專利名稱：抗紫外納米氧化鋅復合粉體的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種抗紫外納米氧化鋅復合粉體的制備方法，屬抗紫外無機-有機復合粉體材料制備工藝技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
眾所周知，納米氧化鋅、二氧化鈦、氧化鐵紅都可作為紫外線屏蔽劑的無機化合物；特別是納米氧化鋅，因其本身為白色、著色簡單，且吸收紫外線能力強，對UVA、UB和UVC均有屏蔽作用，因而得到廣泛應(yīng)用。另外納米氧化鋅還是優(yōu)良的抗老做在以明顯提高涂料、油漆、纖維、薄膜的耐老化性能，是一種極具潛力的抗紫外老化劑。
但是納米氧化鋅粒子表面能高，處于熱力學非穩(wěn)定狀態(tài)，極易發(fā)生團聚；且粒子表面親水疏油，與化妝品、涂料、油漆、纖維、薄膜等材料中有機基體相容性差，因此，必須對其進行表面改性，更好地發(fā)揮納米氧化鋅在化妝品、涂料、油漆、纖維、薄膜等材料中的抗老化抗紫外作用。
關(guān)于納米氧化鋅復合粉體的制備，曾有一些專利文獻資料作過報道，例如美國專利US5486631，公開了一種有機硅聚對性納米氧化鋅的方法，得到了穩(wěn)定的、親油性的復合粉體，但該方法采用單一物質(zhì)包覆，制得的復合粉體其光催化性能較強，限制了其使用范圍，另外該工藝也較復雜。
中國專利CN1398923，該專利公開了一種改性的超細氧化鋅及其制備方法，其中改性的超細氧化鋅是在堿法生產(chǎn)的蒸氨過程中或制得氧化鋅之后添加表面改性劑或新型聚合物分散劑、或兩性結(jié)構(gòu)的偶聯(lián)劑獲得改性的超細氧化鋅，但是它采用單一物質(zhì)包覆，限制了氧化鋅的實際應(yīng)用效果。
中國專利CN1260366，該專利報道了采用超聲微乳液法制備納米氧化鋅紫外線屏蔽材料，通過經(jīng)氧化鎂摻雜的納米氧化鋅表面包覆非離子表面活性劑改性而制成，該法采用超聲微乳液法，成本高，難以大規(guī)模生產(chǎn)。
中國專利CN1657415，報道了將納米氧化鋅晶粒與表面改性劑，有機溶劑、分散劑通過球磨混合分散，再在微波輻照下進行納米氧化鋅的改性，得到納米氧化鋅粉體。該方法采用有機溶劑，增加成本，且易造成污染；球磨混合分散也難以得到均勻的、粒徑可控的復合粉體；微波輻照也限制了該方法的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
中國專利CN1246443，公開了一種表面包覆金屬鈦或鋁化合物的納米氧化鋅粉體及制備方法，其制得的粉體具有優(yōu)異的紫外線吸收特性，同時可見光反射率高。但是它很難在親油性基體中均勻分散。
中國專利CN1659223A，公開了一種包含表面曾水的涂有二氧化硅的氧化鋅細顆粒粉體的制備方法，其中粉末平均原始粒度為5～120nm，粒度范圍過于寬廣，使用時難以確定最佳的粒度大?。涣硗膺x用四甲氧基、四乙氧基硅烷等有機溶劑產(chǎn)生硅酸，成本高，并易污染。
上述諸方法大都成本較高，難以大規(guī)模工業(yè)化推廣；這些方法大多采用單一物質(zhì)包覆，不能滿足納米氧化鋅與化妝品、涂料、油漆、纖維、薄膜等材料的油性基質(zhì)穩(wěn)定相容。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種抗紫外納米氧化鋅復合粉體的制備方法。本發(fā)明的又一目的是提供一種具有優(yōu)良疏水性能、光催化活性低，與化妝品、涂料、油漆、纖維、薄膜等材料所用的油性基質(zhì)細分具有廣泛良好相容性的納米氧化鋅復合粉體；該復合粉體具有有效屏蔽紫外線的功能。
