本發(fā)明屬于納米材料和無機非金屬材料制備領(lǐng)域，特別涉及一種用于紫外線防護的凹凸棒石及其制備方法。
背景技術(shù)：
：太陽光中的紫外線波長范圍為200—400nm，其能量雖然只占太陽輻射總能量的5％左右，但由于波長短、能量高，會對地球上的生物造成嚴(yán)重的傷害。金紅石型納米二氧化鈦是一種高效的無機紫外線防護材料，具有紫外線屏蔽性能好、安全性高、透明性優(yōu)異等特點?，F(xiàn)有的一些紫外線阻隔材料采用在凹凸棒石表面負(fù)載金紅石型納米二氧化鈦和納米氧化鋅，這種方法雖然解決了納米二氧化鈦和納米氧化鋅粒子的團聚問題，但不能解決凹凸棒石紫外線阻隔材料的耐候性(或稱光穩(wěn)定性)和在非極性體系的分散性。所謂的耐候性不足，是凹凸棒石表面所負(fù)載的納米二氧化鈦具有一定的光催化活性，在太陽光下會產(chǎn)生原子氧和氫氧自由基，氫氧自由基具有很強的氧化活性，會將周圍的有機物氧化分解；另外，該方法制備的阻隔材料表面呈親水性，適合于極性體系中使用，而當(dāng)其被加入到塑料、橡膠、化纖和溶劑型涂料等有機體系中時則難以分散，不能有效體現(xiàn)其紫外線屏蔽功能。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明為克服上述
背景技術(shù)：
中的不足，提供了一種用于紫外線防護的凹凸棒石，具體為凹凸棒石上負(fù)載有金紅石型納米二氧化鈦、氫氧化鋁和脂酸酸，且具有高穩(wěn)定性和高分散，其中，金紅石型納米二氧化鈦與凹凸棒石的質(zhì)量比為0.3～1.0：1，氫氧化鋁與凹凸棒石的質(zhì)量比為0.05～0.5：1，脂肪酸(根)與凹凸棒石的質(zhì)量比為0.03～0.20：1。本發(fā)明還提供了一種上述用于紫外線防護的凹凸棒石的制備方法，(1)向氫氧化鈉溶液中加入凹凸棒石粉體，升溫反應(yīng)后得到堿處理的凹凸棒石漿液，其中，氫氧化鈉溶液的濃度為0.5～3mol·L-1，升溫反應(yīng)為升溫至100～125℃并保溫反應(yīng)2～24小時；(2)將步驟(1)中得到的凹凸棒石漿液的溫度調(diào)節(jié)為25～55℃，并向其中加入四氯化鈦水溶液至體系的pH值為6.0～8.0，過濾，洗滌濾餅除去其中的離子，制得含凹凸棒石和二氧化鈦水合物的濾餅，其中，四氯化鈦水溶液的濃度為1～4mol·L-1；(3)將步驟(2)中得到的含凹凸棒石和二氧化鈦水合物的濾餅加入到四氯化鈦水溶液中混合均勻，升溫至回流狀態(tài)下反應(yīng)2-8小時，得到凹凸棒石表面負(fù)載金紅石型納米二氧化鈦的酸性分散漿，其中，四氯化鈦水溶液的濃度為0.3～0.8mol·L-1；(4)將步驟(3)中得到的酸性分散漿升溫至60～80℃后，加入鋁酸鈉水溶液至體系的pH值為4.0～6.0，再加入脂肪酸鹽并充分?jǐn)嚢?，過濾，將濾餅洗滌、干燥、粉碎，得到用于紫外線防護的凹凸棒石，其中，鋁酸鈉水溶液的濃度為0.5～1.5mol·L-1，脂肪酸鹽為硬脂酸鈉、月桂酸鈉或油酸鈉。本發(fā)明的有益效果在于：(1)堿活化凹凸棒石增加了凹凸棒石表面的硅羥基和活性位點，有助于金紅石型納米二氧化鈦均勻且牢固地負(fù)載在凹凸棒石單晶表面，解決了金紅石型納米二氧化鈦的團聚和脫落問題，并且二氧化鈦的抗紫外功能未受到包覆層的影響；(2)本發(fā)明使用鋁酸鈉溶液在二氧化鈦表面形成了一層無機含鋁包覆層，使得制備的凹凸棒石紫外線防護材料具有良好的光穩(wěn)定性(耐候性)，可以用于戶外有機高分子材料的紫外線防護而不會發(fā)生變色現(xiàn)象；(3)本項目采用脂肪酸鹽，在鋁膜層的基礎(chǔ)上進行二次有機包覆，使得制得的凹凸棒石紫外線防護材料表面呈疏水性，提高了其在非極性有機體系中分散性和相容性；(4)凹凸棒石紫外線阻隔材料具有凹凸棒石的一維納米結(jié)構(gòu)，兼具凹凸棒石和納米二氧化鈦的物化性能，擁有紫外線屏蔽和增強增韌多種功能。