专利名称：光降解纳米TiO的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可光降解纳米TiO2-聚乙烯复合塑料，特别是涉及一种高效光降解塑料的制备方法，属于聚合物-纳米复合材料领域。
背景技术：
聚乙烯作为一种常规塑料特别是其一次性用品有着广泛的用途。由于聚乙烯结构稳定，在自然条件下难以降解。越来越多的废弃聚合物材料—白色污染已经给我们的生态环境带来了巨大的压力，如何处理“白色垃圾”，是一个非常紧迫的问题。目前对付这些废弃物的主要办法有深埋，焚烧，回收再加工等等，事实上这些办法不是在处理垃圾的同时带来了新的环境问题，就是以其高昂的成本和过低的回报率让人望而却步。对该类聚合物材料进行适当处理，使其在废弃后可以被自然降解是人们迫切希望的。
TiO2在紫外光照射下，可以产生光生电子-空穴对，它们进一步与水和氧气作用，产生具有强氧化能力的氢氧自由基和超氧自由基，其氧化能力可以杀灭细菌和降解各种有机物。纳米TiO2由于其巨大的比表面积，小尺寸效应，使其具有比常规TiO2更强的光催化活性，本发明就是利用纳米TiO2的这种性质，将其引入聚苯乙烯，使其在阳光的作用下能自然降解从而达到低成本降解废弃聚苯乙烯的目的。
纳米TiO2在低极性介质如有机溶剂和塑料中团聚严重，如果不能很好的分散，将起不到纳米材料高光催化活性的作用，如何将TiO2均匀引入聚合物是制备高效光降解聚合物的关键。如果不对TiO2进行任何处理，直接将其引入聚合物，致使TiO2在聚合物中的团聚非常严重，大大降低了TiO2的光催化降解效率，如果对TiO2进行表面处理，使其处于理想分散状态下，催化效率将比未表面处理的纳米TiO2提高数倍。
我们首先将纳米TiO2进行表面改性，以改善TiO2颗粒在聚合物中的分散性，然后再将其与聚乙烯、聚乙烯腊混炼，制备可光降解纳米TiO2-聚乙烯复合塑料。从而完成了本发明的任务。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种光降解纳米TiO2-聚乙烯复合塑料的制备方法，该方法制备的光降解纳米TiO2-聚乙烯复合塑料在阳光的照射下可有效地降解。且制造成本较低，工艺较简单，易于大规模生产。
本发明提供的技术方案是，一种高效的可光降解纳米TiO2-聚乙烯复合塑料的制备方法，将纳米TiO2粉体用表面改性剂进行表面改性得到改性纳米TiO2粉体，将改性纳米TiO2粉体、聚乙烯、聚乙烯腊在双螺杆混炼机上共混挤出含纳米TiO2的母粒，母粒中TiO2含量为20-40wt％，聚乙烯含量为0-20wt％，聚乙烯腊的含量为40-80wt％，然后将含纳米TiO2的母粒与聚乙烯原料共混，采用双螺杆混炼机混炼制备TiO2的含量为0.5-5wt％的光降解纳米TiO2聚乙烯复合塑料。
本发明所用纳米TiO2粉体可采用锐钛矿型或部分锐钛矿部分金红石型，粒径为20-200nm。聚乙烯的重均分子量为8万-35万g/mol，聚乙烯腊的重均分子量1500-5000g/mol。
上述纳米TiO2粉体的表面改性采用下述步骤，将表面改性剂溶解在有机溶剂中配成浓度为1-3wt％的溶液，然后与纳米二氧化钛粉体混合均匀，加热至75-90℃，恒温1-3小时，表面改性剂的重量是TiO2重量的1-3％。
本发明所用表面改性剂为硅烷偶联剂，钛酸酯偶联剂或复合铝钛酸酯偶联剂。有机溶剂为乙醇、丙酮或异丙醇。
