[发明专利]一种纳米二氧化钛-氧化锌复合粉体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无机紫外线屏蔽剂的制备方法，具体涉及一种纳米二氧化钛-氧化锌复合粉体的制备方法，属于纳米材料技术领域。

背景技术

由于太阳辐射出来的光线中，存在有大约5％的波长≤400nm的紫外线。太阳光中的紫外线，按其波长可以分为：波长为320～400nm的长波紫外线UVA，波长为290～320nm的中波紫外线UVB以及波长为200～290nm的短波紫外线UVC。中波紫外线UVB是引起皮肤发生炎症和晒伤的主要因素。近年来的研究结果证明，占太阳紫外线91％的UVA虽然不会引起象UVB那样激烈的反应，但渗透力强，其35～50％能到达真皮，使真皮内的纤维组织受伤，导致刺痛、皮肤松弛和晒黑，是引起皮肤光老化和皮肤癌的主要原因之一。UVC由于在大气外层已基本被吸收，对人类影响不大。纳米氧化锌和纳米二氧化钛是两种重要且广泛使用的无机紫外防晒剂，但它们对UVA和UVB的屏蔽能力是有差异的，纳米二氧化钛阻隔UVB的效果非常好，但对UVA的屏蔽效果欠佳；纳米氧化锌对UVB的屏蔽效果不理想，但其阻隔UVA效果优于纳米二氧化钛。为了能够有效阻隔UVA和UVB，达到全面防护的目的，在防晒化妆品中需要同时添加纳米二氧化钛和纳米氧化锌。这样会造成防晒化妆品以下问题：(1)工艺复杂、操作麻烦；(2)由于相容性原因和表面性质的差异会导致体系的团聚和絮凝。因此，需要开发一种兼具纳米二氧化钛和纳米氧化锌优点的复合粉体。

中国专利公开号为CN1729144A的专利申请公开了“由二氧化钛、氧化锌和锌/钛混合氧化物组成的粉末混合物”，其中所述粉末混合物表现出在320至400nm的UV范围内低于二氧化钛的透射率，以及在低于320nm的UV范围内低于氧化锌的透射率。但是该粉末混合物是通过火焰水解气体制备的，该专利的缺点是过程温度较高，腐蚀严重，设备材质要求较严，对工艺参数控制要求精确，一般厂家难以承受。公开号为CN101062780A的专利申请公开了利用球磨过程中产生的剪切力、冲击力破碎固相反应体系，增加反应物的比表面积，提高反应速率，从而提高成核速率和长大速率的比值，制备出微细、均匀的前驱物，然后洗涤、干燥、控制热分解温度与时间，从而可获得不同晶型、不同粒径的纳米二氧化钛及其复合粉体，同时实现纳米二氧化钛的表面包覆。此种方法的缺陷是：(1)球磨生成的二氧化钛前驱体为无定形结构的配合物，需要高温煅烧才能具有晶体结构的纳米二氧化钛。尤其是需要在750-900℃的高温下煅烧，才能制备出金红石型纳米二氧化钛，这样势必造成纳米粒子的长大和严重的团聚；(2)球磨工艺劳动强度大，操作复杂，不便于工业化和自动化生产。公开号为CN101036886A的专利申请公开了一种介孔大比表面积二氧化钛和氧化锌的制备方法，但该方法需要消耗丙烯酸和酒精，造成产品成本较高且对环境构成污染。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简便易行、低成本、无污染条件下制备团聚程度小的纳米二氧化钛-氧化锌复合粉体的方法。该方法是向纳米二氧化钛水分散液中分别加入锌盐和碳酸盐水溶液，在纳米二氧化钛粒子间通过化学沉淀法沉积碱式碳酸锌，通过热处理使碱式碳酸锌热分解在纳米二氧化钛粒子之间产生大量纳米氧化锌，同时煅烧产生二氧化碳气体使纳米粒子分开而达到防团聚的目的。

本发明所述的一种纳米二氧化钛-氧化锌复合粉体的制备方法，包括以下步骤：

1、纳米二氧化钛和碱式碳酸锌的混合浆液的制备：先将纳米二氧化钛水分散液的温度调节到30～90℃，再向纳米二氧化钛水分散液中加入锌盐水溶液，搅拌均匀后，再加入碳酸盐水溶液，直至混合液的pH值为7.0～8.5，继续搅拌30～120min；

2、过滤和洗涤：将步骤1所制备的纳米二氧化钛和碱式碳酸锌的混合浆液进行过滤，并用去离子水洗涤到滤液的电导率小于300μS/cm；

3、热处理和气流粉碎：将步骤2所得的纳米二氧化钛和碱式碳酸锌的混合物滤饼干燥，然后在300～450℃下热处理1～10h，气流粉碎，得到纳米二氧化钛-氧化锌复合粉体。

所述步骤1的纳米二氧化钛水分散液的固含量(质量百分含量)为3％～30％。

所述步骤1的锌盐为硫酸锌、氯化锌和硝酸锌中的一种，锌盐水溶液的浓度为0.5～3.0mol·L^-1。

所述步骤1的锌盐的用量以生成ZnO的质量计，占纳米二氧化钛质量的50～300％；。

所述步骤1的碳酸盐为碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾、碳酸铵和碳酸氢铵中的一种或2种。碳酸盐水溶液中浓度为0.5～2.0mol·L^-1。