专利名称：一种纳米二氧化钛的表面修饰方法
技术领域：
本发明涉及一种纳米二氧化钛的表面修饰方法，具体说是通过一种硅烷偶联剂对二氧化钛表面进行改性，从而改善二氧化钛的分散性、亲油性，属于粉末加工技术领域。
背景技术：
纳米二氧化钛(TiO2)是近年来发展较快的一种附加值很高的功能精细无机材料，因其具有粒径小，比表面积大，磁性强，光催化、吸收性能好，吸收紫外线能力强，表面活性大，热导性好，分散性好，以及良好的耐侯性、耐化学腐蚀性，抗紫外线能力强等特点，被广泛应用于感光材料、光催化剂、化妆品、食品包装材料、陶瓷添加剂、橡胶、塑料、皮革鞣制、高级轿车涂料等领域。但由于纳米级粒子的表面能高，容易发生团聚，形成一次粒子，在有机相中难以浸 润和分散稳定性差等缺点，无法表现出令人满意的大比面积效应、体积效应及量子尺寸效应等纳米特性，因此为了改善纳米二氧化钛与有机体系的相容性及其在有机体系的分散稳定性，提高添加纳米二氧化钛的复合体系的综合性能，必须对其进行表面改性；通过改变纳米二氧化钛表面的物化性质，提高其与有机分子的相容性和结合力，拓宽其应用领域，因此，对纳米二氧化钛粒子表面进行改性处理具有很重要的实际意义。
发明内容
本发明目的在于使硅烷偶联剂KH-560的极性基团与纳米二氧化钛颗粒表面的官能团反应形成稳定的化学键，从而改善其分散性和亲油性；KH560修饰纳米二氧化钛的机理主要是二氧化钛材料表面的的羟基在一定条件下与环氧硅烷偶联剂的功能团发生反应生成共价键；其主要反应机理主要是在有水条件下，KH-560分子中的甲氧基先与水分子作用水解生成Si-OH (水解反应，图I所示)；生成的Si-OH和二氧化钛表面的-OH发生缩水反应，形成Ti-O-Si键键合反应，(图2所示)并在纳米粒子表面接枝上有机链。目前文献报道的娃烧偶联剂KH-560—般用于纳米二氧化娃的表面改性中，用于纳米二氧化钛的改性中在比较苛刻的条件下才能完成；而本实验表明，在水性条件，通过超声与搅拌的同时作用，使偶联剂分子与纳米二氧化钛粒子碰撞机会增加，从而缩短了键合时间，提高改性效果；硅烷偶联剂KH-560牢固的键合在纳米二氧化钛粉体表面，并且引进特殊官能团，不仅使纳米二氧化钛在聚合物中的润湿性和分散性得到了改善，也拓宽了其应用范围，本专利提供了 KH-560改性纳米二氧化钛比较温和的改性条件。本发明通过下列技术方案完成一种纳米二氧化钛表面修饰方法，其特征经过下面步骤制得
A、将5重量份纳米二氧化钛粉末加入到90重量份无水乙醇和10重量份去离子水的混合溶液中，得到混合溶液I ;
B、在混合溶液I里，按纳米二氧化钛粉末质量的1%加入分散剂，然后超声振荡使分散剂充分分散，得到混合溶液2 ；C、在混合溶液2中加入冰醋酸使混合溶液2的PH在3.5-5. 5之间，得到混合溶液3 ；
D、将纳米二氧化钛粉末质量的5%-50%的KH-560加入混合溶液3中，并同时快速搅拌与超声震荡使得KH-560充分分散，得到混合溶液4 ；
E、将混合溶液4加热到80°C，搅拌，恒温，回流2小时，得到混合料浆；
F、将混合料浆按常规进行醇洗，水洗，烘干，研磨后，获得改性的纳米二氧化钛。所述步骤B的分散剂是TAZ-NDl分散剂。所述步骤C中的硅烷偶联剂牌号是KH-560，即Y -缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烧。
本发明具有以下优点和效果采用上述方案，纳米二氧化钛粒子表面羟基数量减少，与硅烷偶联剂的极性基团反应，并且在其表面接枝上疏水有机链，这样使纳米二氧化钛从亲水转变成亲油，并且减少了粒子间的团聚，提高了纳米二氧化钛在有机相中的分散性，进而扩宽了其应用范围；本发明操作简单，成本低廉，无污染。
图I为KH-560分子的水解反应原理 图2为TiO2与硅烷偶联剂间的键合反应原理 图3为未改性的纳米二氧化钛(图3a)和硅烷偶联剂KH-560改性的纳米二氧化钛(图3b)的红外谱 图4纳米二氧化钛的TEM照片，图4 (a)为改性纳米二氧化钛的TEM照片；图4 (b)为未改性的纳米二氧化钛的TEM照片。
具体实施例方式下面结合具体方式对本发明进行进一步说明
实施例I
A、将5g纳米二氧化钛粉末加入到90g无水乙醇和IOg去离子水的混合溶液中，得到混合溶液I ;
B、在混合溶液I里，加入O.05g分散剂，然后超声振荡30min使分散剂充分分散，得到混合溶液2 ；
C、在混合溶液2中加入冰醋酸使混合溶液2的PH值为3.5，得到混合溶液3 ；
D、将O.5gKH-560加入到混合溶液3，并同时快速搅拌与超声震荡30min，得到混合溶液
4；
E、将混合溶液4加热到80°C，搅拌，恒温，回流2小时，得到混合料浆；
F、将混合料浆按常规进行醇洗，水洗，烘干，研磨后，获得改性的纳米二氧化钛。实施例2
