[发明专利]一种分散剂、其制备方法及其在纳米二氧化钛分散中的应用

说明书

本发明提供了一种分散剂、其制备方法及其在纳米二氧化钛分散中的应用，所述分散剂是将两亲性嵌段聚合物形成胶束样品后，将功能性交联剂的乙醇溶液与上述胶束样品水溶液按照1：10的质量浓度比例加入圆底烧瓶，在室温下磁力搅拌48~72小时后，得到壳交联纳米粒子样品的溶液；然后在真空度为1Pa，温度为‑60℃的条件下在冷冻干燥机上冻干后即得。在水体系中分散纳米二氧化钛采用高速搅拌及超声分散技术，由于纳米二氧化钛颗粒在中性水介质中带正电，而该分散剂既拥有能够吸附在纳米二氧化钛表面的阴离子基团，同时又拥有一定的大小可充当空间位阻，形成十几纳米的吸附层，二者的共同作用实现纳米二氧化钛稳定分散，并使其平均粒径达到70nm以下。

技术领域

本发明属于新材料、分散技术领域，具体涉及了一种壳交联型纳米分散剂及其制备方法，以及其在纳米二氧化钛分散中的应用。

背景技术

纳米材料是指尺寸为纳米量级(10^-9米)的超微颗粒，其粒径一般分布在 1-100nm范围内，处于原子簇和宏观颗粒交界的过渡区域。受纳米尺度的影响，加上其具有大表面的特殊效应，因此其所表现的特性，诸如磁学性能、光学性能、化学活性、电学性能、力学性能和熔点等等，会表现出与宏观材料截然不同的性质，在很多领域均有良好的应用前景。纳米二氧化钛是一种附加值很高的功能精细无机材料。因其具备独特的颜色效应、耐化学腐蚀性、光催化作用及紫外屏蔽等优异的功能，使其广泛应用于汽车工业、化妆品、食品包装材料、光催化剂、陶瓷添加剂及电子材料等。

然而，纳米材料的性能在很大程度上是依赖于纳米粒子的分散程度，但由于纳米材料的其粒径小、表面能高及较多的表面空键，在应用过程中极易发生团聚，尤其是在水性分散介质中更易凝聚成粒径较大的硬质颗粒，这将大大降低甚至消除了纳米材料的实际应用效果。因此，解决纳米二氧化钛在介质中的分散稳定性是实际应用的前提，与此同时也是将纳米二氧化钛发挥其特有功能性的关键，而开发合适的分散剂是解决其分散稳定性的关键。目前，添加高分子分散剂是常用的一种改善纳米二氧化钛在水性介质中分散性的方法，而高分子分散剂是指分子质量在数千以上，结构上具有良好溶解度的链段和锚固基团、具有表面活性的高分子化合物。因此，我们试图开发出新型分散剂提高纳米二氧化钛在水介质中的分散性。

中国发明专利“一种包覆改性纳米二氧化钛的制备方法”(CN 103980738B) 公开了一种有效减少纳米粉体团聚、提高分散性的表面包覆改性纳米二氧化钛的制备方法。该方法首先采用沉淀法得到纳米二氧化钛前驱体，然后通过水热反应后得到纳米二氧化钛的母液，在母液中加入水溶性丙烯酸酯，在一定条件下反应，使水溶性丙烯酸酯在二氧化钛表面聚合，即可得到聚丙烯酸酯包覆改性的纳米二氧化钛粉体。与未改性的样品相比，改性后的纳米二氧化钛分散性有很大程度的改善，颗粒粒径明显变小，性能也有明显的提高。该发明首先采用特殊工艺制备的纳米二氧化钛颗粒，这对进一步广泛应用有一定的局限性，且在分散过程中仅添加小分子分散剂，对今后的长期分散稳定性有一定的影响，最后该发明并未提及纳米二氧化钛粉体材料在水溶液中分散后的粒径大小。

中国发明专利“一种纳米二氧化钛粉体的分散方法”(CN 1302997C)公开了一种纳米二氧化钛粉体的分散方法，其特点是把纳米二氧化钛粉体溶于添加了表面活性剂和分散剂的溶剂内，由溶剂、表面活性剂和分散剂构成的分散体系的 pH为5-10，从而能够较好地控制纳米二氧化钛在溶液体系中的分散，使TiO₂在分散体系中较长时间内不易团聚，颗粒粒度较小，使纳米粉体的优势得到充分发挥。该发明在分散过程中所应用的分散剂配比较复杂，同时还需添加表面活性剂，这么多种分散剂的复配应用将会导致纳米二氧化钛水体系出现大量气泡，为今后的应用造成了阻碍，且从分散体系粒径的颗粒大小可看出，分散体系过两周后纳米颗粒粒径增大了最少3倍，这对今后的长期分散稳定性有一定的影响。