專利名稱：一種制備二氧化鈦－二氧化硅復(fù)合的納米材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種制備二氧化鈦-二氧化硅復(fù)合的納米材料的方法。
納米級的二氧化硅-二氧化鈦復(fù)合材料可廣泛用于水性涂料，或者是食品、化妝品的填料，它的粉體可用于各類添加劑，廣泛的用途大大提高了其經(jīng)濟價值。本發(fā)明所涉及的二氧化硅溶膠的合成已被美國專利USP3440174所揭示，一般所制備的納米材料的粒徑小于15nm，它的濃度小于15％。日本專利JP59259356公開了納米二氧化鈦納米材料的制備，通過鈦酸四丁酯水解制備，制備的懸浮液穩(wěn)定性較差，容易凝結(jié)團聚。美國專利USP3976485、4023970、4325678、5120472公開了二氧化硅二氧化鈦的制備方法，目前尚未有二氧化硅-二氧化鈦復(fù)合納米材料的制備方法公開。
本發(fā)明的目的是尋求一種濃度大、粒徑大，穩(wěn)定的二氧化鈦-二氧化硅復(fù)合的納米材料的制備方法。
本發(fā)明的二氧化鈦復(fù)合二氧化硅納米材料制備時，在濃度是5-30％的納米鈦溶膠中加入硅酸酯，調(diào)節(jié)PH＝1～9范圍，溫度在0～90℃下，反應(yīng)2～4小時，硅酸酯水解形成的二氧化硅包覆在鈦膠粒表面，制得二氧化鈦復(fù)合二氧化硅納米材料懸浮液。
本發(fā)明的二氧化硅復(fù)合二氧化鈦納米材料制備時，在濃度是5-30％的納米硅溶膠中加入鈦酸酯，調(diào)節(jié)PH＝1～9范圍，溫度在0～90℃下，反應(yīng)2～4小時，鈦酸酯水解形成的二氧化鈦包覆在硅膠粒表面，制得二氧化硅復(fù)合二氧化鈦納米材料懸浮液。
本發(fā)明的二氧化鈦-二氧化硅復(fù)合的納米材料制備時，在濃度是5-30％的納米鈦溶膠中同時加入硅酸酯和鈦酸酯，調(diào)節(jié)PH＝1～9范圍，溫度在40～90℃下，反應(yīng)2～4小時，在包覆劑聚醚胺的作用下，硅酸酯和鈦酸酯水解分別形成的二氧化硅和二氧化鈦沉積在鈦膠粒表面，制得二氧化鈦-二氧化硅復(fù)合納米材料懸浮液。包覆劑聚醚胺有
本發(fā)明的二氧化鈦-二氧化硅復(fù)合的納米材料制備時，在濃度是5-30％的納米硅溶膠中同時加入硅酸酯和鈦酸酯，與上述條件相同，可制得二氧化鈦-二氧化硅復(fù)合納米材料懸浮液。
本發(fā)明所涉及的鈦酸酯是鈦酸乙酯、鈦酸正丙酯、鈦酸正丁酯、鈦酸四丁酯、鈦酸異丁酯和鈦酸異丙酯。
本發(fā)明所涉及的硅酸酯是硅酸乙酯、硅酸正丙酯、硅酸正丁酯、硅酸異丁酯和硅酸異丙酯。
本發(fā)明所用的二氧化鈦和二氧化硅初始原核是納米膠粒，通過濕法直接制備，制得的粒徑在5～15nm范圍。鈦溶膠制備時，在強烈攪拌下，用微量計量泵將濃度是20～70％的鈦酸酯丙酮緩慢加入到濃度是0.5～4M的無機酸水溶液中，一般無機酸是硫酸或鹽酸，PH是1～7，即可制得粒徑是5～15nm的納米鈦溶膠。
硅溶膠制備時，在強烈攪拌下，用微量計量泵將濃度是5～30％的硅酸鈉溶液緩慢加入到PH是5～9的氨水中，即可得納米硅溶膠。
