本發(fā)明屬于涂料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種涂料用高分散性TiO2填料及其制備方法。
背景技術(shù)：
二氧化鈦具有優(yōu)異的光散射能力，其折射率在顏料當中也極為出色。此外，由于其在光照條件下的超親水性與光催化性，在涂料當中被廣泛應(yīng)用。
但是納米二氧化鈦由于具有較高的表面能，在涂料當中極易團聚。二氧化鈦的團聚嚴重影響了涂料中二氧化鈦的覆蓋效率，同時也影響到涂料的其他物理性能，例如著色力、耐沾污性和耐洗刷性等。另一方面，光照條件下二氧化鈦表面形成氧化還原體系，對涂膜產(chǎn)生了嚴重的腐蝕、粉化作用。因此，研發(fā)一種二氧化鈦在涂料中的高分散技術(shù)以提高其在涂料當中的利用率，同時避免二氧化鈦對涂料的氧化腐蝕顯得尤為重要。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明目的在于提供一種涂料用高分散性TiO2填料。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：
一種涂料用高分散性TiO2填料，該填料的結(jié)構(gòu)為：納米TiO2顆粒表面包覆有多孔狀A(yù)l2O3無機層，Al2O3無機層表面鍵合有聚丙烯酰胺。
制備方法，步驟如下：
S1、制備納米TiO2；
S2、制備TiO2@Al2O3復(fù)合粒子，即在納米TiO2表面包覆Al2O3無機層：
S2.1、取S1制備得到的納米TiO2加入到質(zhì)量分數(shù)為15～35%的水溶性鋁鹽溶液中，超聲分散（10～30min）；
S2.2、向S2.1的混合液中滴入PH=12的氫氧化鈉溶液，不斷攪拌，直至混合液PH=7；
S2.3、取S2.2的混合液離心，去除上層清液，用無水乙醇反復(fù)清洗（2～3次），（60～70℃）烘干，得TiO2@Al2O3復(fù)合粒子；
S3、制備TiO2@Al2O3@PAM復(fù)合材料，即在Al2O3無機層表面鍵合聚丙烯酰胺：
S3.1、取S2制備得到的TiO2@Al2O3復(fù)合粒子置于管中，加入丙烯酰胺水溶液，（磁子）攪拌，通入氮氣（10～15min）后密封管口；
S3.2、將管置于可見光下，光照2～4h，得TiO2@Al2O3@PAM復(fù)合材料，即為本發(fā)明涂料用高分散性TiO2填料。
納米TiO2可按現(xiàn)有技術(shù)制備，但優(yōu)選S1的步驟為：采用溶膠凝膠法，將鈦酸丁酯與無水乙醇混合均勻，滴加濃鹽酸、無水乙醇和水的混合液直至成為凝膠，將凝膠烘干、煅燒，即得納米TiO2。
具體地，S1的步驟為：
S1.1、將鈦酸丁酯與無水乙醇混合均勻；
S1.2、混合均勻后，水浴加熱至30～40℃，邊攪拌邊滴加濃鹽酸、無水乙醇和水的混合液，滴加完畢后繼續(xù)攪拌加熱20～40min；
S1.3、邊攪拌邊升溫至70~80℃，繼續(xù)攪拌至凝膠；
S1.4、將凝膠在60～80℃下干燥2～6小時，隨后在450～550℃下煅燒3～5小時，即得納米TiO2。
進一步，以體積份數(shù)計，原料用量分別為：S1.1中，鈦酸丁酯2.6～3.2份，無水乙醇5～6.5份；S1.2中，水 1.8～2.1份、濃鹽酸0.23～0.28份、無水乙醇25～28份。
進一步，S2.1中，納米TiO2與水溶性鋁鹽溶液的質(zhì)量比為5～9∶30～40。
進一步，S3.1中，丙烯酰胺水溶液的濃度為0.1～0.5g/mL；TiO2@Al2O3復(fù)合粒子與丙烯酰胺水溶液的料液比為：TiO2@Al2O3復(fù)合粒子∶丙烯酰胺水溶液=1.5～3.0g∶30～50mL。
進一步，所述水溶性鋁鹽為AlCl3、Al(NO3)3或Al2(SO4)3。
