[发明专利]一种纳米氧化锌胶体溶液的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料的制备技术领域,尤其涉及一种纳米氧化锌胶体溶液的制备方法。

背景技术

纳米氧化锌是一种新型多功能无机半导体材料，粒径一般在1~100nm之间。当氧化锌粒径达到纳米级别后，会产生了特殊的表面效应、体积效应、量子尺寸效应，从而表现出特殊的性能。例如，与普通氧化锌相比纳米氧化锌具有优秀的非迁移性、荧光性、吸附和散射紫外线等，可广泛应用于电学、光学、磁学、化学催化等领域。利用纳米氧化锌对紫外光的吸收性能，可制备紫外探测器、LED、LD以及抗紫外纺织品。利用纳米银氧化锌光催化效用，可用于处理有机废水以及对纺织品的抗菌整理。利用氧化锌良好的压电性质，可用来制备声光调制器等压电器材。近年来，亦有人利用纳米氧化锌开发太阳能电池、纳米微型发电机等，这些都说明纳米氧化锌具有非常优秀的性质和广阔的应用前景。

和很多纳米材料的制备方法一样，纳米氧化锌的制备方法也分为物理法和化学法。物理法包括磁控溅射、球磨法、脉冲激光沉积法等，上述方法制备的纳米氧化锌具有较小的粒径和粒径分布，但是对设备要求较高。另外，对于一些特殊要求的纳米氧化锌，如核-壳结构的纳米氧化锌、特殊形貌的纳米氧化锌（纳米线、棒）、共掺杂纳米氧化锌等，物理法往往无能为力。化学法包括共沉淀法、水热反应法、溶胶-凝胶法法、电化学法等。上述制备方法对设备要求低并且可以实现纳米氧化锌的特异化，但化学法往往存在粒径难控、尺寸分散度大、容易团聚等问题，这就对化学法提出较高的要求。 

纳米银氧化锌因其具有优秀的紫外吸收和抗菌性能而广泛应用于功能化纺织品领域。纳米氧化锌纺织品的处理工艺通常是利用纳米氧化锌胶体溶液对纺织品进行后整理来得到的。纳米氧化锌在功能化纺织品领域的应用必须满足以下要求：纳米氧化锌粒径必须均匀一致且溶液稳定性高；用于分散和保护纳米氧化锌的保护剂必须对人体安全无毒，且必须符合纺织品关于表面残留物的规范（纺织品对表面活性剂含量有严格规定，故表面活性剂不宜做保护剂）；保护剂保护的纳米氧化锌必须与织物具有较好的结合能力，并具有较好的耐久性和耐洗性。显然符合上述要求的纳米氧化锌少之又少。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种安全性高、溶液稳定性高的纳米氧化锌胶体溶液。

为了更好地解决上述技术问题，本发明的技术方案为提供一种纳米氧化锌胶体溶液的制备方法，包括如下步骤：

（1）将浓度为0.001g/L～100g/L的改性纤维素水溶液与浓度为0.01～100g/L的锌盐水溶液以1：10～100：1的体积比进行混合，得到混合溶液；所述的改性纤维素为对羟丙基甲基纤维素C₂、C₃位上的仲羟基进行选择性氧化得到的二醛基羟丙基甲基纤维素；

（2）将碱性溶液缓慢滴加到混合溶液中, 控制pH值为8.5～11.5，在20℃～90℃的温度条件下搅拌1～600min，即获得平均粒径为1～100nm的纳米氧化锌胶体溶液。

本发明所述的羟丙基甲基纤维素的分子量为1000～100000。所述的锌盐水溶液为 Zn(NO₃)₂、ZnCl₂、ZnSO₄或Zn(CH₃COO)₂的水溶液中的一种。所述的碱性溶液为NH₃、NaOH、KOH、NH₂的水溶液。

本发明所述的二醛基羟丙基甲基纤维素制备方法参见文献“选择性氧化棉纤维的聚集态结构”（许云辉, 林红, 陈宇岳. [J]. 纺织学报, 2006, 27(11): 1-5）。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1、羟丙基甲基纤维素可溶于水溶液中形成高粘度的水溶液,因而对氧化锌保护性能不佳。本发明利用高碘酸钠对羟丙基甲基纤维素C₂、C₃位上的仲羟基进行选择性氧化得到的二醛基羟丙基甲基纤维素，获得大量醛基基团，导致水溶性大大增强粘度大大降低；同时，醛基基团具有高活性的共轭电子云，能够有效限制氧化锌晶体增长并能够有效结合在氧化锌晶体表面从而达到保护和分散的目的。 

2、本发明针对纺织品领域，利用具有良好安全性、生物相容性和生物降解性的改性纤维素，设计制备了一种高度稳定且对人体安全的纳米氧化锌胶体溶液。二醛基羟丙基甲基纤维素具有良好生物相容性和生物降解性，其安全性可以得到充分保证。