專利名稱：一種膚色納米氧化鋅的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種膚色納米氧化鋅的快速制備方法，屬于無機(jī)納米材料制備 領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
納米氧化鋅(Zn0)具有無毒、非遷移、比表面積大、磁性強(qiáng)、吸收和散 射紫外線能力強(qiáng)等諸多特點(diǎn)，可廣泛用于食品包裝材料、傳感器、高效催化劑、 醫(yī)用殺菌劑、化妝品防曬劑、磁性材料等。近年來，由于臭氧層不斷遭到破壞， 皮膚癌的發(fā)病率增高，人們越來越強(qiáng)烈意識到紫外線對人體的傷害，從而促進(jìn) 了防曬化妝品迅速發(fā)展，納米ZnO因?yàn)榫哂休^強(qiáng)的紫外屏蔽能力以及優(yōu)異的化學(xué) 穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、無毒性等性能而成為化妝品中理想的抗紫外添加劑。但是 單純的納米ZnO往往呈現(xiàn)白色，用于化妝品中會使人的皮膚顯得蒼白而不自然， 最初解決的方法是與其它的有機(jī)顏料或無機(jī)顏料混合使用，不僅操作麻煩，而 且色素易析出，影響它的使用性能。
近年來，國內(nèi)外對ZnO著色進(jìn)行了開發(fā)和研究，傳統(tǒng)的方法是利用元素或化 合物的固溶使ZnO著色，例如氧化錳固溶于ZnO可以使它呈黃色，氧化鉛則使它 顯桃紅色。但是這些重金屬對人體有害，尤其不適宜于化妝品行業(yè)。研究人員 Li D ， Saito N , Ohashi N , W a/ . (Synthesis of nanosized nitrogen containing MOX- ZnO(M= W, V ， Fe) composite powders by spray pyrolysis and their photocatalysis in the gas phase acetaldehyde decomposhion[Al . In :Li C. The 3rd Asia Pacific Congress on Catalysis[C] . Dalian :Dalian Institute of Chemical Physics Press , 2003. 589國590.)在考察氮摻雜的Zn0光催化劑時(shí)發(fā) 現(xiàn)，氮摻雜可以引起Zn0晶格缺陷，少量的氮摻雜即可使Zn0發(fā)生可見光響應(yīng) 而呈現(xiàn)膚色，由于這種膚色是通過氮原子固熔于ZnO晶體而使其著色，因而對人 體無害，這為膚色納米ZnO的制備提供了新的思路。日本專利(昭55227S57)公 開了一種在NH3氣氛中分解草酸鋅制備紅色氧化鋅的方法。"膚色超微粉末氧化
鋅的制備"([J]涂料工業(yè)(1991) ， (4):4 7) —文中，公開了一種在,3和 H2混合氣氛中熱分解草酸鋅制備出膚色超微粉末Zn0的方法；"超細(xì)膚色ZnO制 備的新工藝研究"([J]粉體技術(shù)，1996, 2 (3) :27 30) —文中，根據(jù)形成 膚色ZnO的原理，在堿式碳酸鋅的熱分解過程中，添加適量NH4HC03制備膚色ZnO; 在"超重力法納米膚色氧化鋅的制備與表征"([J]北京化工大學(xué)學(xué)報(bào)，2004， 31 (4) : 28 31)中，提出了用超重力法制備納米氧化鋅的過程中加入少量表 面修飾劑進(jìn)行原位修飾，制備膚色ZnO的新工藝，并對其表面修飾機(jī)理和對紫外 可見光吸收機(jī)理進(jìn)行了分析；"納米膚色氧化鋅的制備新工藝研究"([J]化學(xué) 工程，2002 ， 39 (2) :41 44) 一文中的技術(shù)方案是用鋅鹽與碳酸銨反應(yīng)生成 堿式碳酸鋅，然后經(jīng)過濾、水洗滌、氨水洗、有機(jī)溶劑洗，烘干后在一定溫度 下處理得到納米膚色氧化鋅；"氨溶法制備膚色氧化鋅的研究"([J]精細(xì)化工 中間體，2004， ， 34 ( 4) : 60 62) —文中，公開了用氨水溶解氫氧化鋅，再 通過蒸氨析出二次沉淀，最后制得膚色氧化鋅的方法；中國發(fā)明專利 (CN1261357C)公開了 一種防曬用膚色氧化鋅納米粉的制備方法，它采用硝酸 鋅與尿素在100-120'C下反應(yīng)3-7小時(shí)，經(jīng)過沉淀、洗滌、過濾、超聲波處理、 再過濾、干燥，然后在250-480'C處理約l小時(shí)得到膚色納米氧化鋅。上述幾種 方法基本都是采用溶液沉淀法，合成過程中均需要經(jīng)過沉淀、過濾、洗滌、煅 燒這一系列過程，工藝路線復(fù)雜，合成時(shí)間長，原料成分多，容易引入雜質(zhì)， 有些工藝還要用到大量有機(jī)溶劑，對環(huán)境有污染，因而制約了其在生產(chǎn)中的進(jìn) 一步應(yīng)用。
