一種凹凸棒石紫外線阻隔材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于納米材料和無機非金屬材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種制備凹凸棒石紫 外線阻隔材料的方法，具體是指在凹凸棒石表面負載納米二氧化鈦和納米氧化鋅的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于太陽輻射出來的光線中，存在有大約5%的波長200~400nm的紫外線（簡稱 UV)。太陽光中的紫外線，按其波長可以分為：320~400nm的長波紫外線（簡稱UVA)，280~ 320nm的中波紫外線（簡稱UVB)以及波長為200~280nm的短波紫外線（簡稱UVC)。UVC 由于在大氣外層已基本被吸收，對人類影響不大。UVB和UVA是對地球生物造成傷害和導(dǎo)致 戶外有機高分子材料老化、變色與力學(xué)性能下降的根本原因。納米氧化鋅和納米二氧化鈦 是兩種廣泛使用的無機紫外防護劑，但它們對UVA和UVB的屏蔽能力是有差異的，納米二氧 化鈦阻隔UVB的效果非常好，但對UVA的屏蔽效果欠佳；納米氧化鋅對UVB的屏蔽效果不理 想，但其阻隔UVA效果優(yōu)于納米二氧化鈦。為了能夠有效阻隔UVA和UVB，達到全波段紫外 防護的目的，在防曬化妝品和有機高分子材料中常常需要同時添加納米二氧化鈦和納米氧 化鋅。
[0003] 納米二氧化鈦和納米氧化鋅均屬于無機材料，由于納米粒子的粒徑小、比表面積 大和表面能高，納米二氧化鈦和納米氧化鋅復(fù)合粉體添加到高分子材料中，會存在不同程 度的團聚現(xiàn)象；并且納米復(fù)合材料的長徑比小，不僅對高分子材料的補強效果欠佳，而且納 米無機材料的加入本身也會對高分子基體材料的力學(xué)性能產(chǎn)生負面影響，因此在加入高分 子基體材料前，對納米粉體顆粒的改性勢在必行。
[0004] 凹凸棒石也稱坡縷石，是一種層鏈狀結(jié)構(gòu)的富鎂硅酸鹽粘土礦物，凹凸棒石晶體 直徑20~50nm，長0. 5~5 ym，是天然的一維納米材料。對有機高分子材料具有優(yōu)異的補 強效果，且具有優(yōu)異的膠體性能和吸附性能。目前，在凹凸棒石同時負載納米二氧化鈦和納 米氧化鋅復(fù)合粒子，并用于紫外線阻隔的研宄還未見報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種對有機高分子材料 具有優(yōu)異的補強效果，可以同時屏蔽UVA和UVB的全波段紫外線阻隔材料的制備方法。本 發(fā)明的思路是利用凹凸棒石的表面羥基性質(zhì)、電性質(zhì)和膠體性質(zhì)，將納米氧化鋅和金紅石 型納米二氧化鈦牢固負載在凹凸棒石表面，低成本地獲得高分散的凹凸棒石紫外線阻隔新 材料。
[0006] 本發(fā)明所述的凹凸棒石紫外線阻隔材料的具體制備方法，包括以下步驟：
[0007] (1)在5~35°C下向1~3mol .L 1喊溶液中加入0? 5~3mol .L 1欽鹽水溶液至 pH值為7. 0,過濾，并用去離子水洗滌除去濾餅中離子，制得二氧化鈦水合物濾餅，
[0008] 其中，堿溶液為氫氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液和氨水溶液中的一種，鈦鹽為四氯化 鈦、硫酸鈦和硫酸氧鈦中的一種；
[0009] (2)向凹凸棒石中加入的鹽酸溶液或硝酸溶液，配制成氫離子濃度為0.3~ 1. 5mol ? L-1、凹凸棒石含量為40~120克/升的懸浮液，升溫到88~100°C保溫反應(yīng)1~ 6小時，降溫至0~25°C，加入步驟（1)所得的二氧化鈦水合物濾餅，保溫反應(yīng)48~240小 時，再于攪拌狀態(tài)下加入偏鋅酸鈉（Na 2Zn02)固體至體系的pH值為6. 0~7. 5,繼續(xù)攪拌反 應(yīng)1~3小時，過濾，并用去離子水洗滌除去濾餅中離子，
[0010] 二氧化鈦水合物濾餅與凹凸棒石的質(zhì)量比（二氧化鈦：凹凸棒石）為0.32~1:1， 二氧化鈦的質(zhì)量以步驟1中鈦鹽完全反應(yīng)生成的二氧化鈦計；
[0011] (3)將步驟⑵所得濾餅干燥，然后在400~600°C下熱處理0. 4~5小時，制得 凹凸棒石紫外線阻隔材料。
[0012] 本發(fā)明的有益效果在于：
