锌的无机包覆层外再修饰上一层有机物，以提高氧化锌的憎水性或亲油性。这种二次处理方法操作步骤多，耗时太久，致使生产成本也大大增加。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种纳米氧化锌表面修饰方法，仅通过一步反应就可以在纳米氧化锌颗粒表面修饰上一层有机物/SiO₂杂化材料。通过该法可以获得适合在防晒化妆品中使用的纳米氧化锌材料，修饰后的纳米氧化锌分散稳定性得到改善；憎水性能提高因此更容易与有机基质相容；光催化活性得到有效抑制，在保持了优良的紫外线吸收性的同时可见光透过性好。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种纳米氧化锌表面修饰方法，包括下述步骤：1)将纳米氧化锌粉体在去离子水和助溶剂的混合溶液中充分分散成浆料。2)将由正硅酸四乙酯和/或正硅酸四甲酯和有机硅烷组成的修饰剂与助溶剂混合均匀，搅拌加入上述浆料中，调节pH值为8～12进行反应，反应温度为室温～90℃，反应时间为3～12小时；所述的有机硅烷为聚二甲基硅烷或/和硅烷偶联剂。烷偶联剂是一类分子中同时含非水解有机基团和可水解基团的硅烷，可用通式X_nSi(Y)_4-n，其中n＝0～3，X为可进行水解反应并生成Si-OH的基团，包括-Cl、-OMe、-OEt、-OC₂H₄OCH₃、-OSiMe及-OAc等(最常见的是-OMe，-OEt)；Y为非水解有机基团，为烃基或末端带有-Cl、-NH₂、-SH、-N₃、-OCOMe，-CH＝CH₂、-NCO等官能团的烃基。

所述有机硅烷的摩尔数占修饰剂摩尔总数的30～90％；修饰剂总用量与所述纳米氧化锌粉体的摩尔比为0.25～0.75∶1。

所述有机硅烷的摩尔数占修饰剂摩尔总数的50～80％；修饰剂总用量与所述纳米氧化锌粉体的摩尔比为0.38～0.5∶1。

所述的修饰剂由正硅酸四乙酯和有机硅烷组成，所述的有机硅烷为一甲基三乙氧基硅烷和/或二甲基二乙氧基硅烷，所用纳米氧化锌粉体的粒径为10～150nm。

所述的助溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇中的一种或任意组合物，水与助溶剂总量的体积比为0.1～10∶1；纳米氧化锌在所述浆料中所占的质量百分数为1～15％。

所述的助溶剂为甲醇和/或乙醇；所述浆料中水与助溶剂体积比为1～5∶1；纳米氧化锌在所述浆料中所占的质量百分数为3～10％；分散时采用的分散设备为乳化机。

所述的反应温度为50～80℃，反应时间为5～10小时。

所述的pH值为9～11，使用的pH值调节剂为氨水。

反应结束后对产物体系进行过滤，将所得滤饼在80～120℃下干燥12～24小时后粉碎。

反应结束后，直接对产物体系进行喷雾干燥。

本发明采用普通液相化学反应方法，使用通用设备，一步反应就可以完成有机-无机杂化材料对纳米氧化锌粉体的表面修饰，工艺简单，易于工业化。