燃燒合成法由于其具有能效高、反應(yīng)迅速、受外界環(huán)境因素影響小、可重 復(fù)性高、合成產(chǎn)物粒徑小等優(yōu)點(diǎn)，因而引起人們極大關(guān)注，用來合成納米粉體 有許多研究報(bào)道，如Cheng-Shiung Lin等人將氨基酸和硝酸鋅混合壓成塊狀后， 在其外層再包裹一層引燃劑，通過點(diǎn)燃引燃劑來引發(fā)反應(yīng)，生成不同形態(tài)的氧 化鋅。Zhao Yuna等人采用燃燒法合成出籠形結(jié)構(gòu)的氧化鋅。"自蔓延燃燒法 Zn0粉體制備壓敏電阻"([J]硅酸鹽學(xué)報(bào)，2006, ， 34 ( 9) : 1055 1059) 一文中，公開了以硝酸鋅、尿素以及其它添加劑為原料，通過自蔓延燃燒法一 次性合成了ZnO壓敏電阻用摻雜納米粉體。但到目前為止，關(guān)于燃燒合成法制備 膚色納米氧化鋅的內(nèi)容未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種反應(yīng)平穩(wěn)有序、 且煙霧少、安全性好、產(chǎn)率高的膚色納米氧化鋅的制備方法。
為達(dá)到以上目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是采用如下的加工步驟制備膚色納米 氧化鋅
(1) 將可溶性鋅鹽配成濃度為0. l 1.0mol / L的水溶液；
(2) 在上述鋅鹽水溶液中，將富氮銨鹽燃料與鋅鹽按質(zhì)量比為0.1 1. 0 : 1的比例混合后，再加入上述混合物總量0. 1 0. 5%的助燃劑，通過機(jī)械 攪拌或研磨的方式制備成粘稠的膏狀液體；
(3) 將所述膏狀液體放入預(yù)先加熱到溫度為60(TC 90(TC的容器中燃燒， 結(jié)束后收集燃燒產(chǎn)物得到膚色納米氧化鋅。
上述技術(shù)方案中，所述的鋅鹽為可溶于水的鋅鹽，包括氯化鋅、硫酸鋅、 硝酸鹽或檸檬酸鋅。
所述的富氮銨鹽燃料包括硫酸銨、碳酸銨、碳酸氫銨、高氯酸銨、硝酸銨、 尿素或氨基酸中的一種或幾種的混合物。
所述的助燃劑為聚乙二醇、檸檬酸、聚乙烯醇、三乙醇胺或非離子表面活 性劑。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的突出優(yōu)點(diǎn)是
1、 工藝路線簡單，燃燒過程快速平穩(wěn)，反應(yīng)過程中無煙霧釋放，產(chǎn)率高。
2、 整個(gè)反應(yīng)在極短時(shí)間內(nèi)完成(20 50s)，制備的產(chǎn)物具有蓬松、色澤 均勻、粒徑小、分布窄、純度高等優(yōu)點(diǎn)。
3、 該工藝不需要特殊的生產(chǎn)設(shè)備，勞動(dòng)效率高，產(chǎn)物易收集，無廢水廢氣 排放，節(jié)約能源，尤其適合連續(xù)化生產(chǎn)。


圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例所制備的膚色納米ZnO的X衍射圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例所制備的膚色納米ZnO的掃描電鏡圖3是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例所制備的膚色納米ZnO的X光電子能譜圖4是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例所制備的膚色納米Zn0整理前后織物的紫外透 過率圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述 實(shí)施例1:
將4. 15g硝酸鋅溶解在20ml去離子水中，配成澄清溶液，在硝酸鋅水溶液 中加0.35g尿素、O.lg高氯酸銨、O.Olg檸檬酸和0.02g聚乙二醇，高速機(jī)械 攪拌后成粘稠的膏狀液體，將盛有膏狀混合液體的瓷皿放入預(yù)先加熱到800'C 的馬弗爐中，燃燒過程(大約25s左右)結(jié)束后收集燃燒產(chǎn)物，無需研磨即得 1.02g絮狀膚色ZnO粉體(理論值為1.13g)，燃燒過程中無煙霧釋放。
參見附圖1，按實(shí)施例1所述的制備方法制得的膚色ZnO納米粉體X衍射 分析結(jié)果顯示[101]，
和[100]等強(qiáng)衍射峰比較尖銳，[102], [110], [103] 和[102]等弱的衍射峰也都非常明顯，與氧化鋅標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)(JCPDF 5—664)完全 一致。
