专利名称：一种制备纳米二氧化钛微粉的方法
技术领域：
本发明涉及一种制备纳米二氧化钛微粉的方法。
目前广泛用于工业化生产纳米二氧化钛微粉的方法主要为TiCl4和TiOSO4液相水解法和液相中和法，但这两种方法生成沉淀后，由于纳米二氧化钛粒子细小，比表面积大，表面能高，干燥和煅烧过程易引起粒子团聚，特别是硬团聚，使产品的分散性变差，影响产品的使用效果和应用范围，因此必须对超细二氧化钛进行表面处理以提高其分散性。
本发明的目的是提供一种使二氧化钛在悬乳液状态中进行包膜处理以减少粒子团聚的制备纳米二氧化钛的方法。
为达到上述目的，本发明一种制备纳米二氧化钛微粉的方法主要有如下步骤1)酸溶以二氧化钛水合物为原料加入酸进行胶溶，使PH值小于1.5；2)表面活化处理加入一种或者几种表面活性剂进行表面处理，表面活性剂的总加入量为二氧化钛重量的0.01％-20％；3)中和聚沉加中和剂，控制其PH值在5-8的范围内，使胶粒聚沉；4)洗涤并配制成二氧化钛重量浓度为3-30％的悬乳液；5)包膜处理充分分散后加入硅酸盐或者铝酸盐溶液，再经充分分散后添加中和剂使体系PH值为5-9；6)洗涤并配制成二氧化钛重量浓度为3-30％的悬乳液；7)干燥干燥温度为250℃-800℃，干燥时间为1-6小时，控制不同的温度和时间得到非晶型、锐钛型、混晶型或金红石型纳米二氧化钛微粉体。
本发明的优选方案为酸溶时加入的酸为盐酸、硝酸或者硫酸，使二氧化钛水合物解聚成带正电荷的胶体粒子。
表面活化处理添加地二氧化钛重量的0.3-10％的阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂或者水溶性的高分子聚合物后，搅拌或者静置60-600分钟，当加入中和剂使其胶粒聚沉后，进行洗涤除去杂质离子并进行过滤，并将滤饼配制成悬乳液。
中和聚沉时中和剂为氢氧化钠、碳酸钠、醋酸钠、氢氧化钾、硫酸钾、氨水或氨气。
阴离子表面活性剂为月桂酸钠、十二烷基苯磺酸钠、硬脂酸钾、硬脂酸钠、十二烷基硫酸钠、聚氧乙烯月桂醚硫酸钠，非离子表面活性剂为聚氧乙烯醚系列，水溶性高分子聚合物为吐温和聚乙二醇、聚乙烯醇、聚丙烯酸、明胶、羟乙基纤维素。
包膜时分别滴加SiO2占TiO2重量0-50％硅酸盐溶液或者Al2O3占TiO2重量0-40％的铝酸盐溶液，中和剂为锌盐、铝盐、锡盐、锑盐或锆盐等强酸弱碱盐。
包膜时分散时间为0.5-10小时，使其达到充分的包覆效果，以减少粒子的团聚。
每个洗涤过程为洗涤到滤液的电导率小于300μs/cm。
采用了如上的制备方法，在制备纳米级二氧化钛的过程中进行表面无机处理，使无机包覆物的离子通过热扩散渗透到纳米级二氧化钛的晶格中，提高了纳米二氧化钛的分散性和耐候性。
下面通过实施例对本发明作进一步地说明。
实施例1由Ti(SO4)2加碱中和制得TiO2水合物(折合TiO2400g)，加浓硝酸(分析纯，65.0-68.0％)55ml，加热搅拌使TiO2水合物变成带正电的胶体；加入月桂酸钠4g(溶解后加入)，搅拌或静置300分钟，加入重量浓度为10％的氢氧化钠溶液，把体系的PH值调至7.0，使胶粒聚沉。过滤、洗涤4次，使滤液的电导率小于300μs/cm，向滤饼中加入去离子水，配制成TiO2重量浓度为10％的悬乳液，充分分散后，向分散体系中滴加SiO2占TiO2重量4％硅酸钠溶液，充分分散1小时，再向分散体系中滴加重量百分比含量为5％的Al(NO3)3溶液中和至体系的PH值为5.4。