本發(fā)明的二氧化鈦-二氧化硅復(fù)合納米材料制備中所涉及反應(yīng)溫度最好是40～70℃。
硅酸酯水解條件最好是PH＝5～9，鈦酸酯水解條件最好是PH＝1～7。
本發(fā)明中使用的自己合成的硅溶膠或鈦溶膠其粒徑均小于或等于15nm，制得的復(fù)合材料粒徑在5～40nm范圍，其固體含量是5～40％，本發(fā)明制得的復(fù)合材料最佳粒徑是15～30nm范圍，其固體含量最佳是15～30％。此時懸浮液最為穩(wěn)定。高濃度的納米復(fù)合材料通過硅酸酯和鈦酸酯丙酮溶液或起始硅溶膠或鈦溶膠的濃度來實現(xiàn)的，低濃度納米復(fù)合材料可降低硅酸酯和鈦酸酯丙酮溶液或起始硅溶膠或鈦溶膠的濃度，或者用濃度是50％的乙醇水溶液直接稀釋上述高濃度的納米復(fù)合材料來實現(xiàn)的。本發(fā)明的方法作為一種制備二氧化鈦-二氧化硅復(fù)合的納米材料的新方法，所制備的納米粒子粒徑大，濃度大，這樣高濃度大粒徑的懸浮液穩(wěn)定性好。
現(xiàn)有方法制備納米粒子，合成時完全依靠晶核增長，而本方法在分散劑或包覆劑的作用下，通過沉積、包埋機理形成，從而制備出的納米粒子粒徑大，懸浮液濃度大，使納米微粒能穩(wěn)定地懸浮在水中，直接被使用于水性涂料，故可直接被使用于水性涂料、食品或日用化妝品的填料。蒸干這些懸浮液即可制備納米粉體，被廣泛用于涂料、油田、化妝品或織物添加劑等，而且經(jīng)復(fù)合的鈦系或硅系復(fù)合材料可用作光化合催化劑。另外鈦復(fù)合的硅系納米懸浮液的濃度高，粒徑均一，且制備成本低廉可用來替代納米二氧化鈦顏料。本發(fā)明是一種非常方便、實用和新穎的方法，該方法還可以在一般的實驗室或小型化工廠得到實施；該方法所使用的基本原材料非常方便地在尋?；な袌錾汐@得。示例一將20g硅酸鈉(泡花堿)溶于1000g無離子水中，升溫至50℃，加入SiO2種子0.1g和0.2g分散劑聚乙二醇(PEG600)，在強烈攪拌下，逐滴加入濃氨水，調(diào)節(jié)溶液PH值8.5，即得半透明硅溶膠。示例二向1000ml燒杯中加入無離子水600ml，用1M硫酸調(diào)節(jié)PH值為2.5，升溫至80℃，在攪拌下加入0.2M的鈦酸正丁酯硫酸溶液，即得乳白色的鈦溶膠。示例三取由示例一制得的硅溶膠500ml，升溫至80℃，加入包覆劑PEA600適量，用0.1M硫酸溶液調(diào)節(jié)溶液PH值為1.0，強烈攪拌下緩慢滴入30％鈦酸異丁酯丙酮溶液，即得乳白色鈦包硅懸浮液。示例四取由示例二制得的鈦溶膠500ml，升溫至40℃，加入包覆劑PEA1000適量，并用氨水調(diào)節(jié)溶液PH值為8.0，強烈攪拌下緩慢滴入硅酸乙酯，即得硅包鈦懸浮液。示例五將由示例一至四制得的懸浮液置于真空下進行快速閃蒸，即得白色納米粉末。
權(quán)利要求
1.一種制備二氧化鈦-二氧化硅復(fù)合的納米材料的方法，是二氧化鈦復(fù)合二氧化硅納米材料，其特征是在濃度是5～30％的納米鈦溶膠內(nèi)加入硅酸酯，并加入包覆劑聚醚胺，調(diào)節(jié)PH值在1～9，溫度在0～90℃下，反應(yīng)2～4小時。