A、将5g纳米二氧化钛粉末加入到90g无水乙醇和IOg去离子水的混合溶液中，得到混合溶液I ;
B、在混合溶液I里，加入O.05g分散剂，，然后超声振荡30min使分散剂充分分散，得到混合溶液2 ；
C、在混合溶液2中加入冰醋酸使体系的PH为4.5，得到混合溶液3 ；D、将I.0gKH-560加入到混合溶液3，并同时快速搅拌与超声震荡30min，得到混合溶液
4；
E、将混合溶液4加热到80°C，搅拌，恒温，回流2小时，得到混合料浆；
F、将混合料浆按常规进行醇洗，水洗，烘干，研磨后，获得改性的纳米二氧化钛。实施例3
本发明提供的表面改性的纳米二氧化钛，经过下面步骤所得
A、将5g纳米二氧化钛粉末加入到90g无水乙醇和IOg去离子水的混合溶液中，得到 混合溶液I ;
B、在混合溶液I里，加入O.05g分散剂，然后超声振荡30min使分散剂充分分散，得到混合溶液2 ；
C、在混合溶液2中加入冰醋酸使体系的PH为5.5，得到混合溶液3 ；
D、将2.0gKH-560加入到混合溶液3，并同时快速搅拌与超声震荡30min，得到混合溶液
4 ；
E、将混合溶液4加热到80°C，搅拌，恒温，回流2小时，得到混合料浆；
F、将混合料浆按常规进行醇洗，水洗，烘干，研磨后，获得改性的纳米二氧化钛。实施例4
本发明提供的表面改性的纳米二氧化钛，经过下面步骤所得
A、将5g纳米二氧化钛粉末加入到90g无水乙醇和IOg去离子水的混合溶液中，得到混合溶液I ;
B、在混合溶液I里，加入O.05g分散剂，然后超声振荡30min使分散剂充分分散，得到混合溶液2 ；
C、在混合溶液2中加入冰醋酸使体系的PH为4.5，得到混合溶液3 ；
D、将I.5gKH-560加入到混合溶液3，并同时快速搅拌与超声震荡30min，得到混合溶液
4；
E、将混合溶液4加热到80°C，搅拌，恒温，回流2小时，得到混合料浆；
F、将混合料浆按常规进行醇洗，水洗，烘干，研磨后，获得改性的纳米二氧化钛。所改性的纳米粒子用傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、透射电镜(TEM)，观察纳米粒子表面官能团、尺寸、分散情况。傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)测得硅烷偶联剂KH-560改性的纳米二氧化钛粉末红外谱图，分析其官能团的吸收峰；图3为未改性的纳米二氧化钛(图3a)和硅烷偶联剂KH-560改性的纳米二氧化钛(图3b)的红外谱图，由图3b中的2926. 84cm^处可以看到明显的亚甲基振动峰，说明硅烷偶联剂KH-560已经键合到纳米二氧化钛粒子表面。(2) TEM 表征
将改性后的纳米二氧化钛粉末分散于无水乙醇中，用透射电子显微镜观察纳米粒子的形貌。图4是纳米二氧化钛的TEM照片；图4 (a)为改性纳米二氧化钛的TEM照片，改性后的纳米二氧化钛粒子均匀分散于乙醇中，无明显团聚现象；图4 (b)为未改性的纳米二氧化钛的TEM照片，从图中可明显看出纳米粒子团聚严重。说明改性后的纳米二氧化钛粒子能较好的分散于有机溶剂中，有效降低了纳米粒子的软团聚现象。
权利要求
1.一种纳米二氧化钛表面修饰方法，其特征经过下面步骤制得 A、将5重量份纳米二氧化钛粉末加入到90重量份无水乙醇和10重量份去离子水的混合溶液中，得到混合溶液I ; B、在混合溶液I里，按纳米二氧化钛粉末质量的1%加入分散剂，然后超声振荡使分散剂充分分散，得到混合溶液2 ；C、在混合溶液2中加入冰醋酸使混合溶液2的PH在3.5-5. 5之间，得到混合溶液3 ； D、将纳米二氧化钛粉末质量的5%-50%的KH-560加入混合溶液3中，并同时快速搅拌与超声震荡使得KH-560充分分散，得到混合溶液4 ； E、将混合溶液4加热到80°C，搅拌，恒温，回流2小时，得到混合料浆； F、将混合料浆按常规进行醇洗，水洗，烘干，研磨后，获得改性的纳米二氧化钛。
2.如权利要求I所述的一种纳米二氧化钛表面修饰方法，其特征在于所述步骤B的分散剂是TAZ-NDl分散剂。
全文摘要
本发明涉及一种纳米二氧化钛的表面修饰方法，具体说是通过一种硅烷偶联剂对二氧化钛表面进行改性，从而改善二氧化钛的分散性、亲油性，属于粉末加工技术领域。本发明具有以下优点和效果采用上述方案，纳米二氧化钛粒子表面羟基数量减少，与硅烷偶联剂的极性基团反应，并且在其表面接枝上疏水有机链，这样使纳米二氧化钛从亲水转变成亲油，并且减少了粒子间的团聚，提高了纳米二氧化钛在有机相中的分散性，进而扩宽了其应用范围；本发明操作简单，成本低廉，无污染。
文档编号C09C3/12GK102660154SQ201210128730
公开日2012年9月12日 申请日期2012年4月28日 优先权日2012年4月28日
发明者姜冬, 宋仁国, 李鑫伟, 王超 申请人:常州大学