洗涤4次，使滤液的电导率小于300μs/cm，除去杂质离子。向滤饼中加入去离子水，配制成TiO2重量浓度为15％的悬浮液，喷雾干燥。喷雾干燥后，250℃下鼓风干燥6小时，便得到平均原始粒径为5nm左右、比表面积为300m2/g以上的非晶型纳米级TiO2粉体。喷雾干燥后，如果在420℃下鼓风干燥4小时，便得到平均原始粒径为10nm左右、比表面积为150m2/g以上的锐钛型纳米级TiO2粉体。喷雾干燥后，如果在700℃下煅烧2小时，便得到平均原始粒径为25nm左右、比表面积为90m2/g以上的混晶型纳米级TiO2粉体。喷雾干燥后，如果在750℃下煅烧2小时，便得到平均原始粒径为40nm左右、比表面积为65m2/g以上的金红石型纳米级TiO2粉体。
实施例2由工业钛液经水解制得TiO2水合物(折合TiO2400g)，加浓盐酸(分析纯，36.0-38.0％)65ml，加热搅拌使TiO2水合物变成带正电的胶体；加入硬脂酸钾6g和吐温—40(酸值≤2，皂化值40—50)5g(溶解后加入)，搅拌或静置300分钟，加入重量浓度为5％的稀氨水，把体系的PH值调至6.5，使胶粒聚沉。过滤、洗涤4次，使滤液的电导率小于300μs/cm，向滤饼中加入去离子水，配制成TiO2重量浓度为10％的悬浮液，充分分散后，向分散体系中滴加SiO2占TiO2重量4％硅酸钠溶液和Al2O3占TiO2重量5％的铝酸钠溶液，充分分散1小时，再向分散体滴加重量百分比含量为5％的Zn(NO3)3溶液中和至体系的PH值为7.0。洗涤4次，使滤液的电导率小于300μs/cm。向滤饼中加入去离子水，配制成TiO2重量浓度为18％的悬浮液，喷雾干燥，250℃下鼓风干燥6小时，便得到平均原始粒径为5nm左右、比表面积为350m2/g以上的非晶型纳米级TiO2粉体。喷雾干燥后，如果在400℃下鼓风干燥4小时，便得到平均原始粒径为10nm左右、比表面积为180m2/g以上的锐钛型纳米级TiO2粉体。喷雾干燥后，如果在600℃下煅烧2小时，便得到平均原始粒径为20nm左右、比表面积为100m2/g以上的混晶型纳米级TiO2粉体。喷雾干燥后，如果在700℃下煅烧2小时，便得到平均原始粒径为30nm左右、比表面积为80m2/g以上的金红石型纳米级TiO2粉体。
实施例3由TiCl4加入碱性溶液制得TiO2水合物(折合TiO2400g)，加浓盐酸(分析纯，36.0-38.0％)65ml，加热搅拌使TiO2水合物变成带正电的胶体；加入聚氧乙烯月桂醚硫酸钠10g，搅拌或静置300分钟，加入稀氨水，把体系的PH值调至6.5，使胶粒聚沉。过滤、洗涤4次，使滤液的电导率小于300μs/cm，向滤饼中加入去离子水，配制成TiO2重量浓度为10％的悬乳液，充分分散后，向分散体系中滴加SiO2占TiO2重量4％硅酸钠溶液和Al2O3占TiO2重量2.5％的铝酸钠溶液，充分分散1小时，再向分散体滴加重量百分比含量为5％的ZnCl2溶液中和至体系的PH值为7.0。洗涤4次，使滤液的电导率小于300μs/cm，除去杂质离子。向滤饼中加入去离子水，配制成TiO2重量浓度为15％的悬浮液，喷雾干燥，如果在450℃下鼓风干燥4小时，便得到平均原始粒径为20nm左右、比表面积为110m2/g以上的金红石型纳米级TiO2粉体。