本發(fā)明一種抗紫外納米氧化鋅復合粉體的制備方法，其特征在于具有以下的工藝過程和步驟(a)首先將納米氧化鋅粉體和分散劑在一定量的去離子水中高速攪拌分散，制成漿料；氧化鋅漿料的濃度為5～20％；分散劑為聚乙二醇、三乙醇銨、聚乙烯醇、六偏磷酸鈉中的任一種，分散劑的添加量以氧化鋅重量計為氧化鋅重量的1～6％；高速攪拌的轉(zhuǎn)速為2000～7000rpm，攪拌分散時間為10～60分鐘；(b)隨后在上述氧化鋅漿料中加入硅酸鈉或硅酸鉀溶液，其濃度為0.5～3.0mol/L；硅酸鈉或硅酸鉀的用量以二氧化硅與氧化鋅的質(zhì)量分數(shù)比計為1～10％；然后進行攪拌，并升溫至40～80℃，緩慢滴加稀硫酸，調(diào)節(jié)溶液的pH值為8.0～12.0，保持恒溫1～3小時；(c)然后再將有機硅化合物加入于上述溶液中，有機硅化合物選自二甲基硅氧烷、環(huán)氧二甲基硅氧烷、二甲基二苯基聚硅氧烷中的任一種；有機硅化合物的用量以氧化鋅的重量為計算基準，為氧化鋅重量的6～30％；然后進行高速攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速為2000～7000rpm，并在40～80℃下恒溫0.5～2.5小時；然后洗滌，洗滌至無SO42-存在；在60～120℃下干燥10～24小時后，進行粉碎，最終得到納米氧化鋅復合粉體。
上面所述的納米氧化鋅粉體的粒度為10～50nm；所述調(diào)節(jié)pH值的稀硫酸的濃度為10～15％。
本發(fā)明的工藝方法中，由于納米氧化鋅復合粉體中含有二氧化硅涂覆層，使其具有較好的光催化活性抑制作用，降低光催化活性，防止過早老化；以后工序中的進一步進行有機硅改性處理，則有機硅涂霞層可提高納米氧化鋅與化妝品、涂料、油漆、纖維、薄膜等材料所用的有機基體的相容性。所制得的納米氧化鋅復合粉體用作UV屏蔽材料，具有顯著優(yōu)異的長期穩(wěn)定性和低光毒性。
本發(fā)明工藝簡單，成本低廉，易于放大和擴大生產(chǎn)，本發(fā)明制備的納米級氧化鋅復合粉體，其粒徑為10～50nm，比表面積為100～300m2/g，活化指數(shù)為50～100％，對UV紫外屏蔽率達85～99.5％。
具體實施例方式
現(xiàn)將本發(fā)明的實施例具體敘述于后。
實施例1在850ml去離子水中加入2g聚乙二醇分散劑和150g粒徑為10～20nm的氧化鋅，在室溫下高速攪拌均勻并使分散，制成漿料；高速攪拌機的轉(zhuǎn)速為5000rpm，攪拌分散時間為30分鐘。隨后將上述漿料置于2000ml的燒杯中，加入250ml濃度為1mol/L的硅酸鈉溶液，攪拌均勻，并升溫至60℃；然后慢慢滴加濃度為10％的稀硫酸，調(diào)節(jié)溶液的pH值為10，并保持60℃恒溫1小時。然后再加入15g二甲基硅油，進行高速攪拌，在攪拌下于60℃保持恒溫30分鐘；攪拌機轉(zhuǎn)速為5000rpm；然后進行洗滌，用去離子水洗滌至無SO42-離子存在；在120℃溫度下干燥12小時后進行粉碎，最終得到納米氧化鋅復合粉體。
將上述粉體配成0.02％的溶液，超聲分散30分鐘，然后用UV-Vis分光光度計測量其吸光度，測試發(fā)現(xiàn)，其對UVA、UVB、UVC波段的紫外線屏蔽率為99.5％，而可見光幾乎完全透過。