具體實施方式實施例1(1)向1.5mol·L-1的氫氧化鈉溶液中加入凹凸棒石粉體，升溫至110℃并保溫反應(yīng)12小時后得到堿處理的凹凸棒石漿液；(2)將步驟(1)中得到的凹凸棒石漿液的溫度調(diào)節(jié)為45℃，并向其中加入濃度為2mol·L-1的四氯化鈦水溶液至體系的pH值為7.0，過濾，洗滌濾餅除去其中的離子，制得含凹凸棒石和二氧化鈦水合物的濾餅；(3)按照金紅石型納米二氧化鈦與凹凸棒石的質(zhì)量比為0.6：1，將步驟(2)中得到的含凹凸棒石和二氧化鈦水合物的濾餅加入到0.5mol·L-1的四氯化鈦水溶液中混合均勻，升溫至回流狀態(tài)下反應(yīng)5小時，得到凹凸棒石表面負(fù)載金紅石型納米二氧化鈦的酸性分散漿；(4)將步驟(3)中得到的酸性分散漿升溫至70℃后，按照氫氧化鋁與凹凸棒石的質(zhì)量比為0.2：1，加入0.8mol·L-1的鋁酸鈉水溶液至體系的pH值為5.0，再按照硬脂酸鈉與凹凸棒石的質(zhì)量比為0.10：1，加入硬脂酸鈉并充分?jǐn)嚢?小時，過濾，將濾餅洗滌、干燥、粉碎，得到用于紫外線防護的凹凸棒石。實施例2(1)向2.5mol·L-1的氫氧化鈉溶液中加入凹凸棒石粉體，升溫至100℃并保溫反應(yīng)20小時后得到堿處理的凹凸棒石漿液；(2)將步驟(1)中得到的凹凸棒石漿液的溫度調(diào)節(jié)為50℃，并向其中加入濃度為3.5mol·L-1的四氯化鈦水溶液至體系的pH值為7.0，過濾，洗滌濾餅除去其中的離子，制得含凹凸棒石和二氧化鈦水合物的濾餅；(3)按照金紅石型納米二氧化鈦與凹凸棒石的質(zhì)量比為0.8：1，將步驟(2)中得到的含凹凸棒石和二氧化鈦水合物的濾餅加入到0.5mol·L-1的四氯化鈦水溶液中混合均勻，升溫至回流狀態(tài)下反應(yīng)7小時，得到凹凸棒石表面負(fù)載金紅石型納米二氧化鈦的酸性分散漿；(4)將步驟(3)中得到的酸性分散漿升溫至65℃后，按照氫氧化鋁與凹凸棒石的質(zhì)量比為0.1：1，加入0.5mol·L-1的鋁酸鈉水溶液至體系的pH值為6.0，再按照月桂酸鈉與凹凸棒石的質(zhì)量比為0.10：1，加入月桂酸鈉并充分?jǐn)嚢?小時，過濾，將濾餅洗滌、干燥、粉碎，得到用于紫外線防護的凹凸棒石。實施例3(1)向0.5mol·L-1的氫氧化鈉溶液中加入凹凸棒石粉體，升溫至125℃并保溫反應(yīng)13小時后得到堿處理的凹凸棒石漿液；(2)將步驟(1)中得到的凹凸棒石漿液的溫度調(diào)節(jié)為25℃，并向其中加入濃度為1.5mol·L-1的四氯化鈦水溶液至體系的pH值為8.0，過濾，洗滌濾餅除去其中的離子，制得含凹凸棒石和二氧化鈦水合物的濾餅；(3)按照金紅石型納米二氧化鈦與凹凸棒石的質(zhì)量比為0.3：1，將步驟(2)中得到的含凹凸棒石和二氧化鈦水合物的濾餅加入到0.8mol·L-1的四氯化鈦水溶液中混合均勻，升溫至回流狀態(tài)下反應(yīng)3小時，得到凹凸棒石表面負(fù)載金紅石型納米二氧化鈦的酸性分散漿；(4)將步驟(3)中得到的酸性分散漿升溫至80℃后，按照氫氧化鋁與凹凸棒石的質(zhì)量比為0.5：1，加入1.5mol·L-1的鋁酸鈉水溶液至體系的pH值為4.0，再按照油酸鈉與凹凸棒石的質(zhì)量比為0.03：1，加入油酸鈉并充分?jǐn)嚢?小時，過濾，將濾餅洗滌、干燥、粉碎，得到用于紫外線防護的凹凸棒石。