权利要求
1.一种制备纳米二氧化钛微粉的方法主要有如下步骤1)酸溶以二氧化钛水合物为原料加入酸进行胶溶，使PH值小于1.5；2)表面活化处理加入一种或者几种表面活性剂进行表面处理，表面活性剂的总加入量为二氧化钛重量的0.01％-20％；3)中和聚沉加中和剂，控制其PH值在5-8的范围内，使胶粒聚沉；4)洗涤并配制成二氧化钛重量浓度为3-30％的悬乳液；5)包膜处理充分分散后加入硅酸盐或铝酸盐溶液，再经充分分散后添加中和剂使体系PH值为5-9；6)洗涤并配制成二氧化钛重量浓度为3-30％的悬乳液。7)干燥干燥温度为250℃-800℃，干燥时间为1-6小时，控制不同的温度和时间得到非晶型、锐钛型、混晶型或金红石型纳米二氧化钛微粉。
2.根据权利要求1所述的一种制备纳米二氧化钛微粉的方法，其特征在于酸溶时加入的酸为盐酸、硝酸或者硫酸，使二氧化钛水合物解聚成带正电荷的胶体粒子。
3.根据权利要求1所述的一种制备纳米二氧化钛微粉的方法，其特征在于对胶体粒子进行表面活化处理，处理时添加阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂或者水溶性的高分子聚合物后，搅拌或者静置60-600分钟。
4.根据权利要求3所述的一种制备纳米二氧化钛微粉的方法，其特征在于阴离子表面活性剂为月桂酸钠、十二烷基苯磺酸钠、硬脂酸钾、硬脂酸钠、十二烷基硫酸钠、聚氧乙烯月桂醚硫酸钠等，非离子表面活性剂为吐温系列和聚氧乙烯醚系列，水溶性高分子聚合物为聚乙二醇、聚丙烯酸、聚乙烯醇、明胶、羟乙基纤维素等。
5.根据权利要求1所述的一种制备纳米二氧化钛微粉的方法，其特征在于中和聚沉时中和剂为氢氧化钠、碳酸钠、醋酸钠、氢氧化钾、碳酸钾、氨水、氨气。
6.根据权利要求1所述的一种制备纳米二氧化钛微粉的方法，其特征在于包膜时分别滴加SiO2占TiO2重量1-50％硅酸盐溶液或者Al2O3占TiO2重量1-40％的铝酸盐溶液，中和剂为锌盐、铝盐、锡盐、锑盐或锆盐等强酸弱碱盐。
7.据权利要求1所述的一种制备纳米二氧化钛微粉的方法，其特征在于包膜时分散时间为0.5-10小时。
8.根据权利要求7所述的一种制备纳米二氧化钛微粉的方法，其特征在于包膜分散时间为1-4小时。
9.根据权利要求1所述的一种制备纳米二氧化钛微粉的方法，其特征在于每个洗涤过程为洗涤到滤液的电导率小于300μs/cm。
10.根据权利要求1所述的一种制备纳米二氧化钛微粉的方法，其特征在于表面活性剂的总加入量为二氧化钛重量的0.3—10％。
全文摘要
本发明公开了一种使二氧化钛在悬浮液状态中进行包膜处理制备纳米二氧化钛的方法,它的主要步骤为酸溶、表面活化处理、中和聚沉、洗涤过滤、包膜处理、洗涤过滤和干燥煅烧,在制粉的过程中进行无机表面处理,使无机包覆物的离子通过热扩散渗透到纳米级二氧化钛的晶格中,提高了纳米二氧化钛的分散性和耐候性,应用于工业液相法制备纳米二氧化钛。
文档编号C01G23/047GK1328962SQ0011234
公开日2002年1月2日 申请日期2000年6月15日 优先权日2000年6月15日
发明者姚超, 朱毅青, 李晓男, 吴建军 申请人:泰兴纳米材料厂