實施例2在1000ml去離子水中加入2g三乙醇銨分散劑和200g粒徑為20～30nm的氧化鋅，在室溫下高速攪拌均勻并使分散，制成漿料；高速攪拌機的轉(zhuǎn)速為5000rpm，攪拌分散時間為1小時。隨后將上述漿料置于2000ml的燒杯中，加入300ml濃度為1mol/L的硅酸鈉溶液，攪拌均勻，并升溫至60℃；然后慢慢滴加濃度為10％的稀硫酸，調(diào)節(jié)溶液的pH值為10，并保持60℃恒溫1小時。然后再加入15g二甲基硅油，進行高速攪拌，在攪拌下于60℃保持恒溫1小時；攪拌機轉(zhuǎn)速為5000rpm；然后進行洗滌，用去離子水洗滌至無SO42-離子存在；在120℃溫度下干燥24小時后進行粉碎，最終得到納米氧化鋅復合粉體。
將上述粉體按0.02％的溶液(重量比)加入至涂料中，用UV-Vis分光光度計測量其吸光度，測試發(fā)現(xiàn)，該涂料對UVA、UVB波段的紫外線屏蔽率為98％，而可見光透過性較好。
實施例3在1000ml去離子水中加入5g聚乙烯醇分散劑和200g粒徑為20～40nm的氧化鋅，在室溫下高速攪拌均勻并使分散，制成漿料；高速攪拌機的轉(zhuǎn)速為5000rpm，攪拌分散時間為40分鐘。隨后將上述漿料置于2000ml的燒杯中，加入300ml濃度為0.5ml/L的硅酸鉀溶液，攪拌均勻，并升溫至80℃；然后慢慢滴加濃度為15％的稀硫酸，調(diào)節(jié)溶液的pH值為9.0，并保持80℃恒溫1.5小時。然后再加入40g二甲基硅油，進行高速攪拌，在攪拌下于80℃保持恒溫1小時；攪拌機轉(zhuǎn)速為3000rpm；然后進行洗滌，用去離子水洗滌至無SO42-離子存在；在120℃溫度下干燥12小時后進行粉碎，最終得到納米氧化鋅復合粉體。
將上述粉體按0.01％(重量比)加入化妝品用漿料中，用UV-Vis分光光度計測量其吸光度，測試發(fā)現(xiàn)，該化妝品漿料對UVA、UVB波段的紫外線屏蔽率為97％，而可見光透過性較好。
實施例4在700ml去離子水中加入10g六偏磷酸鈉分散劑和300g粒徑為30～50nm的氧化鋅，在室溫下高速攪拌均勻并使分散，制成漿料；高速攪拌機的轉(zhuǎn)速為7000rpm，攪拌分散時間為10分鐘。隨后將上述漿料置于2000ml的燒杯中，加入300ml濃度為2mol/L的硅酸鈉溶液，攪拌均勻，并升溫至50℃；然后慢慢滴加濃度為15％的稀硫酸，調(diào)節(jié)溶液的pH值為8.0，并保持50℃恒溫3小時。然后再加入40g二甲基二苯基聚硅氧烷，進行高速攪拌，在攪拌下于50℃保持恒溫1小時，攪拌機轉(zhuǎn)速為7000rpm；然后進行洗滌，用去離子水洗滌至無SO42-離子存在；在120℃溫度下干燥12小時后進行粉碎，最終得到納米氧化鋅復合粉體。
將上述粉體按0.01％(重量比)加入油漆中，用UV-Vis分光光度計測量其吸光度，測試發(fā)現(xiàn)，該油漆對UVA、UVB波段的紫外線屏蔽率為85％，而可見光透過性較差。
實施例5在900ml去離子水中加入60g聚乙二醇分散劑和100g粒徑為20～30nm的氧化鋅，在室溫下高速攪拌均勻并使分散，制成漿料；高速攪拌機的轉(zhuǎn)速為4000rpm，攪拌分散時間為60分鐘。隨后將上述漿料置于2000ml的燒杯中，加入60ml濃度為3mol/L的硅酸鈉溶液，攪拌均勻，并升溫至60℃；然后慢慢滴加濃度為10％的稀硫酸，調(diào)節(jié)溶液的pH值為10，并保持60℃恒溫2小時。然后再加入40g環(huán)氧二甲基硅氧烷，進行高速攪拌，在攪拌下于60℃保持恒溫1小時，攪拌機轉(zhuǎn)速為4000rpm；然后進行洗滌，用去離子水洗滌至無SO42-離子存在；在60℃溫度下干燥24小時后進行粉碎，最終得到納米氧化鋅復合粉體。
將上述粉體按0.01％(重量比)加入涂料中，用UV-Vis分光光度計測量其吸光度，測試發(fā)現(xiàn)，該涂料對UVA、UVB波段的紫外線屏蔽率為97％，而可見光透過性較好。
