胶体二氧化钛溶胶的制作方法_3

文档序号:8441887阅读:来源:国知局
,4,7-三氮杂环壬烷、三(2-氨基乙基)胺等。
[0057]在一个使用有机酸作为胶溶剂的实施方案中,在1102沉淀之前T12前体没有用螯合剂进行处理。
[0058]在另一个实施方案中,当使用有机碱作为胶溶剂时,在T12颗粒沉淀之前T1 2前体典型地用能够螯合钛的合适有机碱螯合剂进行处理。沉淀之前向1102前体加入螯合碱将产生更为稳定的物质,并且将降低水解程度和促进下一个步骤中钛颗粒的胶溶。在一个实施方案中,用于处理T12前体的碱与用作胶溶剂的碱相同。优选地,加入到T12前体中的螯合碱的量使得碱与钛的摩尔比< 0.5:1。在其它实施方案中,碱与钛的摩尔比< 0.3或0.2:1ο
[0059]当使用可溶性钛盐作为T12前体并且使用有机碱作为胶溶剂时,在沉淀步骤之前典型地使用去离子化步骤降低存在于1102前体中的离子的浓度。降低溶液中离子的浓度有利于钛与螯合剂的螯合。可以使用可降低可溶性钛盐溶液中的离子水平的任何方法,包括用阴离子交换树脂处理、不溶盐的沉淀等。在一个实施方案中,取决于可溶性钛前体盐的性质,用阴离子交换树脂处理T12前体溶液以除去可在1102前体溶液中的过量离子例如硫酸根离子、氯离子等。当用离子交换树脂处理可溶性钛盐溶液时,该溶液的PH典型地随着时间提高并且可以导致形成1102沉淀物。优选地,限制用阴离子交换树脂处理可溶性钛盐的时间使得溶液的PH维持在小于约3以防止1102沉淀物的形成。更优选地,可限制去离子化处理使得溶液的PH维持在小于约2。一旦降低离子的水平,就从离子交换树脂中分离出钛盐溶液并按上文所述将其用能够形成螯合键的碱进行处理。然后用合适的碱调节螯合的二氧化钛盐溶液的PH以形成T12 (其从溶液中沉淀出)。
[0060]沉淀的T12可以通过包括倾析、离心分离和过滤的任何合适的方法进行收集。在胶溶步骤之前可任选用水洗涤分离的固体以除去水解反应的副产品和其它杂质。
[0061]在下一个步骤中,将优选为无定形形式的沉淀1102在液体介质中进行分散并随着搅拌用胶溶剂进行处理以形成本发明的溶胶。分散的打02可以在室温或升高的温度下随着搅拌用胶溶剂进行处理直到该分散体形成透明或半透明的混合物。升高的温度通常加速胶溶过程。当胶溶剂是有机碱时优选室温,而当胶溶剂是有机酸时典型地使用升高的温度。当在升高的温度下进行胶溶过程时,典型地使用约30°C -约100°C的温度范围。更典型地,胶溶温度为约40 °C -约100 °C或者约60 °C -约100 °C。
[0062]T12在分散液体中的浓度将决定胶溶后溶胶的初始浓度。当然,如果需要,在完成胶溶步骤后可进一步稀释或浓缩本发明的T12溶胶。典型地,水性溶剂中具有约I重量% -约30重量% 1102的T12分散体将用于胶溶步骤。水性溶剂可以是包含水的任何溶剂或溶剂混合物。例如,可以使用水和水混溶溶剂例如醇的混合物。更典型地,分散体的浓度为混合物的约2重量% -约15重量%或约5重量% -约15重量%。优选地,浓度为约8重量% -约12重量%或约5重量% -约10重量%。
[0063]许多有机酸和有机碱适合于用作本发明的胶溶剂。优选的酸性胶溶剂包括用一个或多个官能团取代的羧酸,所述官能团包括、但不限于羟基、烷氧基、氨基、单-或二烷基氨基、羧基、羧酸酯、氨基甲酰、氨基、脲、硫醇、硫化物、二硫化物、亚砜、砜等。优选地,羧酸胶溶剂可用第二官能团在α-或碳进行取代。这些胶溶剂包括、但不限于α-羟基羧酸、β-羟基羧酸、α-烷氧基羧酸和α-氨基羧酸。当螯合剂具有不对称碳并且是手性时,可使用手性化合物的任一对映体或者可使用外消旋混合物。
[0064]优选的α-羟基羧酸包括、但不限于乳酸、酒石酸、苹果酸、柠檬酸、羟基乙酸、2-羟基异丁酸、2-羟基-2-甲基丁酸、2-乙基-2-羟基丁酸、2-羟基-3-甲基丁酸、2-羟基异己酸、3-羟基丁酸、2,2-双(羟甲基)丙酸、柠苹酸、3-羟基-3-甲基戊二酸、葡萄糖酸、2-异丙基苹果酸、黏酸、丁二酸(dihydrofumaric acid)、奎尼酸、甲氧基乙酸(methoxyacetic acid)、乙氧基乙酸等。
