[发明专利]一种低团聚,双亲性纳米氧化锌的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米氧化锌制备技术领域，具体涉及纳米氧化锌的制备方法。

背景技术

纳米氧化锌为白色粉体，密度约为5.47g/cm3，比表面积大于12m²/g，呈针状或球状结晶，是一种新型精细无机产品。由于其尺寸介于原子簇和宏观微粒之间，具有小尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应等许多宏观材料所不具有的特殊性质，显示出诸多特殊性能(如压电性、荧光性、无毒和非迁移性、吸收和散射紫外线能力等)和用途，它在磁、光、电、敏感、抗菌消毒、紫外线屏蔽等方面具有普通氧化锌产品所部具备的特殊功用，是一种应用前景广阔的新型功能材，可广泛应用于陶瓷，玻璃，涂料，日用化妆品等领域。

现有纳米氧化锌的制备方法，如申请号为200910067985.9的“用天然多糖制备纳米氧化锌复合分体的方法”专利，公开的方法是：先将淀粉或羧甲基纤维素溶解于热水中后，再加入到硝酸锌溶液中，然后滴加氢氧化钠溶液，最后经离心分离，干燥而得产品。该方法的主要缺点是：用的淀粉或羧甲基纤维素作改性剂反应活性较低，主要以物理吸附的方式覆盖在纳米氧化锌颗粒表面，改性剂与纳米颗粒的表面作用弱，当将改性纳米颗粒加入油漆树脂等有机介质时，被吸附的淀粉或羧甲基纤维素改性剂容易从纳米颗粒表面脱附下来而造成纳米颗粒的重新聚团，从而降低了材料的性能。又如申请号为201010224226.4的“一种利用CDI催化酰胺化反应偶合接枝纳米氧化锌的制备方法”专利，公开的方法是：将纳米氧化锌先用氨基硅烷偶联剂KH-550进行表面活性处理，再与用CDI活化后的硬脂酸进行耦合接枝反应，然后经过滤，索氏提取及干燥而得产品。该方法的主要缺点是：需要对纳米氧化锌进行充分散，改性过程流程过长，能耗过多，不利于清洁生产，而且经过改性的纳米氧化锌仅在有机溶剂中良好的分散性，使用范围较窄。

发明内容

本发明的目的是针对现有纳米氧化锌制备方法的不足之处，提供一种低团聚、双亲性的纳米氧化锌制备方法，具有设备简单，投资小，工艺流程短，能耗低且无污染，产品应用范围广等特点。

本发明的机理：本发明通过在采用以硝酸锌作为锌源，氢氧化钠作为碱源的制备纳米氧化锌制备工艺中，加入硅烷偶联剂进行预处理，再与经过活化了的纤维素反应。这样产生以下的作用：一方面，表面活性剂在接枝到氢氧化锌表面产生空间位阻作用，使氧氧化锌粉体间无法靠近接触，减少了颗粒团聚几率；同时也降低氢氧化锌在分解过程中产生的ZnO的团聚和长大。另一方面，由于改性的纳米氧化锌其上接枝有长碳链的纤维素，在有机溶剂中具有良好的溶解性；并且接枝上的纤维索还有大量的羟基，因此该纳米氧化锌同时也能在水溶剂中溶解，具备双亲性。

实现本发明目的的技术方案是：一种低团聚、双亲性的纳米氧化锌制备方法，以纤维素、活化剂、硝酸锌、尿素等为原料，先对纤维素进行活化，后制备纳米氧化锌前驱体并对其进行偶合、接枝及洗涤、提取、干燥的简单工艺而制得产品。其具体步骤如下：

(1)纤维素的活化

以纤维素和活化剂为原料，按照纤维素的质量(g)∶活化剂的质量(g)∶甲苯溶液中甲苯的质量(g)∶N，N二甲基甲酰胺溶液中N，N二甲基甲酰胺的质量(g)之比为1∶0～1.5∶20～60∶10～50的比例在三口容器设备中，先将甲苯溶液加入到N，N二甲基甲酰胺溶剂中，搅拌均匀，再向混合液中加入纤维素，并在氮气的保护下加入活化剂后，升温至25～80℃，搅拌反应2～8h，停止加热，然后自然冷却至室温，进行抽滤，分别收集滤液和滤饼。将收集的滤液进行蒸馏回收，重复利用。然后按照滤饼∶蒸馏水洗涤剂的体积比为1∶3～5的比例，用蒸馏水洗涤剂对滤饼进行洗涤3～5次，分别收集洗涤液和洗涤后的滤饼。最后对收集的洗涤液，进行蒸馏后回收利用；将洗涤后的滤饼放入到烘箱中，在80～150℃下，干燥2～6h，制得活化的纤维素。其中：纤维素为羧甲基纤维素或羟乙基纤维素或羟丙基甲基纤维素或甲基纤维素或乙基纤维素；活化剂为N，N’-羰基二咪唑或甲苯二异氰酸酯或异氰酸氯磺酸酯或甲基异氰酸酯。

(2)氢氧化锌前驱体的制备

第(1)步完成后，将硝酸锌溶液加入三口容器设备中，边搅拌边滴加尿素溶液，其中硝酸锌溶液中硝酸锌的摩尔数∶尿素溶液中尿素的摩尔数为1∶1～3的比例，然后搅拌反应2～6h，制得氢氧化锌前驱体溶液。

(3)氢氧化锌前驱体偶合反应