本发明的特点在于经过表面改性和聚乙烯腊处理的纳米TiO2在聚乙烯中具有良好分散性，与没有表面处理的纳米粒子和聚乙烯腊处理相比增加了纳米粒子与聚合物的接触面积，提高了光降解效率。试验显示同样条件下表面处理的光降解纳米TiO2-聚乙烯复合塑料的光降解效率是未处理的光降解纳米TiO2-聚乙烯复合塑料光降解效率的2-3倍。
本发明成本低，工艺简单，所制得的光降解纳米TiO2-聚乙烯复合塑料经使用废弃后能在太阳光照的情况下发生有效的光降解，可降低白色污染的影响。
具体实施例方式
本发明的工艺流程如下1.用硅烷偶联剂，钛酸酯偶联剂，复合铝钛酸酯偶联剂对纳米TiO2进行表面亲油处理；2.在完成上述纳米TiO2表面亲油处理后，将改性纳米TiO2粉体、聚乙烯，聚乙烯腊在双螺杆混炼机上共混挤出含纳米TiO2的母粒，母粒中TiO2含量为20-40wt％，聚乙烯含量为0-20wt％，聚乙烯腊的含量为40-80wt％，然后将含TiO2的母粒与聚乙烯原料共混，采用双螺杆混炼机混炼制备纳米TiO2的含量为0.5％-5wt％的TiO2-聚乙烯复合塑料。经吹膜机吹膜得到纳米TiO2-聚乙烯复合膜。
实施例1用硅烷偶联剂(武大有机硅材料有限公司牌号WD-20)对纳米二氧化钛粉体进行表面处理，硅烷偶联剂可溶解在丙酮中配成2wt％的溶液，然后与粒径为25nm的锐钛矿型二氧化钛粉体混合均匀，加热至80℃，恒温1小时，硅烷偶联剂的重量是TiO2重量的3％。按TiO2∶聚乙烯∶聚乙烯腊为30∶10∶60的重量比例，将经表面处理的TiO2与聚乙烯(重均分子量30万g/mol，GPC法测定)和聚乙烯腊(重均分子量4000g/mol)在双螺杆混炼机上共混挤出得到母粒，然后将母粒与聚乙烯原料(重均分子量30万g/mol，GPC法测定)共混，使复合塑料中纳米TiO2的含量为2wt％，采用双螺杆混炼机混炼制得纳米TiO2聚乙烯复合塑料，再经吹膜机吹膜制备可光降解纳米TiO2-聚乙烯复合膜。
实施例2用钛酸酯偶联剂(南京曙光化工厂NDZ-201)对纳米二氧化钛粉体进行表面处理，钛酸酯偶联剂可溶解在乙醇中，配成3wt％的溶液，然后与粒径为180nm的锐钛矿型二氧化钛粉体混合均匀，加热至90℃，恒温1小时，钛酸酯偶联剂的重量是TiO2重量的1％。按TiO2∶聚乙烯∶聚乙烯腊为20∶10∶70的重量比例，将经表面处理的TiO2与聚乙烯(重均分子量9万g/mol，GPC法测定)和聚乙烯腊(重均分子量2000g/mol，GPC法测定)在双螺杆混炼机上共混挤出得到母粒，然后将母粒与聚乙烯原料(重均分子量9万g/mol，GPC法测定)共混，使复合塑料中纳米TiO2的含量为1wt％(重量百分比)，采用双螺杆混炼机混炼制得纳米TiO2聚乙烯复合塑料，再经吹膜机吹膜制备可光降解纳米TiO2-聚乙烯复合膜。
实施例3用铝钛酸酯复合偶联剂(山西省化工研究院OL-AT1618)对纳米二氧化钛粉体进行表面处理，铝钛酸酯偶联剂可溶解在乙醇或丙酮等有机溶剂中，配成1wt％的溶液，然后与粒径为80nm的部分锐钛矿部分金红石型二氧化钛粉体粉体混合均匀，加热至90℃，恒温1小时，铝钛酸酯偶联剂的重量是TiO2重量的2％。按TiO2∶聚乙烯腊为40∶60的重量比例，将经表面处理的TiO2与聚乙烯腊(重均分子量5000g/mol，GPC法测定)在双螺杆混炼机上共混挤出得到母粒，然后将母粒与聚乙烯原料(重均分子量17万g/mol，GPC法测定)共混，使复合塑料中纳米TiO2的含量为3wt％(重量百分比)，采用双螺杆混炼机混炼制得纳米TiO2聚乙烯复合塑料，再经吹膜机吹膜制备可光降解纳米TiO2-聚乙烯复合膜。
