一种使纳米二氧化钛在聚合物中均匀分布的方法 |
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| 申请号 | CN201611041467.6 | 申请日 | 2016-11-24 | 公开(公告)号 | CN106590060A | 公开(公告)日 | 2017-04-26 |
| 申请人 | 宁波卫生职业技术学院; | 发明人 | 马少华; 曹国洲; 贾志舰; 李若沛; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及 纳米材料 领域，具体地说，公开一种使纳米二 氧 化 钛 在 聚合物 中均匀分布的方法，其包括以下步骤：(1)制备纳米 银 ；步骤(2)：制备纳米二氧化钛；步骤(3)：将纳米银负载纳米二氧化钛表面，得到纳米二氧化钛载银 复合材料 ；步骤(4)：在纳米二氧化钛载银复合材料中加入成膜剂、消泡剂、 流平剂 ；步骤(5)：将步骤(4)得到的混合物均匀混合在聚合物中。通过本工艺制得的纳米二氧化钛能够使其以纳米尺度均匀分散和复合到聚合物中，具有良好的分散性能，不易出现团聚、沉淀现象。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种使纳米二氧化钛在聚合物中均匀分布的方法，其特征在于其包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种使纳米二氧化钛在聚合物中均匀分布的方法技术领域背景技术[0002] 现今常用的无机纳米抗菌剂主要有纳米银和纳米TiO2两种。纳米二氧化钛能除细菌，净化空气，是因为其在光或水的条件下，其价带上的电子被激发到导带，在价带上产生空穴，自由电子-空穴对可使氧和水活化，产生具有很高反应活性的活性氧和OH自由基，对空气中的有害气体和细菌有很强的降解作用，从而赋予涂料良好的抗菌性及净化空气性能；纳米银即为将粒径做到纳米级的金属银单质，其对大肠杆菌、淋球菌、沙眼衣原体等数十种致病微生物都有强烈的抑制和杀灭作用，而且不会产生耐药性，因而会将其与聚乙烯、聚丙烯等材料共混制作食品包装产品。 [0003] 将纳米银和纳米二氧化钛结合起来，可进一步提高涂料的抗菌性。一方面，纳米银[0004] 作为杂质存在，可加强纳米二氧化钛的广催化性能；另一方面，纳米银缓慢释放出Ag+，能破坏原生物活性酶的活性，具有很强的杀菌性，且不受外界条件(光和水)的影响。 [0005] 但是由于纳米银材料属亚稳态材料，对温度、振动、光照、磁场和气氛等环境因素特别敏感，有可能在常温下自行长大，存在易团聚、易氧化、与其他材料复合时相溶性差的问题，这将使纳米金属材料固有性能不能得到充分或完全发挥。将纳米二氧化钛与纳米银的混合材料使用于聚乙烯、聚丙烯等材料或是聚氯乙烯等聚合物中，其在共混过程中极易发生团聚，从而导致纳米银和纳米二氧化钛的材料性能均不能得到充分发挥。 发明内容[0007] 本发明提出的一种使纳米二氧化钛在聚合物中均匀分布的方法，其包括以下步骤： [0008] 步骤(1)：制备纳米银； [0009] 步骤(2)：制备纳米二氧化钛； [0011] 步骤(4)：在步骤(3)的纳米二氧化钛载银复合材料中加入成膜剂、消泡剂、流平剂； [0012] 步骤(5)：将步骤(4)得到的混合物均匀混合在聚合物中。 [0013] 优选的，步骤(1)具体包括以下步骤： [0015] 步骤1.2：在步骤1.1的复合溶液中加入冠醚，冠醚重量比为复合溶液的40-50％； [0016] 步骤1.3：在步骤1.2的复合溶液中加入重量比为复合溶液的30％的柠檬酸钠，得到纳米银溶液； [0017] 步骤1.4：在步骤1.3纳米银溶液中加入的重量比为纳米银溶液的40％的琼脂，并加入重量比为琼脂质量的3-4倍去离子水，充分混合，形成糊状纳米银； [0018] 步骤1.5：将步骤1.4中形成的糊状纳米银先在-10℃的温度下冷冻0.5h，然后在室温中放置2h，再在70-80℃的温度下放置10-20min； [0019] 步骤1.6：将步骤1.5处理后的纳米银经紫外线的照射20-25min，得到纳米银溶胶； [0022] 采用上述方法制得纳米银，其在制备过程中，首先在还原纳米银之前先通过冠醚和柠檬酸钠，柠檬酸钠作为含有碱金属的还原剂，使冠醚和碱金属离子形成稳定的配合物，拉开纳米银体系中正负电荷之间的距离，从而实现对纳米银溶液的预处理，使其分散性能提高，减小团聚现象。