[0065]可以使用任何天然产生或合成的α-氨基酸来制备本发明的溶胶。例如,可以使用二十种天然产生的L-α-氨基酸。还可以使用相应的D-α-氨基酸。对于本发明还预期到使用具有非天然侧链的合成α-羟基羧酸和α-氨基酸。
[0066]许多碱性胶溶剂可用于本发明,包括单_、二-或三烷基胺;单_、二-或三芳胺类;具有两个或更多个官能团的有机碱例如二链烷醇胺和三链烷醇胺等。单_、二-或三烷基胺胶溶剂可以包含线性、支链或环状烷基。合适的胺包括、但不限于单_、二-或三甲基胺;单_、二-或二乙胺;单-、二-或二丙胺;单_、二-或二丁基胺,仲丁胺,异丁胺,异丙胺,异戊胺,叔戊胺,2-甲基丁胺、1-甲基丁胺等。具有环状烷基的胺包括环丙胺、环丁胺、环戊胺、环己胺、环庚胺和环辛胺以及它们的二-和三-烷基衍生物。当然,可以使用具有不同烷基的胺例如二异丙基乙胺、乙基丁胺、甲基乙胺等。还预期到的是环状胺例如吡咯烷、哌啶、吗啉等以及它们的N-烷基衍生物。优选地,使用大体积(bulky)的单_、二-或三烷基胺例如叔丁胺、三乙胺、丙胺、二丙胺、二异丙基乙胺等作为碱性胶溶剂。如上所述,当使用碱性胶溶剂时,胶溶过程优选在室温(意欲是指约20°C -25°C )下进行。在其它实施方案中,用碱性胶溶剂的胶溶在约20°C -约30°C或约25°C -约30°C进行。
[0067]在T1JK溶之后,可以使用任何通常使用的无机或有机酸或碱将该溶胶的pH调节到中性pH或其它所需pH范围。优选将包含碱性胶溶剂的溶胶保持在pH为约6-8。包含羧酸胶溶剂的溶胶典型地保持在PH为3-10。
[0068]在水性溶剂中稳定且透明或半透明的T12溶胶含有约I重量% -约30重量%的Ti02。更典型地,该溶胶可含有约2重量% -约15重量%或约5重量% -约15重量%的二氧化钛。优选地,该溶胶含有混合物的约8重量% -约12重量%或约5重量% -约10重量%的1102。
[0069]在本发明的二氧化钛溶胶中可以使用任何形式的二氧化钛,包括无定形形式、金红石或锐钛矿形式。此外,无定形形式、金红石或锐钛矿形式的混合物。优选地,本发明溶胶中使用的二氧化钛颗粒优选主要为无定形形式。溶胶应用中的二氧化钛的无定形形式特别有用,这是因为1102的无定形形式含有较高量的表面羟基,其改善T1 2粘合其它元素(element)的能力。“主要”是指二氧化钛颗粒的无定形形式的水平在本发明的溶胶中是大于约80%,更优选大于约90%或大于约95%的颗粒。在一些实施方案中,组合物中的二氧化钛颗粒基本上为纯的无定形形式,表示无定形形式的含量大于97质量%,还更优选地,无定形形式的含量大于98质量%。在一些优选的实施方案中,无定形二氧化物颗粒中可以没有二氧化钛的结晶形式(包括金红石和锐钛矿形式),表示通过晶体法没有检测出结晶形式。换言之,二氧化钛溶胶可以包含100%无定形二氧化钛。通过X-射线衍射测量结晶度和晶相性质。在分析技术的限度内,不存在二氧化钛的已知结晶形式按照角度位置(2 Θ )的特征衍射图案峰表示100%的二氧化钛为无定形形式。
[0070]本发明溶胶中使用的二氧化钛的平均粒径典型地小于约50nm。更典型地,二氧化钛颗粒的平均粒径小于约30nm、20nm或10nm。在优选的实施方案中,溶胶中的二氧化钛的粒径可小于约5nm。本文中所提及的二氧化碳颗粒的尺寸应理解为是指二氧化钛微粒的平均粒径。在通过术语“约”来修饰粒径时,应理解为包括比所指出的值稍微更大一点或更小一点的粒径,因为测量存在固有的实验误差且在测量粒径的不同方法之间存在变动性,这对本领域技术人员而言是显而易见的。直径可以通过标准粒径分析技术例如透射电子显微镜法(TEM)或通过光散射技术(动态光散射,Malvern Instruments Ltd.,U.K.)来测量。
[0071]或者,颗粒可以通过表面积进行表征。典型地,本发明溶胶中使用的二氧化钛具有大于约20m2/g的表面积,所述表面积可通过任何合适的方法测得,包括干燥样品上的5-点BETo更典型地,光催化二氧化钛颗粒具有大于约50m2/g或大于约70m2/g的表面积。在更优选的实施方案中,二氧化钛颗粒具有大于约100m2/g,优选大于约150m2/g的表面积。在一些实施方案中,二氧化钛颗粒
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