專利名稱：制備高親和性二氧化鈦納米粉體的方法
技術領域：
本發明屬于化工技術領域，特別涉及用等離子體以及紫外光照制備高親和性二氧化鈦納米粉體的方法。
二氧化鈦是一種重要的半導體材料，由于它具有光催化活性高，化學性質穩定，耐光化學腐蝕等特性，因而在光催化、光電轉化、太陽能制氫等很多領域有很大的潛在應用價值，但不足的是其禁帶寬度較大，僅能吸收太陽光譜的紫外部分，以至使太陽能利用率較小。
一般而言，普通鈦白粉的粒徑一般為可見光波長(400-700納米)的二分之一左右，具有一定的吸收紫外線能力，而超微細鈦白粉具有很強的吸收紫外線能力和奇特的顏色效應，一經問世，便在防曬護膚化妝品、塑料薄膜制品、木器保護、透明耐用面漆、精細陶瓷、催化劑、汽車面漆等領域獲得廣泛應用，尤其在高級轎車面漆領域。國外許多著名化工公司竟相研究開發這種產量雖小但附加值高、性能優異的高功能精細無機材料。
目前，現有制備二氧化鈦納米粉體的方法主要有兩種(1)利用有機鈦酸酯(鈦酸正丁酯或鈦酸異丙酯)控制水解的溶膠凝膠法；(2)利用四氯化鈦與堿反應的沉淀法。
其中在方法(1)中由于采用了價格很貴的有機鈦酸酯，因此原料的成本很高，并且原料不宜獲得。此外，由于有機鈦酸酯對水分解十分敏感，因此水解工藝不易控制。對于方法(2)，其主要缺點是由于采用沉淀，過濾，反膠等過程，工藝過程復雜，形成的二氧化鈦納米粉體的顆粒較大，均勻性較差。
以上兩種方法制備出的TiO2納米粉體粒度分布較大，與其它材料的共混性能差。
本發明的目的是提高TiO2納米粉體的親和性，提供一種制備高親和性二氧化鈦納米粉體的方法。用等離子體和紫外光處理二氧化鈦納米粉體，使經過處理的二氧化鈦納米粉體的一些物理化學性能得到改變，克服現有方法制備出的TiO2納米粉體粒度分布較大、與其它材料的共混性能差、工藝復雜、價格昂貴等缺陷。
本發明的目的是通過以下技術方案實現的在20Pa的低壓下用波長為340-400nm紫外燈光照射二氧化鈦納米粉體，時間為15-35分鐘，再用等離子體處理，得到高親和性二氧化鈦納米粉體，處理時間為1-10分鐘，等離子體的功率為10-100W，等離子體處理時使用的氣氛為空氣。
等離子體是在特定條件下使氣(汽)體部分電離而產生的非凝聚體系。它由中性的原子或分子，激發態的原子或分子，自由基，電子或負離子，正離子以及輻射光子組成。體系內正負電荷數量相等，整個體系呈電中性。它有別于固、液、氣三態物質，被稱作為物質存在的第四態，是宇宙中絕大多數物質的存在狀態。依據等離子體的粒子溫度，可以把等離子體分為兩大類熱等離子體(平衡等離子體)和冷等離子體(非平衡等離子體)。由于低溫等離子體一方面具有足夠高能量的活性物種，使反應物分子激發，電離或斷鍵；另一方面反應體系又得以保持低溫，乃至室溫，從而不會使被處理材料熱解或燒蝕，因而設備投資少，省能源，即使在普通的化學實驗室里也易于實現。由于冷等離子體同熱等離子體相比具有這種獨特的性質，因而在改性高分子材料表面上具有獨特的應用價值。
一般高分子材料經NH3、O2、CO、Ar、N2、H2等離子體處理后，會在表面引入-COOH，-NH2，-OH，-C＝O等基團，增加其親水性。處理時間越長，與水接觸角越低；日本Hsieh等人研究發現，未經等離子體處理的PET膜與水接觸角是73.1°，經過Ar等離子體處理5分鐘，放置一天后測量，與水接觸角將為33.7°，隨放置時間的延長，接觸角會緩慢上升，顯示出處理效果隨時間衰退。放置10天后測量，接觸角升至41.3°。日本人Yasunori用N2等離子體處理LDPE，以及Ander用等離子體處理3-羥基丁酸和3-羥基戊酸共聚膜表面時也發現同樣的規律。一般認為接觸角的衰減是由于高分子鏈的運動，等離子體表面處理引入的極性基團會隨之轉移到聚合物本體中。日本Hsieh等人還發現，如果將PET膜在等離子體處理前浸入與之有較強相互作用的有機溶劑中浸泡，會穩定處理效果，這是因為溶劑誘導的分子鏈重排降低了鏈的可動性。日本人Yukihiro等人研究了O2等離子體處理6種合成高分子膜，隨后在80-140℃熱處理，發現等離子體處理后表面張力增大，濕潤性增大；隨后的熱處理則加快了等離子體處理效果的衰退。這表明等離子體處理效果不但隨時間延長而衰退，也會隨溫度升高而衰退。另外，高分子材料表面粗糙度和微觀形態也會影響其濕潤性。這種等離子體對表面的物理刻蝕引起的濕潤性變化也會隨著分子鏈的運動而緩慢衰減。
本發明的方法可以提高二氧化鈦納米粉體的親和性。將通過本發明方法制備出的二氧化鈦納米粉體溶解在水中，觀察發現，形成的溶液均勻，其溶解度增大，測定分散率，比未經紫外光照射和等離子體處理前增大10％以上。由于所制備出的二氧化鈦納米粉體在溶解時不加其它乳化劑，從而降低了成本；同時，也解決了由于加乳化劑而人為引入雜質的缺點，提高了二氧化鈦的純度。本發明的方法操作簡單，無污染，可通過改變二氧化鈦納米粉體不同的處理條件獲得不同的表面性能，應用范圍廣。
下面結合實施例對本發明的技術方案作進一步的描述。
權利要求
1.一種制備高親和性二氧化鈦納米粉體的方法，其特征在于，在低壓下用紫外光照射二氧化鈦納米粉體，再用等離子體處理，得到高親和性二氧化鈦納米粉體。
2.如權利要求1所述的制備高親和性二氧化鈦納米粉體的方法，其特征在于，所述的低壓是20Pa。
3.如權利要求1所述的制備高親和性二氧化鈦納米粉體的方法，其特征在于，所述的紫外光波長為340-400nm，照射時間為15-35分鐘。
4.如權利要求1所述的制備高親和性二氧化鈦納米粉體的方法，其特征在于，所述的等離子體處理條件為功率10-100W，處理時間為1-10分鐘。
全文摘要
本發明屬于化工技術領域,特別涉及用等離子體以及紫外光照制備高親和性二氧化鈦納米粉體的方法。在20Pa的低壓下用波長為340－400nm紫外光照射二氧化鈦納米粉體,時間為15－35分鐘,再用等離子體處理,處理時間為1－10分鐘,等離子體的功率為10－100W,等離子體處理時使用的氣氛為空氣。本發明的方法可以提高二氧化鈦納米粉體的親和性。測定分散率,比未經紫外光照射和等離子體處理前增大10%以上。
文檔編號C01G23/00GK1375459SQ0110971
公開日2002年10月23日 申請日期2001年3月21日 優先權日2001年3月21日
發明者張玲娟, 胡曉明, 江雷 申請人:中國科學院化學研究所