參見附圖2，按實(shí)施例1所述的制備方法制得的膚色Zn0納米粉體，由掃 描電鏡圖象可知，粒子粒徑為60nm，粒子分布均勻，分散性好。
參見附圖3，按實(shí)施例1所述的制備方法制得的膚色Zn0納米粉體，由XPS 能譜可知，位于399. 64 eV的主峰歸結(jié)于Zn—N鍵束縛的N，并沒有發(fā)現(xiàn)來自 游離態(tài)N或N2的峰，說明N原子是以受主雜質(zhì)的形式存在于晶格中，其含量 為1.02%
參見附圖4，按實(shí)施例1所述的制備方法制得的膚色Zn0納米粉體整理前 后織物的紫外透過率可知，合成的粉體對紫外線具有較好的屏蔽性。 實(shí)施例2:
將4. 15g硝酸鋅溶解在20ml去離子水中，配成澄清溶液，在硝酸鋅水溶液 中加含0.25g尿素、0. 12g硝酸銨、0. 18g碳酸銨的混合燃料以及0.02g非離子 表面活性劑，高速機(jī)械攪拌后成粘稠的膏狀液體，將盛有膏狀混合液體的瓷皿 放入預(yù)先加熱到85(TC的馬弗爐中，燃燒過程(大約15s左右)結(jié)束后收集燃 燒產(chǎn)物，無需研磨即得0.98g絮狀膚色ZnO粉體(理論值為1.13g)，燃燒過程
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中無煙霧釋放。 實(shí)施例3:
將4.15g硫酸鋅溶解在15ml去離子水中，配成澄清溶液，在硫酸鋅水溶液 中加含0. 30g尿素、0. 15g氨基乙酸、0. 10g硝酸銨的混合燃料以及0. Olg聚乙 二醇型非離子表面活性劑，在研缽中研磨成粘稠的膏狀液體，將盛有膏狀混合 液體的瓷皿放入預(yù)先加熱到70(TC的馬弗爐中，燃燒過程(大約30s左右)結(jié) 束后收集燃燒產(chǎn)物，無需研磨即得l.Olg絮狀膚色ZnO粉體(理論值為1.23g)， 燃燒過程中少量煙霧采用弱堿吸收。
實(shí)施例4:
將4.15g檸檬酸鋅溶解在20ml去離子水中，配成澄清溶液，在檸檬酸鋅水 溶液中加含0. 25g尿素、0. 15g檸檬酸、0. 15g硝酸銨的混合燃料以及0.01g 三乙醇胺，在研缽中研磨成粘稠的膏狀液體，將盛有膏狀混合液體的瓷皿放入 預(yù)先加熱到65(TC的馬弗爐中，燃燒過程(大約30s)結(jié)束后收集燃燒產(chǎn)物，無 需研磨即得1.37g絮狀膚色ZnO粉體(理論值為1.62g)，燃燒過程中無煙霧釋 放。
權(quán)利要求
1、一種膚色納米氧化鋅的制備方法，其特征在于制備步驟如下(1)將可溶性鋅鹽配成濃度為0.1～1.0mol/L的水溶液；(2)在上述鋅鹽水溶液中，將富氮銨鹽燃料與鋅鹽按質(zhì)量比為0.1～1.0∶1的比例混合后，再加入上述混合物總量0.1～0.5％的助燃劑，通過機(jī)械攪拌或研磨的方式制備成粘稠的膏狀液體；(3)將所述膏狀液體放入預(yù)先加熱到溫度為600℃～900℃的容器中燃燒，結(jié)束后收集燃燒產(chǎn)物得到膚色納米氧化鋅。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種膚色納米氧化鋅的制備方法，其特征在于 所述的鋅鹽為可溶于水的鋅鹽，包括氯化鋅、硫酸鋅、硝酸鹽或檸檬酸鋅。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種膚色納米氧化鋅的制備方法，其特征在于 所述的富氮銨鹽燃料包括硫酸銨、碳酸銨、碳酸氫銨、高氯酸銨、硝酸銨、尿 素或氨基酸中的一種或幾種的混合物。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種膚色納米氧化鋅的制備方法，其特征在于所述的助燃劑為聚乙二醇、檸檬酸、聚乙烯醇、三乙醇胺或非離子表面活性劑。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種膚色納米氧化鋅的快速制備方法，屬于無機(jī)納米材料制備領(lǐng)域。其技術(shù)方案是以可溶性鋅鹽為主要原料，以富氮銨鹽為主要燃料，將可溶性鋅鹽、富氮銨鹽以及少量助燃劑按一定比例混合成膏狀物，將混合膏狀物放入預(yù)先加熱到600～900℃的容器中，待燃燒過程完畢后收集燃燒產(chǎn)物即得絮狀膚色納米氧化鋅粉體。本發(fā)明所得納米粉體具有粒度小、分布均勻、顏色一致、分散性好、紫外屏蔽性強(qiáng)等特點(diǎn)，該工藝由于合成速度快、成本低、產(chǎn)率高、無污染，特別具有工業(yè)化推廣價(jià)值。
文檔編號C01G9/02GK101172641SQ20071013373
公開日2008年5月7日 申請日期2007年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月29日
發(fā)明者吳佳卿, 敏 鄭 申請人:蘇州大學(xué)