专利名称：一种水性纳米浆料的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种水性纳米浓縮浆料的制备方法，属于功能纳米材料制备领域。
背景技术：
纳米氧化物是目前研究较多的纳米无机功能材料之一，它具有很强的光催 化作用、抗菌性以及紫外线屏蔽性能，广泛应用于防晒化妆品、织物、涂料、 塑料、橡胶、废水处理等领域。但纳米微粒比表面积大，表面能髙，处于热力 学的非稳定态，在液相介质中受范德华力的作用极易发生团聚，将严重影响纳 米材料的应用及性能，从而限制了其推广使用。众所周知，纳米材料的分散常常 离不开化学改性，即通过可与颗粒表面基团发生化学作用的反应性有机物来修 饰纳米颗粒表面，增强纳米颗粒在介质中的分散，通常的方法有三种偶联剂 法、酯化反应法和聚合物包覆法。其中，偶联剂法对于表面含有羟基的无机纳 米颗粒最有效，而硅垸偶联剂是研究最早、应用最广的偶联剂之一，在纳米氧 化锌、氧化硅、氧化钛改性方面取得了显著的效果。目前，许多研究者是在有 机溶剂中采用硅垸偶联剂对无机材料进行有机表面改性。如在文献[Wiley Interscience， 2008，102中，公开了 一种采用硅垸偶联剂对氧化硅进行表面改性 的方法；文献[Applied Surface Science, 2003， 217]采用硅烷偶联剂对氧化钛进 行表面改性。在有机溶剂中进行表面改性主要存在以下不足第一是在有机溶 剂如甲苯、丙酮或乙醇中采用硅垸偶联剂对无机材料进行有机表面改性，其成 本髙、污染大、不便于工业化生产，而且由于无机材料表面呈极性，在有机溶 剂中很难分散，实际上有机表面改性剂大都反应或附着在纳米粒子的团聚体上， 严重影响改性效果；第二是因为无机粒子所吸附的羟基不稳定，故改性效果并 不十分理想，不利于长时间储存；第三是改性后的纳米粒子表面为疏水性，不适 合在水中分散，在应用尤其是纺织领域应用上受到很大限制。因此探索更简单、 更有效的纳米材料分散技术具有重要意义。
发明内容为了克服背景技术所存在的不足，本发明的目的在于提供一种具有高分散 稳定性及与织物具有良好的结合性的水性纳米浆料的制备方法。实现上述发明目的的技术方案是提供一种水性纳米浆料的制备方法，其步 骤包括(1) 将纳米微粒在超声波作用下于有机溶剂中洗涤，经过滤、烘干后去除 其表面杂质；所述的有机溶剂为乙醇、丙酮或三氯甲垸；(2) 将纳米微粒与多羟基化合物按质量比1: 1 10: l混合，在球磨机中 球磨处理0.5 2小时，得到纳米微粒表面充分活化的纳米浆；(3) 将硅烷偶联剂溶解在乙醇中，制备成质量浓度为0.5 5%的溶液，加 入到上述纳米浆中，用弱酸或弱碱为pH值调节剂，调节pH值为3 10，再球磨 处理0.5 3小时，得到一种水性纳米浆料。所述的纳米微粒为金属或非金属元素的固态氧化物，粒度为10 100nm。 所述的多羟基化合物为丙三醇、三羟甲基己烷、三羟甲基丙烷、季戊四醇、 二乙醇胺或三乙醇胺；所述的弱酸或弱碱pH值调节剂为乙酸、乙酸钠、碳酸钠、 碳酸氢钠中的一种，或它们的混合物。本发明针对现有技术中采用硅烷偶联剂对纳米粒子改性处理所存在的不足， 以多羟基化合物为桥基，对纳米颗粒表面预先进行修饰，增加纳米粒子表面的 羟基基团，提高其在水性介质中的分散性，再在水介质中采用球磨工艺实施硅烷 偶联剂改性，可直接制备出分散稳定的水性纳米浓縮浆料。以氧化钛为例，其 反应机理如下式所示拳与现有技术相比，本发明的突出优点是1.纳米浓缩浆料的分散介质为水，无污染，特别适合纺织领域中的应用。2. 纳米浓縮浆具有髙分散稳定性以及与织物髙结合性，无需使用其它黏合 剂即可牢固附着在织物上，经稀释后可直接使用。3. 纳米浓縮浆料与其他助剂具有较好的相容性，可配合使用。