實施例4(1)向2.0mol·L-1的氫氧化鈉溶液中加入凹凸棒石粉體，升溫至115℃并保溫反應(yīng)13小時后得到堿處理的凹凸棒石漿液；(2)將步驟(1)中得到的凹凸棒石漿液的溫度調(diào)節(jié)為40℃，并向其中加入濃度為2.5mol·L-1的四氯化鈦水溶液至體系的pH值為7.0，過濾，洗滌濾餅除去其中的離子，制得含凹凸棒石和二氧化鈦水合物的濾餅；(3)按照金紅石型納米二氧化鈦與凹凸棒石的質(zhì)量比為0.8：1，將步驟(2)中得到的含凹凸棒石和二氧化鈦水合物的濾餅加入到0.6mol·L-1的四氯化鈦水溶液中混合均勻，升溫至回流狀態(tài)下反應(yīng)6小時，得到凹凸棒石表面負(fù)載金紅石型納米二氧化鈦的酸性分散漿；(4)將步驟(3)中得到的酸性分散漿升溫至75℃后，按照氫氧化鋁與凹凸棒石的質(zhì)量比為0.25：1，加入0.6mol·L-1的鋁酸鈉水溶液至體系的pH值為5.5，再按照硬脂酸鈉與凹凸棒石的質(zhì)量比為0.15：1，加入硬脂酸鈉并充分?jǐn)嚢?小時，過濾，將濾餅洗滌、干燥、粉碎，得到用于紫外線防護的凹凸棒石。對比例1將實施例4中步驟(4)中加入鋁酸鈉水溶液刪去，用堿溶液調(diào)體系pH值為5.5，其余組分、工藝步驟均與實施例4相同，得到用于紫外線防護的凹凸棒石。對比例2將實施例4中步驟(4)中加入硬脂酸鈉刪去，其余組分、工藝步驟均與實施例4相同，得到用于紫外線防護的凹凸棒石。對比例3將實施例4中步驟(4)中加入鋁酸鈉水溶液和加入脂肪酸鹽全部刪去，其余組分、工藝步驟均與實施例4相同，得到用于紫外線防護的凹凸棒石。性能評價：抗紫外性能測試：100克去離子水加入1克凹凸棒石紫外線阻隔材料，配制成懸浮液，用JYD-650型超聲波細胞粉碎機(上海之信儀器有限公司)超聲分散40分鐘，制成凹凸棒石紫外線阻隔材料納米粒子分散液。量取少量納米粒子分散液，用去離子水稀釋到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.005％，用光程1cm的石英比色皿、以去離子水作參比，用UV-2450紫外-可見分光光度計(日本島津)在308nm處測量光的透過率，T308越小，說明抗紫外性能越好。疏水性測試：取一定質(zhì)量的粉體(5g左右)，裝入型號769-YP型壓片機模具(孔直徑16mm，在壓力為10MPa的條件下保壓1～2分鐘，得到粉體片；然后將粉體片放置于載玻片上，然后在接觸角測量儀(型號：FM4000，德國GmbH公司)上測定其接觸角，接觸角越大，表明該粉體疏水性能越好。光穩(wěn)定性：取1克樣品和1克1-3丁二醇按質(zhì)量比為1：1的比例混合均勻，在研缽中研磨，當(dāng)研磨到一定時候，取出混合物按一定的厚度涂于一個載玻片上，用另一個載玻片與涂覆的載玻片慢慢壓在一起，每個樣制作3份載玻片分別為原樣、1樣和2樣，將1、2兩個樣品板放在高壓汞燈(250W)下照射1h后取出，用SC-80C全自動色差計測試光照前后的樣品。先測原樣的L，a，b，再測光照后1和2樣的L*、a*、b*，并用下式計算光照前后樣品的色差，然后取色差(△E)的平均值得到樣品光照前后的最終色差，色差的計算公式如下：△E＝[(L-L*)2+(a-a*)2+(b-b*)2]1/2其中△E是色差大小，L表示亮暗，+表示偏亮，-表示偏暗；a表示紅綠，+表示偏紅，-表示偏綠；b表示黃藍，+表示偏黃，-表示偏藍。當(dāng)△E越大時，說明樣品的光化學(xué)活性越高；越低，說明樣品的光穩(wěn)定性(耐候性)越好。表1以上各實施例和對比例所得的用于紫外線防護的產(chǎn)品性能檢測抗紫外性能(T308透過率)光穩(wěn)定性(△E)疏水性(接觸角/°)實施例103.78126實施例204.16127實施例303.94119實施例403.24132對比例1016.6495對比例208.5642對比例3017.4340從表1的數(shù)據(jù)可以看出：選擇特定的材料進行兩層包覆后并沒有影響內(nèi)部的金紅石型納米二氧化鈦在抗紫外方面的性能；而脂肪酸鹽的加入能夠與鋁酸鈉形成協(xié)同作用，進一步提高復(fù)合材料的光穩(wěn)定性；反之，鋁酸鈉也能協(xié)同脂肪酸鹽進一步提高材料的疏水性。當(dāng)前第1頁1 2 3