实施例4光降解实验样品(实施例1制备的光降解纳米TiO2-聚乙烯复合膜)厚度为30～40μm，将其裁剪成5cm×5cm的方形。实验温度室温，紫外光辐照度(波长254nm)在3mw/cm2，240小时的紫外灯照射后，复合膜的失重率达到41％，在2mw/cm2，240小时的紫外灯照射后，复合膜的失重率达到25％在1mw/cm2，240小时的紫外灯照射后，复合膜的失重率达到13％。在2mw/cm2(波长254nm)275小时的太阳光照射后，复合膜的失重率达到18％。
实施例5光降解实验样品(实施例2制备的光降解纳米TiO2-聚乙烯复合膜)厚度为30～40μm，将其裁剪成5cm×5cm的方形。实验温度室温，紫外光辐照度(波长254nm)在3mw/cm2，240小时的紫外灯照射后，复合膜的失重率达到59％，在2mw/cm2，240小时的紫外灯照射后，复合膜的失重率达到40％在1mw/cm2，240小时的紫外灯照射后，复合膜的失重率达到25％。在2mw/cm2(波长254nm)275小时的太阳光照射后，复合膜的失重率达到26％。
实施例6光降解实验样品(实施例3制备的光降解纳米TiO2-聚乙烯复合膜)厚度为30～40μm，将其裁剪成5cm×5cm的方形。实验温度室温，紫外光辐照度(波长254nm)在3mw/cm2，240小时的紫外灯照射后，复合膜的失重率达到65％，在2mw/cm2(波长254nm)275小时的太阳光照射后，复合塑料的失重率达到29％。
参照上述方法，用其它重均分子量的聚乙烯和聚乙烯腊替代实施例中的聚乙烯和聚乙烯腊可以得到类似的结果。
权利要求
1.一种光降解纳米TiO2-聚乙烯复合塑料的制备方法，其特征在于将纳米TiO2粉体用表面改性剂进行表面改性得到改性纳米TiO2粉体，将改性纳米TiO2粉体、聚乙烯、聚乙烯腊在双螺杆混炼机上共混挤出含纳米TiO2的母粒，母粒中TiO2含量为20-40wt％，聚乙烯含量为0-20wt％，聚乙烯腊的含量为40-80wt％，然后将含纳米TiO2的母粒与聚乙烯原料共混，采用双螺杆混炼机混炼制备TiO2的含量为0.5-5wt％的光降解纳米TiO2聚乙烯复合塑料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于聚乙烯的重均分子量为8万-35万g/mol，聚乙烯腊的重均分子量1500-5000g/mol。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于纳米TiO2粉体为锐钛矿型或部分锐钛矿部分金红石型，粒径为20-200nm。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于纳米TiO2粉体的表面改性采用下述步骤，将表面改性剂溶解在有机溶剂中配成浓度为1-3wt％的溶液，然后与纳米二氧化钛粉体混合均匀，加热至75-90℃，恒温1-3小时，表面改性剂的重量是TiO2重量的1-3％。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于表面改性剂为硅烷偶联剂，钛酸酯偶联剂或复合铝钛酸酯偶联剂。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于有机溶剂为乙醇、丙酮或异丙醇。
全文摘要
本发明涉及一种高效的可光降解纳米TiO
文档编号C08L23/00GK1587309SQ200410060618
公开日2005年3月2日 申请日期2004年7月23日 优先权日2004年7月23日
发明者昝菱, 王松林, 罗其荣 申请人:武汉大学