[发明专利]一种氟硅烷改性二氧化钛纳米材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，尤其涉及一种氟硅烷改性二氧化钛纳米材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着人们生活水平的提高，多功能材料越来越受到人们的重视，其中纳米二氧化钛(TiO₂)因具有杀菌、自清洁等性能而日益受到青睐。纳米二氧化钛具有氧化活性高、杀菌能力强、紫外线屏蔽能力强等优异性能，因而在废水降解、消除有害气体、杀菌、净化空气和制作防紫外线涂料等领域得到了广泛的重视。

然而，纳米二氧化钛比表面积大、表面能高，处于热力学的非稳定状态，颗粒间受范德华力的作用，使它们很容易团聚在一起而形成带有若干弱连接界面的尺寸较大的团聚体，这样便大大降低甚至消除了纳米颗粒的实际应用效果，使其在工业领域上的应用受到了很大限制，因此，对纳米二氧化钛进行表面改性是很有必要的。

目前，现有技术纳米二氧化钛材料的表面改性，主要是通过纳米颗粒与表面活性剂以吸附力粘结而实现，但材料性能的改善仍然有限，尤其是用于基材表面的处理。由于应用环境日益复杂化，因而对表面处理材料的要求也越来越高，需要具备多功能性且性能优异，否则难以适应更高更复杂的应用需求。因此，如何对材料进行改性处理使其具备多功能性，并提供简单的生产工艺和安全的使用环境，一直是材料工作者致力于研究的方向和课题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有疏水、疏油、防紫外线和防菌等多功能性且性能优异的氟硅烷改性二氧化钛纳米材料。本发明的另一目的在于提供上述氟硅烷改性二氧化钛纳米材料的制备方法和应用。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

本发明提供的一种氟硅烷改性二氧化钛纳米材料，通过在二氧化钛表面接枝氟改性烷基硅烷制备而成，其反应原料如下：

钛醇盐，结构式为Ti(OR)₄，R＝C_xH_2x+1，其中，2≤x≤8；

氟改性烷基硅烷，结构式为R_f-(CH₂)_n-Si(OR₁)₃，其中，R₁为甲基或乙基，R_f为C_mF_2m+1或C₆F₅，0≤n≤3，1≤m≤13，n、m均为整数；

所述反应原料按质量比钛醇盐∶氟改性烷基硅烷＝1～10∶1；

所述制备过程为：通过水解钛醇盐合成制备二氧化钛溶胶溶液；然后在二氧化钛表面接枝氟改性烷基硅烷而得到氟硅烷改性二氧化钛纳米材料。

本发明氟硅烷改性二氧化钛纳米材料为无色透明溶液，且具有良好的稳定性，其活性成分为纳米级的氟硅烷改性二氧化钛粒子。

本发明的另一目的通过以下技术方案予以实现：

本发明提供的上述氟硅烷改性二氧化钛纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将钛醇盐加入溶剂中搅拌混合得到混合溶液A；按质量比钛醇盐∶溶剂＝1∶3～8；

(2)将水、溶剂、抑制剂搅拌混合得到混合溶液B；按质量比水∶溶剂∶抑制剂＝1～5∶4～18∶0.5～2；

(3)在35～55℃温度下，将混合溶液B加入到混合溶液A后，调节pH值为1～3，搅拌反应1.5～6h，制得呈透明的二氧化钛溶胶溶液；

(4)在所述二氧化钛溶胶溶液中加入氟改性烷基硅烷，在35～55℃温度下搅拌反应2～6h，过滤反应产物即得到氟硅烷改性二氧化钛纳米材料。

进一步地，本发明制备方法所述溶剂为乙醇、乙二醇、异丙醇、异丙二醇中的一种或其组合。所述抑制剂为硝酸、盐酸、硫酸、冰醋酸、乙酰丙酮、二乙醇胺、三乙醇胺中的一种或其组合。

本发明上述氟硅烷改性二氧化钛纳米材料的应用，适用于玻璃、陶瓷、金属、塑料及电子元器件等的表面处理。

本发明具有以下有益效果：