2.一種制備二氧化鈦-二氧化硅復(fù)合的納米材料的方法，是二氧化硅復(fù)合二氧化鈦納米材料，其特征是在濃度是5～30％的納米硅溶膠內(nèi)加入鈦酸酯，并加入包覆劑聚醚胺，調(diào)節(jié)PH值在1～9，溫度在0～90℃下反應(yīng)2～4小時。
3.一種制備二氧化鈦-二氧化硅復(fù)合的納米材料的方法，是二氧化鈦-二氧化硅復(fù)合納米材料，其特征是在濃度是5～30％納米鈦溶膠內(nèi)同時加入硅酸酯和鈦酸酯，并加入包覆劑聚醚胺，調(diào)節(jié)PH值在1～9，溫度在40～90℃下，反應(yīng)2～4小時。
4.一種制備二氧化鈦-二氧化硅復(fù)合的納米材料的方法，是二氧化硅-二氧化鈦復(fù)合納米材料，其特征是在濃度是5～30％納米硅溶膠內(nèi)同時加入硅酸酯和鈦酸酯，并加入包覆劑聚醚胺，調(diào)節(jié)PH值在1～9，溫度在40～90℃下，反應(yīng)2～4小時。
5.根據(jù)權(quán)利要求1，3所述的制備二氧化鈦-二氧化硅復(fù)合的納米材料的方法，其特征是二氧化鈦溶膠制備時，是在強烈攪拌下，用微量計量泵將濃度是20～70％的鈦酸酯丙酮溶液，緩慢加入到PH值為1～7的水中。
6.根據(jù)權(quán)利要求2，4所述的制備二氧化鈦-二氧化硅復(fù)合的納米材料的方法，其特征是二氧化硅溶膠制備時，是在強烈攪拌下，用微量計量泵將濃度是5～30％的硅酸鈉水溶液緩慢加入到PH是5～9的氨水溶液中。
7.根據(jù)權(quán)利1，2，3，4所述的制備二氧化鈦-二氧化硅復(fù)合的納米材料的方法，其特征是該方法涉及的反應(yīng)溫度是40～70℃。硅酸酯水解的PH值是5～9，鈦酸酯水解的PH值是1～7。
8.根據(jù)權(quán)利1，2，3，4所述的制備二氧化鈦-二氧化硅復(fù)合的納米材料的方法，其特征是該方法制得的材料固體含量是5～40％，納米粒子的粒徑是5～40nm。
9.根據(jù)權(quán)利1，2，3，4所述的制備二氧化鈦-二氧化硅復(fù)合的納米材料的方法，其特征是該方法制得的材料固體含量是15～30％，納米粒子的粒徑是15～30nm。
全文摘要
本發(fā)明是納米二氧化鈦和二氧化硅超細(xì)溶膠及二氧化硅－二氧化鈦復(fù)合和二氧化鈦－二氧化硅復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明的復(fù)合二氧化硅－二氧化鈦或二氧化鈦－二氧化硅通過在硅溶膠或鈦溶膠沉積制備,其粒徑在15～40納米,且懸浮液穩(wěn)定性好。因它們能穩(wěn)定地懸浮在水中,故可直接被使用于水性涂料、食品或日用化妝品的填料。蒸干這些懸浮液即可制備納米粉體,被廣泛用于涂料、油田、化妝品或織物添加劑等,而且經(jīng)復(fù)合的鈦系或硅系復(fù)合材料可用作光化合催化劑或用來替代納米二氧化鈦顏料。
文檔編號C04B35/622GK1244516SQ99113979
公開日2000年2月16日 申請日期1999年8月10日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月10日
發(fā)明者楊玉良, 華峰君, 孫靜, 高濂 申請人:復(fù)旦大學(xué)