專利名稱：用于防紫外線紡織品的中性二氧化鈦溶膠的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種二氧化鈦溶膠的制備方法，更具體地說，涉及一種用于防紫外線紡織品的中性二氧化鈦溶膠的制備方法。
背景技術(shù)：
紫外線輻射UVR 包括三種類型:UV-A(315-400nm)，UV-B (290-315nm)，和 UV-C(100-290nm)。UV-C輻射被臭氧層吸收，UV-A和UV-B則到達(dá)地球表面。隨著日趨嚴(yán)重的溫室效應(yīng)和臭氧層破壞現(xiàn)象，到達(dá)地球表面的紫外線總量正在增加。少量的紫外線輻射對人類是有益的，然而，大量的紫外線輻射可能會(huì)引起嚴(yán)重的健康問題，比如曬傷、皮膚過早陳化，甚至皮膚癌和白內(nèi)障。因此，肌膚需要防止遭受過度的紫外線輻射，尤其是UV-B輻射，因?yàn)樗哂凶罡叩钠つw損傷能力。最近，由于防紫外線輻射且輕質(zhì)舒適服裝的市場需求日益增長，防紫外線紡織品受到了特別的關(guān)注。衣服被認(rèn)為是防止曬傷和預(yù)防皮膚癌的重要物品。然而，服裝的織法、重量和顏色不同，其防紫外線輻射的功效也不同，特別是一些夏季紡織品沒有足夠的防紫外線輻射功效。設(shè)計(jì)和改進(jìn)織物來降低紫外線穿透是一項(xiàng)相對較新的應(yīng)用。通常人們利用防曬系數(shù) SPF來測定防曬化妝品的防紫外線輻射能力。另一方面，由澳大利亞/新西蘭標(biāo)準(zhǔn)AS/NZL 4399 :1966定義的防紫外線系數(shù)UPF，如今也被廣泛地采用。UPF主要用于評估紡織品的防紫外線輻射能力。UPF分為三個(gè)等級UPF值為15到M (等級為15和20)的織物提供較好的防紫外線輻射能力；UPF值為25到39 (等級為25、30和35)的織物提供很好的防紫外線輻射能力；UPF值為40以及更高(等級為40、45、50和50+)的織物提供極好的防紫外線輻射能力。UPF值低于15的織物不在評估范圍之內(nèi)。在J. H. Xin 等著，《紡織研究(Textile Research Journal))), 72,97 (2004) ；P. Xu 等著，《應(yīng)用聚合物科學(xué)(Journal of Applied Polymer Science))), 102,1478 (2006)； N. Abidi 等著，《應(yīng)用聚合物科學(xué)(Journal of AppliedPolymer Science)》，104，111 (2007) 中曾報(bào)道了利用二氧化鈦納米顆粒處理棉織物。然而，該制備方法是將四異丙基鈦、四丁基鈦和四乙基鈦?zhàn)鳛樵?，將鹽酸和醋酸作為催化劑，在酒精溶劑中進(jìn)行溶膠-凝膠反應(yīng)。該方法的制備過程不是環(huán)境友好，并且由于使用大量的強(qiáng)酸對環(huán)境會(huì)造成污染。美國專利號(hào)為6576589 (Na等)的專利公開了一種制備納米級粒徑的銳鈦型二氧化鈦的方法，將硝酸作為催化劑，溫度控制在80士20°C，在酒精溶劑中進(jìn)行溶膠-凝膠反應(yīng)。該方法由于含有腐蝕性酸，不是環(huán)境友好，并且所得產(chǎn)物的PH值小于3，無法用于低耐酸的材料。美國專利號(hào)為7255847 (Daoud等)的專利介紹了一種制備納米級粒徑的銳鈦型二氧化鈦的方法，將硝酸和鹽酸作為催化劑，溫度控制在50士 15°C，在水溶劑中進(jìn)行溶膠-凝膠反應(yīng)。該方法所得產(chǎn)物的PH值為1-2，對低耐酸的材料會(huì)造成損壞。美國專利號(hào)為5049309 (Sakamoto等)的專利公開了一種用于生產(chǎn)中性二氧化鈦溶膠的過程。該過程包括用一元酸比如鹽酸、硝酸、氯酸、氯乙酸膠溶水合鈦氧化物，來獲得酸性二氧化鈦溶膠，然后利用離子交換樹脂來除去該酸性二氧化鈦溶膠中的陰離子。然而，該方法對二氧化鈦溶膠的分散性有所影響而無法使二氧化鈦溶膠處于穩(wěn)定的分散狀態(tài)。綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)制備二氧化鈦溶膠有諸多不足之處在制備過程中，采用腐蝕性化學(xué)試劑，比如硝酸和鹽酸；需要相對較高的溫度。制備得到的產(chǎn)品，二氧化碳納米顆粒或二氧化鈦溶膠處于不穩(wěn)定的分散狀態(tài)；并且含有腐蝕性化學(xué)試劑的酸性二氧化鈦溶膠， 不能夠用于一些低耐酸的材料，比如纖維紡織品。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的采用腐蝕性化學(xué)試劑、需要相對較高的溫度、獲得的二氧化碳納米顆?；蚨趸伻苣z不穩(wěn)定以及酸性二氧化鈦溶膠應(yīng)用不廣的缺陷，提供一種用于防紫外線紡織品的中性二氧化鈦溶膠的制備方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造一種用于防紫外線紡織品的中性二氧化鈦溶膠的制備方法，包括以下步驟1)將鈦基原料添加到包含有機(jī)酸催化劑的水溶液中；2)對所述水溶液進(jìn)行熱處理來激活膠溶反應(yīng)，從而制備酸性二氧化鈦膠溶液；3)用堿中和所述酸性二氧化鈦膠溶液，從而獲得中性范圍內(nèi)的二氧化鈦溶膠。在本發(fā)明所述的用于防紫外線紡織品的中性二氧化鈦溶膠的制備方法中，所述步驟1)中的所述有機(jī)酸催化劑為乳酸。在本發(fā)明所述的用于防紫外線紡織品的中性二氧化鈦溶膠的制備方法中，所述步驟1)中的所述鈦基原料選自族中的一個(gè)或多個(gè)復(fù)合物，且所述族包括四乙氧基鈦、四異丙氧基鈦、四丁氧基鈦、氯化鈦、硫酸鈦和鹽基性硫酸鈦。在本發(fā)明所述的用于防紫外線紡織品的中性二氧化鈦溶膠的制備方法中，所述步驟2)中所述制備酸性二氧化鈦膠溶液的膠溶反應(yīng)在90-100°C的溫度中進(jìn)行。在本發(fā)明所述的用于防紫外線紡織品的中性二氧化鈦溶膠的制備方法中，所述步驟3)中的所述堿選自無機(jī)堿和有機(jī)堿。在本發(fā)明所述的制備方法所制備的用于防紫外線紡織品的中性二氧化鈦溶膠，包含重量百分比為1-20%的二氧化鈦膠體顆粒。實(shí)施本發(fā)明提供的用于防紫外線紡織品的中性二氧化鈦溶膠的制備方法，具有以下有益效果制備的過程在水溶液中進(jìn)行，不使用腐蝕性溶劑，并且無需高溫?zé)崽幚?，也無需高壓，因此過程環(huán)境友好、節(jié)省成本；制備的產(chǎn)品為中性二氧化鈦溶膠，處于穩(wěn)定的分散狀態(tài)，并且可以用在低耐酸的材料上，比如紡織品、塑料、木材、紙張，因此產(chǎn)品狀態(tài)更穩(wěn)定、 應(yīng)用更廣泛。


下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中圖1是未處理的白色平紋棉織物和經(jīng)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的0. 5%二氧化鈦處理的白色平紋棉織物防紫外線的特性曲線圖；圖2是未處理的白色斜紋棉織物和經(jīng)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的0. 5%二氧化鈦處理的白色斜紋棉織物防紫外線的特性曲線圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述。本發(fā)明制備中性二氧化鈦防紫外線薄膜的方法包括以下步驟將鈦基原料添加到包含有機(jī)酸催化劑的水溶液中；對水溶液進(jìn)行90-100°C的熱處理來激活膠溶反應(yīng)，從而制備酸性二氧化鈦膠溶液；用堿中和酸性二氧化鈦膠溶液，從而獲得中性范圍內(nèi)的二氧化鈦溶膠；將中性二氧化鈦溶膠涂層在材料上。本發(fā)明所制備的二氧化鈦溶膠是一個(gè)中性PH值范圍內(nèi)的水分散體，二氧化鈦顆粒分散在該水分散體中。所述二氧化鈦溶膠的PH值可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。用于制作溶膠混合物的鈦基原料可以是鈦醇化物、氯化鈦、硫酸鈦，比如四異丙基鈦、四丁氧基鈦、四氯化鈦、硫酸氧鈦。在這種情況下，醇鹽的直接水解可以產(chǎn)生氫氧化物。然后發(fā)生縮聚反應(yīng)，產(chǎn)生鈦氧化物。