綜合上述各實施例所制得的納米氧化鋅復合體的檢測和測試，通過復合粉體的透射電鏡照片可知，其粒子分布較均勻，粒徑為10～50nm范圍內(nèi)。其比表面積為100～300m2/g，活化指數(shù)為50～100％。對UV紫外線屏蔽率為85～99.5％。
該復合粉體分散性好，光催化活性較低。它對化妝品、涂料、油漆等所用的有機基料具有很好的相容性，且分散均勻穩(wěn)定，該納米氧化鋅復合粉體可作為抗紫外材料或紫外線屏蔽劑。
權(quán)利要求
1.一種抗紫外納米氧化鋅復合粉體的制備方法，其特征在于具有以下的工藝過程和步驟(a)首先將納米氧化鋅粉體和分散劑在一定量的去離子水中高速攪拌分散，制成漿料；氧化鋅漿料的濃度為5～20％；分散劑為聚乙二醇、三乙醇銨、聚乙烯醇、六偏磷酸鈉中的任一種，分散劑的添加量以氧化鋅重量計為氧化鋅重量的1～6％；高速攪拌的轉(zhuǎn)速為2000～7000rpm，攪拌分散時間為10～60分鐘；(b)隨后在上述氧化鋅漿料中加入硅酸鈉或硅酸鉀溶液，其濃度為0.5～3.0mol/L；硅酸鈉或硅酸鉀的用量以二氧化硅與氧化鋅的質(zhì)量分數(shù)比計為1～10％；然后進行攪拌，并升溫至40～80℃，緩慢滴加稀硫酸，調(diào)節(jié)溶液的pH值為8.0～12.0，保持恒溫1～3小時；(c)然后再將有機硅化合物加入于上述溶液中，有機硅化合物選自二甲基硅氧烷、環(huán)氧二甲基硅氧烷、二甲基二苯基聚硅氧烷中的任一種；有機硅化合物的用量以氧化鋅的重量為計算基準，為氧化鋅重量的6～30％；然后進行高速攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速為2000～7000rpm，并在40～80℃下恒溫0.5～2.5小時；然后洗滌，洗滌至無SO42-存在；在60～120℃下干燥10～24小時后，進行粉碎，最終得到納米氧化鋅復合粉體。
2.如權(quán)利要求1所述的一種抗紫外納米氧化鋅復合粉體的制備方法，其特征在于所述的納米氧化鋅粉體的粒度為10～50nm；所述調(diào)節(jié)pH值的稀硫酸的濃度為10～15％。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種抗紫外納米氧化鋅復合粉體的制備方法。屬抗紫外無機－有機復合粉體材料制備工藝技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明制備方法如下首先將納米氧化鋅粉體和分散劑與去離子水按一定比例配制成分散液，然后以硅酸鹽為原料，通過控制反應(yīng)液的pH值，進行表面二氧化硅改性；然后再在表面進行有機硅改性，經(jīng)洗滌干燥后得到納米氧化鋅復合粉體。本發(fā)明方法工藝簡單，成本低，重復性強，易于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。制得的納米氧化鋅復合粉體其分散性好，粒徑分布均勻，且熱穩(wěn)定性好，化學穩(wěn)定性高，與疏水性基材相容性好，在涂料、化妝品、油漆、纖維、薄膜等需要紫外線屏蔽的領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。
文檔編號C09C1/04GK101024737SQ20071003878
公開日2007年8月29日 申請日期2007年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月29日
發(fā)明者施利毅, 馬書蕊, 馮欣, 張大為, 張劍平 申請人:上海大學, 江門市銀帆化學有限公司