[发明专利]稳定的纳米氧化钛溶胶及其制造方法

说明书

相关申请的交叉引用

不适用。

关于联邦资助的研究和开发的声明

不适用。

技术领域

本发明通常涉及稳定的浓缩的纳米氧化钛溶胶及其制造方法和用途。例如，本发明涉及在温和pH范围(4.0～10.0)内稳定的浓缩的纳米二氧化钛溶胶及其制造方法和用途。

发明背景

在市面上氧化钛或二氧化钛(TiO₂)通常以两种主要多晶型-锐钛矿或金红石-中任一种的形式存在，并具有150nm～250nm的平均粒径。因为其高折射率、可忽略的颜色和惰性，所以可将其用作油漆、纸张、塑料、陶瓷、油墨等中的遮光剂。将具有更小平均粒径如1nm～150nm平均粒径范围的二氧化钛称作纳米氧化钛。纳米氧化钛因其：i)半透明性兼具光防护性能；ii)光催化性能；和iii)导电性能兼具高表面积，而可用于化妆品、个人护理产品、塑料、表面涂层、自清洁表面和光电应用。

围绕以粉末形式供应的纳米二氧化钛产品的焦点包括：i)在将所述产品分散成所需要的尺寸所面临的困难和ii)由于纳米氧化钛粉末的细度造成的灰尘/处理问题。以稳定、浓缩的溶胶形式供应的纳米二氧化钛产品也致力于解决这两种关键问题。

在所有文献中都对稳定的含水纳米二氧化钛溶胶进行了报道。然而，已经将其生产限制为非常低(＜pH 2)或非常高(＞pH 10)的pH区域或限制为低浓度(＜300gpl)。

在美国专利2,448,683中，描述了一种方法，其中首先对含水二氧化钛进行中和，然后利用HCl使其成为凝胶以形成胶体二氧化钛溶胶。然后，对胶体二氧化钛溶胶进行中和、干燥并在约500℃～600℃下进行煅烧，然后对煅烧的产物进行重新分散。

在美国专利公布2006/0110319中，通过四异丙氧基钛在含过氧化氢的水溶液中的水解并随后在50℃～120℃下的水热处理，可制备金红石纳米级二氧化钛溶胶。

美国专利公布2009/0062111描述了一种形成纳米级二氧化钛溶胶的方法，所述方法包括从异丙氧基钛溶液中沉淀含水二氧化钛并在70℃～150℃的温度下利用α-羟基羧酸对含水氢氧化钛进行溶胶化持续延长的时间段。

美国专利公布2009/0061230也描述了一种通过在多元醇存在下将含卤化物的钛化合物与水反应而形成稳定的纳米级二氧化钛溶胶的方法。

在美国专利5,840,111中，通过向碱性反应介质中添加硫酸和硫酸氧钛的溶液以形成二氧化钛纳米颗粒，通过添加一元酸将所述纳米颗粒絮凝并然后通过过滤分离絮凝物，可制备纳米级二氧化钛溶胶。

同样地，仍极其期望制造高度稳定的纳米级二氧化钛溶胶的替代手段，特别是制造高度稳定的浓缩的纳米级二氧化钛溶胶的手段。

发明概述

本发明提供一种制造浓缩的含水纳米氧化钛溶胶的方法，所述方法包括：

(a)将酸性纳米氧化钛溶胶与分散剂和碱化剂接触，所述分散剂包含水溶性羧酸、水溶性羧酸盐、水溶性多元羧酸、磷酸盐或硅酸盐中的至少一种，其中在接触之后所述纳米氧化钛溶胶的pH为约4.0～约10.0；和

(b)将调节过pH的纳米氧化钛溶胶进行膜过滤，优选错流过滤或在振动下的错流过滤，并继续膜过滤，直至纳米氧化钛溶胶含有多于300g TiO₂纳米颗粒/dm³。

本发明还提供一种制造浓缩的含水纳米氧化钛溶胶的方法，所述方法包括：

(a)提供酸性纳米氧化钛溶胶；

(b)将所述酸性纳米氧化钛溶胶与分散剂和碱化剂接触，所述分散剂包含水溶性羧酸、水溶性羧酸盐、水溶性多元羧酸、磷酸盐或硅酸盐中的至少一种，其中在接触之后所述纳米氧化钛溶胶的pH为约4.0～约10.0；和

(c)将调节过pH的纳米氧化钛溶胶进行膜过滤，优选错流过滤或在振动下的错流过滤，并继续膜过滤，直至纳米氧化钛溶胶含有多于300g TiO₂纳米颗粒/dm³。

在另一个实施方案中，在段落[0013]中所述的方法的步骤(b)或在段落[0014]中所述的方法的步骤(c)期间，优选在开始对纳米氧化钛溶胶进行浓缩之前，将调节过pH的纳米氧化钛溶胶与洗涤剂接触，以从纳米氧化钛溶胶中除去可溶性盐。

根据另一个实施方案，在上述方法的任一步骤之前、期间或之后，可对所述纳米氧化钛溶胶进行包覆处理。