利用有機(jī)酸，比如乳酸作為鈦基原料水解反應(yīng)和縮合反應(yīng)的催化劑。根據(jù)本發(fā)明的制備方法，將一定量的鈦基原料，緩慢添加到適量水中，該水中包含用于提高反應(yīng)率的適量有機(jī)酸催化劑，隨后將該混合物在90-100°C的溫度下攪拌，并持續(xù)適量的膠溶反應(yīng)時(shí)間，例如約2至4小時(shí)。該膠溶反應(yīng)的持續(xù)時(shí)間是可選的，完全取決于晶體的相態(tài)和大小。在制備方法中，膠溶反應(yīng)的持續(xù)時(shí)間可以隨著鈦基原料的增加而增加。這是因?yàn)樾枰鄬^長的時(shí)間來讓大量鈦基原料結(jié)晶。用于中和酸性二氧化鈦溶液的堿可以是無機(jī)堿或有機(jī)堿，比如氫氧化鈉、氨、乙醇胺。采用不同的沉積技術(shù)，將中性二氧化鈦溶膠液涂層在材料上，比如，浸涂、旋涂、噴涂等等。然后，該材料需要一段時(shí)間在空氣中干燥或者在較低溫度中焙烘，來形成無機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及使涂層變得致密，因而提高了中性二氧化鈦溶膠在材料表面的粘附力。涂層之后的焙烘時(shí)間和焙烘溫度是完全可選的。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，包括以下三個(gè)方面。一、中性二氧化鈦溶膠的制備在2000ml燒杯中裝有600ml去離子水，其中包含25ml乳酸，在機(jī)械攪拌的同時(shí)， 將375ml四異丙基鈦緩慢地加到該去離子水中。在繼續(xù)攪拌的同時(shí)，將該混合物加熱到90 攝氏度并且持續(xù)4個(gè)小時(shí)。然后將該混合物保持在90°C，并向其中加入乙醇胺來調(diào)節(jié)該混合物的PH值到6-7。最后一邊攪拌該混合溶液，一邊讓其冷卻至室溫。結(jié)果得到無色透明的混合溶液。二、整理過程上述結(jié)果得到的混合溶液即為二氧化鈦溶膠，用來制作二氧化鈦薄膜，通過浸-軋-烘干-焙烘的過程，分別覆蓋在白色平紋和斜紋棉織物表面。將10 X IOcm的白色平紋和斜紋棉織物分別浸在該二氧化鈦溶膠中，然后分別利用自動(dòng)軋車進(jìn)行浸軋。將浸軋過的織物在80°C的預(yù)熱烘干機(jī)中烘干2分鐘，最后在120°C的預(yù)熱焙烘機(jī)中焙烘3分鐘。三、防紫外線特性防紫外線系數(shù)UPF可以直接評估紡織品的防紫外線輻射能力。圖1和圖2分別顯示了經(jīng)上述制作的0. 5%二氧化鈦處理的白色平紋和斜紋棉織物的防紫外線的特性曲線， 并且分別將其與未處理的白色平紋和斜紋棉織物防紫外線的特性曲線進(jìn)行比較。
請參閱圖1，為未處理的白色平紋棉織物和經(jīng)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的0. 5%二氧化鈦處理的白色平紋棉織物防紫外線的特性曲線圖。如圖1所示，未處理的白色平紋棉織物防紫外線的特性曲線為(a)，經(jīng)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的0.5%二氧化鈦處理的白色平紋棉織物防紫外線的特性曲線為(b)。從UPF值來看，未處理的棉織物UPF值為5，經(jīng)處理的棉織物UPF值為18。從紫外線穿透峰值來看，未處理的棉織物紫外線穿透峰值為25%，經(jīng)處理的棉織物紫外線穿透峰值為22%。綜合比較，經(jīng)處理的棉織物比未處理的棉織物UPF值更高，且紫外線穿透峰值更低。請參閱圖2，為未處理的白色斜紋棉織物和經(jīng)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的0. 5%二氧化鈦處理的白色斜紋棉織物防紫外線的特性曲線圖。如圖2所示，未處理的白色斜紋棉織物防紫外線的特性曲線為(a)，經(jīng)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的0.5%二氧化鈦處理的白色斜紋棉織物防紫外線的特性曲線為(b)。