有益效果：本發(fā)明首先在TiO2的表面包覆了一層多孔狀A(yù)l2O3無機層，無機層對部分紫外進行散射，減少了內(nèi)層TiO2對紫外光的吸收，降低其光催化活性，減少了TiO2對涂膜的腐蝕、粉化現(xiàn)象。此外用本發(fā)明方法包覆的Al2O3無機層為孔狀結(jié)構(gòu)，不影響TiO2與周圍介質(zhì)的接觸，紫外光條件下TiO2表面會產(chǎn)生-OH等自由基，引發(fā)丙烯酰胺單體產(chǎn)生自由基聚合，生成聚丙烯酰胺高分子鏈生長在TiO2@Al2O3復(fù)合粒子表面，產(chǎn)生了空間位阻斥力， 從而減小了粒子間的范德華力，避免了TiO2粒子之間的團聚現(xiàn)象，促使二氧化鈦在涂料中均勻分散。
具體實施方式
以下結(jié)合具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細介紹，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此。
實施例1
一種涂料用高分散性TiO2填料，該填料的結(jié)構(gòu)為：納米TiO2顆粒表面包覆有多孔狀A(yù)l2O3無機層，Al2O3無機層表面鍵合有聚丙烯酰胺。
制備方法，步驟如下：
S1、制備納米TiO2：
S1.1、將6.5mL無水乙醇與3.2mL鈦酸丁酯混合，攪拌30min，再超聲分散30min；
S1.2、分散后，水浴加熱至40℃，邊攪拌邊滴加2mL蒸餾水、0.25mL濃鹽酸（質(zhì)量百分數(shù)36%）和25mL無水乙醇的混合液，滴加完畢后繼續(xù)攪拌加熱40min；
S1.3、邊攪拌邊升溫至80℃，繼續(xù)攪拌至凝膠；
S1.4、將凝膠在80℃下干燥6小時，隨后在450℃下煅燒5小時，得到納米TiO2；
S2、制備TiO2@Al2O3復(fù)合粒子，即在納米TiO2表面包覆Al2O3無機層：
S2.1、取8g S1制備得到的納米TiO2加入到40g 質(zhì)量分數(shù)為15%的AlCl3溶液中，超聲分散15min；
S2.2、向S2.1的混合液中逐滴滴入PH=12的氫氧化鈉溶液，不斷攪拌，直至混合液PH=7，使生成的Al2O3. nH2O沉寂在TiO2表面；
S2.3、取S2.2的混合液離心，去除上層清液，用無水乙醇反復(fù)清洗3次，70℃烘干，得TiO2@Al2O3復(fù)合粒子；
S3、制備TiO2@Al2O3@PAM復(fù)合材料，即在Al2O3無機層表面鍵合聚丙烯酰胺：
S3.1、取2.5g S2制備得到的TiO2@Al2O3復(fù)合粒子置于管中，加入50mL濃度0.3g/mL的丙烯酰胺水溶液，磁子攪拌，通入氮氣15min后密封管口；
S3.2、將管置于可見光下，光照3h，得TiO2@Al2O3@PAM復(fù)合材料，即為本發(fā)明涂料用高分散性TiO2填料。
各取本實施例S1制備的納米TiO2以及S3制備的TiO2@Al2O3@PAM復(fù)合材料1g，分別加入到50mL水中，攪拌均勻，得樣品1和樣品2。室溫放置12h后觀察，發(fā)現(xiàn)：樣品1中底部有沉淀產(chǎn)生，而樣品2則呈均一的乳白液體狀?？芍罕緦嵤├苽涞腡iO2@Al2O3@PAM復(fù)合材料較包覆前的納米TiO2具有更高的分散性。
實施例2
一種涂料用高分散性TiO2填料，該TiO2填料的結(jié)構(gòu)為：納米TiO2顆粒表面包覆有多孔狀A(yù)l2O3無機層，Al2O3無機層表面鍵合有聚丙烯酰胺。
制備方法，步驟如下：
S1、制備納米TiO2：
S1.1、將5mL無水乙醇與2.8mL鈦酸丁酯混合，攪拌25min，再超聲分散25min；
S1.2、分散后，水浴加熱至50℃，邊攪拌邊滴加2.1mL蒸餾水、0.28mL濃鹽酸（質(zhì)量百分數(shù)36%）和28mL無水乙醇的混合液，滴加完畢后繼續(xù)攪拌加熱40min；
S1.3、邊攪拌邊升溫至80℃，繼續(xù)攪拌至凝膠；