图l是本发明实施例l所制备的水性纳米浆料的透射电镜图；图2是本发明实施例1所制备的水性纳米浆料的激光粒度分析图；图3是采用经稀释的水性纳米浆料对织物进行处理后的扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。实施例1本实施例技术方案具体步骤如下将15g纳米Ti02微粒在超声波作用下于乙醇溶剂中洗涤，过滤，烘干，以 去除纳米微粒表面杂质；然后将10g洗涤后的纳米TiO2分散在100mL含2g三乙醇 胺的水中，在XQM-2L型行星式球磨机中球磨0.5h，然后在髙速搅拌下加入含2% 偶联剂KH-560的乙醇溶液，用碳酸氢钠调节pH值在9 10，继续球磨0.5h即得纳 米二氧化钕含量为100g/L的水性纳米浓缩浆。5g棉织物在处理前预先在碱性皂液中洗涤以去除表面杂质，然后取一定量 上述二氧化钛水性纳米浓縮浆、柔软剂、水等配制成含二氧化钛10g/L的织物 整理液，采用织物整理常规工艺即轧一烘一焙工艺处理织物，即经过浸轧处理， 控制带液率为90%,浸轧处理后的织物再经过2min, 90"预烘和2min， 140匸 焙烘处理，皂洗后即得纳米功能织物。参见附图1,按本实施例所述的加工方法制得的纳米浓缩浆的透射电镜图。 由透射电镜图象可知，纳米浓縮浆中的呈高度分散状态，微粒基本上是以单个 粒子形式均匀存在，少量的团聚体结构比较松散，局部粒子排列成单链状。参见附图2，按本实施例所述的加工方法制得的纳米浓縮浆的激光粒度分 析图。由粒度分析可知，纳米浓缩浆中的纳米粒子粒径分布窄，只有一个峰， 平均粒径为61. 25nm。将上述纳米浓縮浆料稀释后对织物进行处理，参见附图3，它是该织物的扫描电镜图。由图3可以看到，织物表面呈现均匀而细小的纳米粒子，大小与 透射电镜图中一致。实施例2将10g纳米ZnO微粒在超声波作用下于丙酮溶剂中洗涤，过滤，烘干，以去 除纳米微粒表面杂质；然后将7g洗涤后的纳米ZnO分散在100迈L含lg三羟甲基己 垸的水中，在XQM-2L型行星式球磨机中球磨0. 5h,然后在高速搅拌下加入含29t 偶联剂KH-550的乙醇溶液，用碳酸钠和碳酸氢钠调节pH值在8 9,继续球磨0.5h 即得纳米ZnO含量为70g/L的水性纳米浓縮浆。实施例3将10g纳米Si02微粒在超声波作用下于乙醇溶剂中洗涤，过滤，烘干，以 去除纳米微粒表面杂质；然后将8g洗涤后的纳米Si02分散在100mL含2.5g丙 三醇的水中，在XQM-2L型行星式球磨机中球磨0.5h，然后在高速搅拌下加入 含2.5%偶联剂KH-602的乙醇溶液，用乙酸和乙酸钠调节pH值在4 5,继续球 磨0.5h即得纳米Si02含量为80g/L的水性纳米浓縮桨。权利要求
1.一种水性纳米浆料的制备方法，其特征在于步骤包括(1)将纳米微粒在超声波作用下于有机溶剂中洗涤，经过滤、烘干后去除其表面杂质；所述的有机溶剂为乙醇、丙酮或三氯甲烷；(2)将纳米微粒与多羟基化合物按质量比1∶1～10∶1混合，在球磨机中球磨处理0.5～2小时，得到纳米微粒表面充分活化的纳米浆；(3)将硅烷偶联剂溶解在乙醇中，制备成质量浓度为0.5～5％的溶液，加入到上述纳米浆中，用弱酸或弱碱为pH值调节剂，调节pH值为3～10，再球磨处理0.5～3小时，得到一种水性纳米浆料。
2. 根据权利要求l所述的一种水性纳米浆料的制备方法，其特征在于所 述的纳米微粒为金属或非金属元素的固态氧化物，粒度为10 100n迈。
3. 根据权利要求l所述的一种水性纳米浆料的制备方法，其特征在于所 述的多羟基化合物为丙三醇、三羟甲基己烷、三羟甲基丙烷、季戊四醇、二乙 醇胺或三乙醇胺。
4.根据权利要求1所述的一种水性纳米浆料的制备方法，其特征在于所 述的弱酸或弱碱pH值调节剂为乙酸、乙酸钠、碳酸钠、碳酸氢钠或它们的混合物。
全文摘要
本发明公开了一种水性纳米浆料的制备方法。它以多羟基化合物为桥基，对纳米颗粒表面先进行修饰，增加纳米粒子表面的羟基基团，提高其在水性介质中的分散性，然后在水介质中采用球磨工艺实施硅烷偶联剂改性，可直接制备出浓度为80～100g/L的分散稳定的水性纳米浓缩浆。该浆料稀释后可直接用于纺织品的后整理工艺，赋予纺织品牢固的纳米功能。该发明解决了目前纳米粉体在纺织领域应用中的分散问题以及与织物的结合问题，拓展了纳米材料在纺织领域的应用。
文档编号D06M11/00GK101654862SQ20091003433
公开日2010年2月24日 申请日期2009年8月24日 优先权日2009年8月24日
发明者卢红蓉, 王作山, 敏 郑 申请人:苏州大学