從UPF值來看，未處理的棉織物UPF值為8，經(jīng)處理的棉織物UPF值為52且UPF等級為50。從紫外線穿透峰值來看，未處理的棉織物紫外線穿透峰值為18%，經(jīng)處理的棉織物紫外線穿透峰值為16%。綜合比較，經(jīng)處理的棉織物比未處理的棉織物UPF值更高，且紫外線穿透峰值更低。請結(jié)合參閱圖1和圖2，可以看出織物經(jīng)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的制備方法所獲得的 0. 5%二氧化鈦處理后，UPF值增加且紫外線穿透峰值減小，說明織物防紫外線的特性得以提高。這是因?yàn)榧{米級二氧化鈦顆?？梢詮?qiáng)烈地吸收和反射紫外線。實(shí)施本發(fā)明提供的用于防紫外線紡織品的中性二氧化鈦溶膠的制備方法，具有以下有益效果制備的過程在水溶液中進(jìn)行，不使用腐蝕性溶劑，并且無需高溫?zé)崽幚?，也無需高壓，因此過程環(huán)境友好、節(jié)省成本；制備的產(chǎn)品為中性二氧化鈦溶膠，處于穩(wěn)定的分散狀態(tài)， 并且可以用在低耐酸的材料上，比如紡織品、塑料、木材、紙張，因此產(chǎn)品狀態(tài)更穩(wěn)定、應(yīng)用更廣泛。以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于防紫外線紡織品的中性二氧化鈦溶膠的制備方法，其特征在于，包括以下步驟1)將鈦基原料添加到包含有機(jī)酸催化劑的水溶液中；2)對所述水溶液進(jìn)行熱處理來激活膠溶反應(yīng)，從而制備酸性二氧化鈦膠溶液；3)用堿中和所述酸性二氧化鈦膠溶液，從而獲得中性范圍內(nèi)的二氧化鈦溶膠。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于防紫外線紡織品的中性二氧化鈦溶膠的制備方法，其特征在于，所述步驟1)中的所述有機(jī)酸催化劑為乳酸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于防紫外線紡織品的中性二氧化鈦溶膠的制備方法，其特征在于，所述步驟1)中的所述鈦基原料選自族中的一個(gè)或多個(gè)復(fù)合物，且所述族包括四乙氧基鈦、四異丙氧基鈦、四丁氧基鈦、氯化鈦、硫酸鈦和鹽基性硫酸鈦。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于防紫外線紡織品的中性二氧化鈦溶膠的制備方法，其特征在于，所述步驟2~)中所述制備酸性二氧化鈦膠溶液的膠溶反應(yīng)在90-100°C的溫度中進(jìn)行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于防紫外線紡織品的中性二氧化鈦溶膠的制備方法，其特征在于，所述步驟幻中的所述堿選自無機(jī)堿和有機(jī)堿。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備方法所制備的用于防紫外線紡織品的中性二氧化鈦溶膠， 其特征在于，包含重量百分比為1-20%的二氧化鈦膠體顆粒。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種二氧化鈦溶膠的制備方法，尤其涉及一種用于防紫外線紡織品的中性二氧化鈦溶膠的制備方法，包括以下步驟1)將鈦基原料添加到包含有機(jī)酸催化劑，比如乳酸的水溶液中；2)對所述水溶液進(jìn)行比如90-100℃的熱處理來激活膠溶反應(yīng)，從而制備酸性二氧化鈦膠溶液；3)用堿中和所述酸性二氧化鈦膠溶液，從而獲得中性范圍內(nèi)的二氧化鈦溶膠。本發(fā)明提供的制備方法帶來有益效果制備的過程環(huán)境友好、節(jié)省成本，制備的產(chǎn)品狀態(tài)更穩(wěn)定、應(yīng)用更廣泛。
文檔編號(hào)C01G23/053GK102442698SQ201010505599
公開日2012年5月9日 申請日期2010年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月13日
發(fā)明者忻浩忠, 王曉文, 齊開宏 申請人:香港理工大學(xué)