S1.4、將凝膠在80℃下干燥5小時，隨后在550℃下煅燒5小時，得到納米TiO2；
S2、制備TiO2@Al2O3復(fù)合粒子，即在納米TiO2表面包覆Al2O3無機層：
S2.1、取7.5g S1制備得到的納米TiO2加入到30g 質(zhì)量分數(shù)為20%的Al(NO3)3溶液中，超聲分散15min；
S2.2、向S2.1的混合液中逐滴滴入PH=12的氫氧化鈉溶液，不斷攪拌，直至混合液PH=7，使生成的Al2O3. nH2O沉寂在TiO2表面；
S2.3、取S2.2的混合液離心，去除上層清液，用無水乙醇反復(fù)清洗3次，70℃烘干，得TiO2@Al2O3復(fù)合粒子；
S3、制備TiO2@Al2O3@PAM復(fù)合材料，即在Al2O3無機層表面鍵合聚丙烯酰胺：
S3.1、取3g S2制備得到的TiO2@Al2O3復(fù)合粒子置于管中，加入50mL濃度0.5g/mL的丙烯酰胺水溶液，磁子攪拌，通入氮氣15min后密封管口；
S3.2、將管置于可見光下，光照3h，得TiO2@Al2O3@PAM復(fù)合材料，即為本發(fā)明涂料用高分散性TiO2填料。
各取本實施例S1制備的納米TiO2以及S3制備的TiO2@Al2O3@PAM復(fù)合材料1g，分別加入到50mL水中，攪拌均勻，得樣品3和樣品4。室溫放置24h后觀察，發(fā)現(xiàn)：樣品3中底部有沉淀產(chǎn)生，而樣品4則呈均一的乳白液體狀。可知：本實施例制備的TiO2@Al2O3@PAM復(fù)合材料較包覆前的納米TiO2具有更高的分散性。
實施例3
一種涂料用高分散性TiO2填料，該TiO2填料的結(jié)構(gòu)為：納米TiO2顆粒表面包覆有多孔狀A(yù)l2O3無機層，Al2O3無機層表面鍵合有聚丙烯酰胺。
制備方法，步驟如下：
S1、制備納米TiO2：
S1.1、將5.2mL無水乙醇與2.6mL鈦酸丁酯混合，攪拌20min，再超聲分散20min；
S1.2、分散后，水浴加熱至40℃，邊攪拌邊滴加1.8mL蒸餾水、0.23mL濃鹽酸（質(zhì)量百分數(shù)36%）和25mL無水乙醇的混合液，滴加完畢后繼續(xù)攪拌加熱40min；
S1.3、邊攪拌邊升溫至80℃，繼續(xù)攪拌至凝膠；
S1.4、將凝膠在80℃下干燥6小時，隨后在450℃下煅燒5小時，得到納米TiO2；
S2、制備TiO2@Al2O3復(fù)合粒子，即在納米TiO2表面包覆Al2O3無機層：
S2.1、取9g S1制備得到的納米TiO2加入到40g 質(zhì)量分數(shù)為30%的Al2(SO4)3溶液中，超聲分散15min；
S2.2、向S2.1的混合液中逐滴滴入PH=12的氫氧化鈉溶液，不斷攪拌，直至混合液PH=7，使生成的Al2O3. nH2O沉寂在TiO2表面；
S2.3、取S2.2的混合液離心，去除上層清液，用無水乙醇反復(fù)清洗3次，70℃烘干，得TiO2@Al2O3復(fù)合粒子；
S3、制備TiO2@Al2O3@PAM復(fù)合材料，即在Al2O3無機層表面鍵合聚丙烯酰胺：
S3.1、取2.5g S2制備得到的TiO2@Al2O3復(fù)合粒子置于管中，加入35mL濃度0.15g/mL的丙烯酰胺水溶液，磁子攪拌，通入氮氣15min后密封管口；
S3.2、將管置于可見光下，光照5h，得TiO2@Al2O3@PAM復(fù)合材料，即為本發(fā)明涂料用高分散性TiO2填料。
各取本實施例S1制備的納米TiO2以及S3制備的TiO2@Al2O3@PAM復(fù)合材料1g，分別加入到50mL水中，攪拌均勻，得樣品5和樣品6。室溫放置36h后觀察，發(fā)現(xiàn)：樣品5中底部有沉淀產(chǎn)生，而樣品6則呈均一的乳白液體狀。可知：本實施例制備的TiO2@Al2O3@PAM復(fù)合材料較包覆前的納米TiO2具有更高的分散性。