然后通过琼脂均相水解生成为还原性单糖，实现均相可控的纳米银还原生成，同时使得琼脂充当纳米银的保护剂，阻止纳米银的团聚，所得纳米银分散良好，粒子形状规整，在将还原后的纳米银经过低温、高温相继处理，使其内部结构组织得到分散，破坏其团聚性能；最后在经过紫外线照射后得到纳米银溶胶，并且在纳米银溶胶中加入硫醇和淀粉，使其表面形成非极性的基团，且在一定程度上阻止银纳米颗粒移动，以保证在聚合物中充分混合后，纳米银能够均匀混合，且不易出现团聚、沉淀现象。 [0023] 优选的，步骤(2)具体包括以下步骤： [0024] 步骤2.1、将浓度为0.5mol/L的硫酸氧钛溶液和5mol/L的氢氧化钠溶液混合，得到纳米二氧化钛前驱体； [0025] 步骤2.2、将纳米二氧化钛前驱体在250℃温度下水热反应10h，然后冷却至室温； [0026] 步骤2.3、向步骤2.2中冷却后的混合液中加入重量比为混合液15％的丙烯酸酯乳液，然后过滤、洗涤、真空干燥，得到纳米二氧化钛粉体；通过丙烯酸酯乳液与纳米二氧化钛前驱体的酸性表面结合，通过空间位阻作用及静电排斥稳定作用使纳米二氧化钛均匀分散，并保持混合液的长期稳定性。 [0027] 步骤2.4、将步骤2.3得到的纳米二氧化钛粉体中加入重量比为二氧化钛粉体5倍的甲醇，得到混合液； [0028] 步骤2.5、在步骤2.4的混合液中加入重量比为混合液10％的非离子表面活性剂；通过在纳米二氧化钛粉体中加入甲醇使其润湿，然后利用非离子表面活性剂改善纳米二氧化钛的化学性能，使其具有亲油性、低极性、低表面能、不易团聚和均匀分散等应用[0029] 特性，使其以纳米尺度均匀分散和复合到聚合物中，制备出具有纳米二氧化钛功能性的复合材料。 [0030] 步骤2.6、再加入浓度为30％的氢氧化钠调节PH＝8，再通过超声处理，使其均匀分散，得到改性的纳米二氧化钛。通过氢氧化钠调节PH，使其PH较高，从而使悬浮体系远离二氧化钛的等电点，相互之间的静电排斥力作用增大，使体系的稳定性增加。 [0031] 作为优选，步骤1.8中在80～100℃下真空干燥4～6h；步骤2.3中在40～60℃下真空干燥2～3h。 [0032] 作为优选，步骤1.7中超声处理为在工作频率为30-40kHz的超声反应釜中用150r/min的低速搅拌。 [0033] 作为优选，步骤1.9中聚合物为聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯。 具体实施方式[0034] 为进一步了解本发明的内容，结合实施例对本发明作详细描述。应当理解的是，实施例仅仅是对本发明进行解释而并非限定。 [0035] 实施例1 [0036] 一种使纳米二氧化钛在聚合物中均匀分布的方法，其包括以下步骤： [0037] 步骤(1)：制备纳米银； [0038] 步骤(2)：制备纳米二氧化钛； [0039] 步骤(3)：将步骤(1)中的纳米银负载在步骤(2)中的纳米二氧化钛表面，得到纳米二氧化钛载银复合材料； [0040] 步骤(4)：在步骤(3)的纳米二氧化钛载银复合材料中加入成膜剂、消泡剂、流平剂；成膜剂、消泡剂、流平剂均采用的市场上常见的助剂。 [0041] 步骤(5)：将步骤(4)得到的混合物均匀混合在聚合物中。 [0042] 其中，步骤(1)具体包括以下步骤： [0043] 步骤1.1：配备硝酸银含量为20-100g/L的银氨溶液，在银氨溶液内加入聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇形成复合溶液，其中银氨溶液、聚乙烯吡咯烷酮以及聚乙烯醇的重量比为4:3:2；在将银氨溶液还原成纳米银溶液之前在银氨溶液中加入聚乙烯吡咯烷酮和聚乙烯醇，使银离子被聚乙烯吡咯烷酮包围，并被聚乙烯吡咯烷酮的长链隔开，避免了银纳米颗粒聚沉，同时聚乙烯吡咯烷酮作为表面活性剂能有效控制纳米银的粒径大小，从而起到有效防止纳米银颗粒团聚。 [0044] 步骤1.2：在步骤1.1的复合溶液中加入冠醚，冠醚重量比为复合溶液的40-50％； [0045] 步骤1.3：在步骤1.2的复合溶液中加入重量比为复合溶液的30％的柠檬酸钠，得到纳米银溶液； [0046] 步骤1.2和步骤(3)中在复合溶液中加入冠醚。