一种无定形TiO2胶体的制备方法

本发明属于无机功能材料制备，特别涉及一种无定形tio2胶体的制备方法。

背景技术：

1、二氧化钛（tio2）因为物理化学性质稳定、原材料来源丰富及制备成本较低等优点不仅应用于自清洁、光催化、抗菌等领域的研究，而且作为颜料或者填料在涂料、化妆品、塑料及合成纤维等方面也有着广泛的应用。二氧化钛存在的相态包括无定形、锐钛矿型、板钛矿型及金红石型。在紫外光的照射下，tio2光催化剂产生的一系列自由基具有强的氧化活性，能够将水或空气中的有机污染物分子氧化为h2o和co2等小分子，由此达到净化环境的目的。一般认为，结晶态的tio2特别是锐钛矿型的活性较高，而无定形tio2则基本不显示光催化活性，所以一直以来关于无定形tio2的研究报道相对较少，但是，也正是tio2的光催化活性使得涂料特别是在光照射的条件下产生脆化、脱落现象，另外，化妆品中tio2产生的自由基也会对皮肤形成潜在危害。由此，在类似这些场合，无定形tio2常被用来作为惰性隔离层对晶态tio2的粒子进行包覆处理。tio2有多种合成方法，其中溶胶-凝胶法具有合成温度较低、特别适用于纳米粉体及大面积薄膜产品的制备，如利用溶胶-凝胶法可以制备尺寸约100-180nm米粒状无定形tio2纳米粒子（cn102688753a）。溶胶-凝胶工艺依据所采用的前驱体可分为有机路线和无机路线，以无机盐或氧化物为前驱体的无机路线虽然制备成本较低但是需要消耗大量的酸和碱，而且体系中由酸和碱产生的大量无机盐离子很难被分离出去。利用醇盐为前驱体的有机路线一般利用醇盐在醇/水介质中水解和缩聚反应而形成溶胶，这一工艺路线因缩聚反应程度较低所以胶粒的交联度也较低，在形成的胶粒中常常存在残留的有机基团。本发明提供一种简单的基于溶胶-凝胶有机工艺路线的无定形tio2胶体的制备方法，本发明所制备的tio2胶粒交联度较高，在乙醇中有良好的分散性而形成透明的胶体。

技术实现思路

1、本发明提供一种无定形tio2胶体的制备方法，所制备的tio2胶粒交联度较高，具有在乙醇中能良好分散而形成透明胶体的特点。tio2胶粒柔软，不呈现固定的形状，其乙醇中分散后形成的胶体特别适用于制备表面平整的tio2薄膜层。

2、本发明实现这一目标的技术方案是：首先将钛酸四正丁酯与乙酰丙酮进行络合反应以合成钛酸四正丁酯络合物，接着将反应后的溶液体系于室温下陈化7-10天。体系中没有加入水，利用自空气中扩散而至的水汽分子与钛酸四正丁酯络合物发生水解反应，缓慢进入体系中的水很快通过水解反应而消耗，体系中始终没有多余的水，所以水解反应形成的ti-oh键很容易通过缩聚反应形成ti-o-ti键，从而达到形成高交联度和低有机基团残留的目的。然后向体系中顺次加入乙醇和水即可使其中的tio2胶粒产生分相而沉淀出来。将分离洗涤后的沉淀物分散于乙醇中就可以得到透明的tio2胶体。本说明书中涉及实验室使用的水均指蒸馏水。

3、一种无定形tio2胶体的制备方法，包括以下步骤：

4、（1）在烧杯中加入钛酸四正丁酯和乙酰丙酮，用保鲜膜密封杯口，磁力搅拌30min，体系中即反应产生钛酸四正丁酯的络合物；

5、其中，钛酸四正丁酯和乙酰丙酮的体积比为7.5：2-3

6、（2）在保鲜膜上扎一些小孔，以使烧杯内外空气联通，将钛酸四正丁酯络合物体系于室温下陈化7-10天，期间液体黏度缓慢增大，但持续维持透明状态；

7、其中室温环境的温度为：25℃，湿度为：65rh%。

8、作为优选：步骤（2）中陈化的时间为10天，可以增大无定形tio2胶粒的产量；超过10天，钛酸四正丁酯络合物体系容易产生凝胶化。

9、（3）在搅拌的条件下，向钛酸四正丁酯络合物体系中加入乙醇，体系仍然呈现透明状态，接着再加入水，体系即刻由透明转变成白色浑浊状态，静置后出现白色沉淀；

10、其中，钛酸四正丁酯络合物体系、乙醇和水的体积比为3-3.5：6-12：8-14。

11、（4）离心、洗涤，收集白色沉淀即tio2胶粒；

12、进一步，离心分离操作的条件：转速3500-7000转/分钟，时间为3-5min；作为优选：转速3500转/分钟，时间3min；

13、（5）在洗涤后的白色沉淀中加入分散介质，即得到无定形tio2胶体。

14、作为优选：分散介质为乙醇，tio2胶粒与乙醇的用量关系为30-70mg:10ml。

15、本发明的制备方法简单，利用自空气中扩散而至的水汽分子与钛酸四正丁酯络合物发生水解反应，缓慢进入体系中的水很快通过水解反应而消耗，体系中始终没有多余的水，所以水解反应形成的ti-oh键很容易通过缩聚反应形成ti-o-ti键，从而达到形成高交联度和低有机基团残留的目的。所制备的tio2胶粒交联度较高，具有在乙醇中能良好分散而形成透明胶体的特点。tio2胶粒柔软，不呈现固定的形状，其乙醇中分散后形成的胶体特别适用于制备表面平整的tio2薄膜层。

技术特征：

1.一种无定形tio2胶体的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的无定形tio2胶体的制备方法，其特征在于：步骤（1）中钛酸四正丁酯和乙酰丙酮的体积比为7.5：2-3。

3.根据权利要求1所述的无定形tio2胶体的制备方法，其特征在于：步骤（1）中搅拌反应时间为30min。

4.根据权利要求1所述的无定形tio2胶体的制备方法，其特征在于：步骤（2）中室温环境的温度为：25℃，湿度为：65rh%。

5.根据权利要求1所述的无定形tio2胶体的制备方法，其特征在于：步骤（3）中钛酸四正丁酯络合物体系、乙醇和水的体积比为3-3.5：6-12：8-14。

6.根据权利要求1所述的无定形tio2胶体的制备方法，其特征在于：步骤（4）中离心转速3500-7000转/分钟，时间为3-5min。

7.根据权利要求1所述的无定形tio2胶体的制备方法，其特征在于：步骤（5）中的分散介质为乙醇，tio2胶粒与乙醇的用量关系为30-70mg:10ml。

技术总结
本发明属于无机功能材料制备技术领域，具体涉及一种无定形TiO2胶体的制备方法，本发明所制备的TiO2胶粒交联度较高，在乙醇中能良好分散而形成透明的TiO2胶体。该方法首先将钛酸四正丁酯与乙酰丙酮进行络合反应以合成钛酸四正丁酯络合物，接着将反应后的溶液体系于室温下陈化。利用自空气中扩散而至的水汽分子与钛酸四正丁酯络合物发生水解反应，水解反应形成的Ti‑OH键很容易通过缩聚反应形成Ti‑O‑Ti键，从而达到形成高交联度的目的。然后向体系中顺次加入乙醇和水使其中的TiO2胶粒产生分相作用而沉淀出来，将分离出来的沉淀物分散于乙醇中就可以得到透明的TiO2胶体。

技术研发人员：董如林,李玮婷,陈雨凯,陈智栋
受保护的技术使用者：常州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14