[发明专利]一种水基锌‑钛复合浆料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米复合功能材料制备领域，具体涉及一种水基锌-钛复合浆料的制备方法。

背景技术

由于太阳辐射出来的光线中，存在有大约5％的波长200～400nm的紫外线(简称UV)。太阳光中的紫外线，按其波长可以分为：320～400nm的长波紫外线(简称UVA)，280～320nm的中波紫外线(简称UVB)以及波长为200～280nm的短波紫外线(简称UVC)。其中UVC因波长短，穿透性不强，其98％在经过地球平流层时，被臭氧层吸收，对人类的危害不大。而UVB和UVA穿透性较强，对人体的长期照射会引发黑斑、红斑、皮肤发炎等问题，严重时甚至会导致皮肤癌。

纳米氧化锌和氧化钛是两种广泛使用的无机紫外线屏蔽剂，但它们对UVA和UVB的屏蔽能力是不同的：纳米氧化钛阻隔UVB的效果非常好，但对UVA的屏蔽效果欠佳；纳米氧化锌对UVB的屏蔽效果不理想，但其阻隔UVA效果优于纳米二氧化钛。为了能够有效屏蔽UVA和UVB，达到全波段紫外防护的目的，在防晒化妆品和有机高分子材料中常常需要同时添加纳米二氧化钛和纳米氧化锌。

但是由于纳米氧化锌和二氧化钛的半导体特性，在太阳光照射下，其价带电子吸收紫外线被激发而跃迁到导带上，同时产生空穴-电子对。部分空穴-电子对迁移到半导体表面，使其表面羟基和吸附的水分子产生羟氧自由基，羟氧自由基具有极强的氧化性能，会使其周围的有机物降解。再加上纳米粒子粒径较小，使空穴-电子对迁移表面的时间缩短，降低了电子和空穴重新结合的机率，因此纳米氧化物具有很强的光化学活性。为了抑制氧化锌、氧化钛的光化学活性需要对其进行表面处理，另外由于氧化锌二性，Harvey Brown在其书“氧化锌的性质与应用”(International Lead Zinc Research Organization)中阐述氧化锌在水中表现出与酸及酸的盐和碱性物质的多种材料的活性，导致锌离子(Zn²⁺)极易溶出，大量锌离子的存在会使应用体系的粘度增大，甚至使应用体系絮凝、结块和沉淀，这都会导致使用效果变差和紫外线屏蔽性能下降。所以在其表面包覆无机膜能够减少锌离子溶出、抑制半导体的光化学活性位点。

目前，一般用氧化硅、氧化铝对氧化钛或者氧化锌进行单组份、双组分或者多组分包膜处理。对氧化钛的包膜处理很常见、效果都比较明显，但是对氧化锌的包膜处理却显得不足。如中国专利CN101024737A提出一种采用氧化硅对氧化锌表面进行包膜，其过程以硅酸盐和硫酸为原料，但是由于硫酸的强酸性，在滴加过程中由于来不及扩散导致局部酸浓度过大时氧化锌溶解析出锌离子，由于整个体系在碱性环境中，锌离子发生沉淀反应生成氢氧化锌、氧化锌水合物，这样会严重影响包覆层的均匀性、致密性。洪若瑜在研究纳米氧化锌包覆氧化铝时(中国粉体技术，2005年第4期)以硫酸铝和氢氧化钠为原料，取氧化锌分散液升温60～80℃后先加入部分硫酸铝，然后氢氧化钠调体系pH＝9～10，维持1～2小时，然后用硫酸铝调体系pH至中性，反应0.5小时。虽然该方法不会造成纳米氧化锌表面锌离子的析出，但是对纳米氧化锌的光催化活性的抑制效果并不十分理想。中国专利CN1253513C提出一种在纳米氧化锌表面包覆水合氧化硅、水合氧化铝或水合氧化铁的方法，由于该方法包覆过程中使用的盐酸、硫酸、乙酸和氨水都会造成纳米氧化锌的溶解，锌离子溶出，导致包覆效果欠佳。

因此，研究氧化锌及含氧化锌复合颗粒的表面处理技术及其分散技术具有重要意义，同时研究纳米复合浆液的分散、稳定性将是进一步提高材料性能的前提条件和应用的基础。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服背景技术中的不足，提供一种既能有效抑制锌离子的溶出，又能很好地抑制半导体纳米粒子的光化学活性位点的包覆方法。

本发明的技术方案是：以中国专利CN200810243732.8所述方法制备的锌钛复合材料为原料，通过制浆，硅溶胶包膜等工艺来完成。

本发明的制备方法采用以下特征步骤：

1、锌-钛复合分散液的制备：在去离子水中加入1～15％润湿分散剂(按粉体质量计)搅拌均匀，加入锌-钛复合粉体，搅拌均匀，用有机胺类调分散液pH值为8～10，然后研磨即得锌-钛复合分散液。

2、硅溶胶制备：将去离子水升温至75～95℃，调节其pH值为8～10，一边搅拌一边滴加0.1～1.5mol/L的硅酸钠溶液，同时滴加0.1～2.0mol/L的酸性溶液来维持pH不变，滴加过程中溶液由无色逐渐成透明淡乳白色溶胶，备用。