冠醚具有疏水的外部骨架和亲水的可以和金属离子成键的内腔，同时还能够与柠檬酸钠形成稳定的配合物，一方面使反应体系中游离的或裸露的还原负离子具有更高的反应活性，另一方面还能使碱金属阳离子被冠醚包覆于内腔内，由此便拉开纳米银体系中正负电荷之间的距离，使得纳米银能够稳定分散于水溶液中，不易团聚，易于保存。 [0047] 步骤1.4：在步骤1.3纳米银溶液中加入的重量比为纳米银溶液的40％的琼脂，并加入重量比为琼脂质量的3-4倍去离子水，充分混合，形成糊状纳米银；琼脂能够充当纳米银的保护剂，阻止纳米银的团聚，进一步提高纳米银的分散性能，并且使纳米银粒子形状更加规整。 [0048] 步骤1.5：将步骤1.4中形成的糊状纳米银先在-10℃的温度下冷冻0.5h，然后在室温中放置2h，再在70-80℃的温度下放置10-20min；通过糊状纳米银先冷冻，使其内部结构得到一定的分散，再在室温中静置，然后在相对室温较高的环境中干燥，从而使得纳米银内部化学组织产生变化，分散性能得到进一步提高。 [0049] 步骤1.6：将步骤1.5处理后的纳米银经紫外线的照射20-25min，得到纳米银溶胶； [0050] 步骤1.7：在步骤1.6得到的纳米银溶胶中加入硫醇和淀粉，使混合物在工作频率为30-40kHz的超声反应釜中用150r/min的低速搅拌均匀，实现超声波分散作用，其中纳米银溶胶、硫醇与淀粉的重量比为3:2:1； [0051] 将纳米银在紫外光的作用下，使其最终形成稳定的纳米银溶液，此时其化学性能基本保持不变，此时在该溶液中加入硫醇和淀粉，使得巯基与纳米银反应，在纳米银表面形成稳定的烷基硫醇银相，使纳米银粉表面形成非极性的基团，从而改善纳米银的亲水性，提高改性纳米银粉在水溶液中的的分散能力。而加入的淀粉能增大反应液黏度，使反应过程中生成的银纳米颗粒在反应溶液中的移动受限，从而有效抑制纳米银团聚。 [0052] 步骤1.8将步骤1.7搅拌后的混合物密封避光且在温度为10-15℃的环境中放置45-60天后经离心分离、80～100℃下真空干燥4～6h、研磨得到纳米银粉末，经过一定时间常温常压避光放置，使得混合物中的银团簇、银离子、氢氧基、聚乙烯吡咯烷酮及聚乙烯吡咯 [0053] 烷酮与银的配合物在比例上达到动态平衡，从而有效改善所制得的纳米银粉末性能，加强其抗菌、杀菌性能。 [0054] 步骤(2)具体包括以下步骤： [0055] 步骤2.1、将浓度为0.5mol/L的硫酸氧钛溶液和5mol/L的氢氧化钠溶液混合，得到纳米二氧化钛前驱体； [0056] 步骤2.2、将纳米二氧化钛前驱体在250℃温度下水热反应10h，然后冷却至室温； [0057] 步骤2.3、向步骤2.2中冷却后的混合液中加入重量比为混合液15％的丙烯酸酯乳液，然后过滤、洗涤、40～60℃下真空干燥2～3h，得到纳米二氧化钛粉体；通过丙烯酸酯乳液与纳米二氧化钛前驱体的酸性表面结合，通过空间位阻作用及静电排斥稳定作用使纳米二氧化钛均匀分散，并保持混合液的长期稳定性。 [0058] 步骤2.4、将步骤2.3得到的纳米二氧化钛粉体中加入重量比为二氧化钛粉体5倍的甲醇，得到混合液； [0059] 步骤2.5、在步骤2.4的混合液中加入重量比为混合液10％的非离子表面活性剂；通过在纳米二氧化钛粉体中加入甲醇使其润湿，然后利用非离子表面活性剂改善纳米二氧化钛的化学性能，使其具有亲油性、低极性、低表面能、不易团聚和均匀分散等应用特性，使其以纳米尺度均匀分散和复合到聚合物中，制备出具有纳米二氧化钛功能性的复合材料。 [0060] 步骤2.6、再加入浓度为30％的氢氧化钠调节PH＝8，再通过超声处理，使其均匀分散，得到改性的纳米二氧化钛。通过氢氧化钠调节PH，使其PH较高，从而使悬浮体系远离二氧化钛的等电点，相互之间的静电排斥力作用增大，使体系的稳定性增加。 [0061] 实验证明，采用本实施例中的工艺所制得的纳米银在聚合物中混合时不易团聚，分散性能良好，将其负载在纳米二氧化钛表面，使得纳米涂料具有高效持久抗菌性能，而其中的纳米二氧化钛其以纳米尺度均匀分散和复合到有机聚合物中，从而制备出具有纳米二氧化钛功能性的复合材料。 [0062] 以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的方案及实施例，均应属于本发明的保护范围。 |
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