[0013] 1、納米二氧化鈦和納米氧化鋅粒子均勻負載在凹凸棒石單晶表面，解決了納米二 氧化鈦和納米氧化鋅粒子的團聚問題；由于凹凸棒石具有優(yōu)異膠體性能，制備的凹凸棒石 紫外線阻隔材料在涂料、化妝品等體系中具有良好的分散性。
[0014] 2、制備的凹凸棒石紫外線阻隔材料兼具納米二氧化鈦和納米氧化鋅的雙重性能 對UVA和UVB的均具有良好的屏蔽性能。
[0015] 3、對于由二氧化鈦與氧化鋅組成的二元混合物，當(dāng)煅燒溫度高于450°C時，二氧化 鈦會與氧化鋅之間發(fā)生固相反應(yīng)而產(chǎn)生鈦酸鋅。本發(fā)明中采用凹凸棒石有效抑制了納米二 氧化鈦和納米氧化鋅的化學(xué)反應(yīng)活性，在熱處理溫度達到600°C時，凹凸棒石紫外線阻隔材 料中仍不會出現(xiàn)鈦酸鋅。
[0016] 4、凹凸棒石紫外線阻隔材料具有凹凸棒石的一維納米結(jié)構(gòu)，兼具凹凸棒石、納米 二氧化鈦和氧化鋅的物化性能，擁有紫外線屏蔽和增強增韌多種功能。
【具體實施方式】
[0017] 實施例1
[0018] 1、控制反應(yīng)溫度為35°C，一邊攪拌，一邊向0. 8升2mol ? L-1的NaOH水溶液中緩 慢滴加lmol ? I71的四氯化鈦水溶液0. 4升，反應(yīng)結(jié)束后體系的pH值為7. 0,將反應(yīng)生成的 二氧化鈦水合物過濾，并用去離子水洗滌除去可溶性鹽，得到二氧化鈦水合物濾餅；
[0019] 2、向100克凹凸棒石中加入的鹽酸溶液，配制成氫離子濃度為1. 5mol噸4且凹凸 棒石含量為80克/升的懸浮液1. 25升，升溫到96°C保溫反應(yīng)3小時，降溫至10°C，加入步 驟1所得的二氧化鈦水合物濾餅，保溫反應(yīng)120小時，加入固體偏鋅酸鈉至體系的pH值為 6. 5,繼續(xù)反應(yīng)2小時，過濾，并用去離子水洗滌除去濾餅中離子；
[0020] 3、將步驟2所得濾餅在120°C下鼓風(fēng)干燥3小時，然后在馬弗爐中500°C下煅燒1 小時，制得凹凸棒石紫外線阻隔材料，其中納米二氧化鈦的晶型為金紅石，二氧化鈦與凹凸 棒石的質(zhì)量比為〇. 32:1，氧化鋅與凹凸棒石的質(zhì)量比為0. 76:1。
[0021] 實施例2
[0022] 1、控制反應(yīng)溫度為25°C，一邊攪拌，一邊向4升lmol ? L-1的NaOH水溶液中緩慢 滴加0. 5mol ? I71的四氯化鈦水溶液2升，反應(yīng)結(jié)束后體系的pH值為7. 0,將反應(yīng)生成的二 氧化鈦水合物過濾，并用去離子水洗滌除去可溶性鹽，得到二氧化鈦水合物濾餅；
[0023]2、向100克凹凸棒石中加入的鹽酸溶液，配制成氫離子濃度為0. 3mol七1且凹凸 棒石含量為40克/升的懸浮液2升，升溫到88°C保溫反應(yīng)6小時，降溫至0°C，加入步驟1 所得的二氧化鈦水合物濾餅，在〇°C下保溫反應(yīng)240小時，加入偏鋅酸鈉固體至體系的pH值 為7. 5,繼續(xù)反應(yīng)3小時，過濾，并用去離子水洗滌除去濾餅中離子；
[0024] 3、將步驟2所得濾餅在100°C下鼓風(fēng)干燥6小時，然后在馬弗爐中400°C下煅燒5 小時，制得凹凸棒石紫外線阻隔材料，其中納米二氧化鈦的晶型為金紅石，二氧化鈦與凹凸 棒石的質(zhì)量比為〇. 8:1，氧化鋅與凹凸棒石的質(zhì)量比為0. 24:1。
[0025] 實施例3
[0026]1、控制反應(yīng)溫度為5 °C，一邊攪拌，一邊向2升3mo 1 ? I71的NaOH水溶液中緩慢滴 加3mol ? I71的四氯化鈦水溶液0. 5升，反應(yīng)結(jié)束后體系的pH值為7. 0,將反應(yīng)生成的二氧 化鈦水合物過濾，并用去離子水洗滌除去可溶性鹽，得到二氧化鈦水合物濾餅。
[0027] 2、向120克凹凸棒石中加入的鹽酸溶液，配制成氫離子濃度為lmol七1且凹凸棒 石含量為120克/升的懸浮液1升，升溫到100°C保溫反應(yīng)1小時，降溫至25°C，加入步驟 1所得的二氧化鈦水合物濾餅，在25°C下保溫反應(yīng)48小時，加入偏鋅酸鈉固體至體系的pH 值為6. 0,繼續(xù)反應(yīng)1小時，過濾，并用去離子水洗滌除去濾餅中離子；
[0028] 3、將步驟2所得濾餅在110°C下鼓風(fēng)干燥5小時