工藝參數對TiO2粉體表面有機改性效果的影響

于 淼，彭淑靜，張廣謀

(遼寧工業大學 化學與環境工程學院, 遼寧 錦州 121001)

工藝參數對TiO2粉體表面有機改性效果的影響

于 淼，彭淑靜，張廣謀

(遼寧工業大學 化學與環境工程學院, 遼寧 錦州 121001)

利用兩種溶膠-凝膠工藝制備了TiO2粉體，并對TiO2表面進行有機改性。結果表明：Ⅰ號工藝更好，在實驗范圍內，適宜的有機改性條件為：改性劑為月桂酸鈉，改性時間為30 min、改性溫度為40 ℃、有機改性劑的用量為10 %、在環己烷中的親油化度值為0.61 g。

TiO2；表面改性；親油化度

納米TiO2具有低熔點、光吸收性能良好、耐化學腐蝕性、耐熱性、對人體無害等優點，廣泛應用于光催化、太陽能電池、涂料、功能陶瓷以及日用化妝品等領域[1-2]。但未經處理的納米TiO2表面具有親水性，在有機介質中不易分散，而且其粒徑的微細化往往導致團聚現象和粒徑的增加[3-4]。因此，為了改善其配伍性能，減輕團聚，TiO2粉體表面進行有機處理研究是很有意義的。本文采用溶膠-凝膠法制備TiO2粉體，并對TiO2粉體表面進行有機處理，研究TiO2粉體在有機介質中的親油化度性能。

1 實驗

1.1 TiO2光催化劑的制備與改性

將鈦酸四丁酯緩慢滴入由冰醋酸酸化的蒸餾水中，得到TiO2溶膠，分別在50 ℃和100 ℃真空干燥12 h，800 ℃焙燒2 h，研磨，得到TiO2粉體。接著對粉體進行改性，取TiO2粉體0.8 g于燒杯中，再加入40 mL水和2.4 g分散劑六偏磷酸鈉，分散打漿，用鹽酸調至一定pH值。另外取一定量的有機改性劑溶于無水乙醇，分散30 min后，緩緩倒入上述溶有TiO2的溶液中，邊攪拌邊加熱，反應一段時間后，真空抽濾，于60 ℃下干燥30 min，取出后研磨，即得改性納米TiO2粉體。

1.2 親油化度性能評價

實驗過程中，每考察一個變量對親油化度的影響時，所取TiO2粉體都是0.8 g，為了分散更均勻，將粉體倒入環己烷后超聲分散30 min，再經抽濾、烘干，稱重。通過測粉體沉降質量的多少來衡量測親油化度的好壞，沉降的質量少，親油化度好，相應的改性效果就好。

2 結果與分析

2.1 制備工藝對親油化度的影響

在圖1中(a)、(c)分別為Ⅰ號和Ⅱ號工藝TiO2粉體改性前在環己烷中的宏觀圖，(b)、(d)分別為Ⅰ號和Ⅱ號工藝TiO2粉體改性后在環己烷中的宏觀圖。由圖中看出，未改性TiO2粉體在環己烷中基本不溶，所制得TiO2粉體屬于親水性，而改性后的TiO2粉體有部分溶于環己烷。可以看出，改性后部分TiO2粉體屬于親油性。Ⅰ號工藝下，改性前TiO2粉體溶于環己烷后烘干稱其質量0.74 g，改性后TiO2粉體溶于環己烷烘干稱其質量為0.61 g；Ⅱ號工藝下，改性前TiO2粉體溶于環己烷烘干后稱其質量為0.72 g，改性后TiO2粉體溶于環己烷烘干稱其質量為0.64 g。從質量上可以推斷Ⅰ號工藝改性較好。

圖1 納米TiO2未改性及改性的宏觀照片

2.2 改性劑種類對親油化度的影響

圖2是表面改性劑對親油化度的影響，表面處理劑有四種，分別為：鈦酸酯偶聯劑、有機硅烷、月桂酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉。從柱狀圖中可以看出月桂酸鈉的沉降質量最少，說明月桂酸鈉的親油化度最大，即月桂酸鈉對TiO2粉體親油化度的影響最大，所以月桂酸鈉是最佳表面改性劑。

圖2 改性劑種類對親油化度性能的影響

2.3 改性溫度對親油化度的影響

圖3為不同改性溫度下TiO2粉體的親油化度值。可以看出，當改性溫度在40 ℃時，改性后沉降質量達到最少，說明親油化度大，改性效果好，繼續升高改性溫度，改性后的沉降質量反而增加了，該結果表明，適宜的改性溫度為40 ℃。

圖3 改性溫度對親油化度的影響

2.4 改性時間對親油化度的影響

圖4 改性時間對親油化度的影響

圖4為改性時間對親油化度的影響。可以看出，隨著改性時間的增加，TiO2粉體的剩余質量是減少的，當改性時間在30 min時，改性后剩余質量達到最少，說明在該改性時間下親油化度大，改性效果好。繼續延長改性時間，改性后的剩余質量反而增加了，在改性時間在120 min時，改性后質量有所下降，但所達到的值沒有在30 min時質量所達到的值小。月桂酸鈉對TiO2的改性主要是物理吸附，由于物理吸附速率很快，所以改性時間選30 min即可。

2.5 改性劑用量對親油化度的影響

圖5為改性劑用量對親油化度的影響。可以看出，隨著改性劑用量的增加，TiO2粉體的剩余質量是逐漸減少的，當改性劑用量達到10 %時，沉降質量達到最少，為0.61g。改性劑用量是影響改性效果最重要的因素之一，改性劑用量過小，達不到改性要求，用量過大，不僅增加成本，而且還可能引起粉體的團聚，對產品的耐水性、光澤等產生不良后果[5]。故選擇最佳改性劑用量為10 %。

圖5 改性劑用量對親油化度的影響

3 結論

采用兩種溶膠-凝膠工藝制備了二氧化鈦粉體，并采用有機改性劑對粉體進行了改性，考察了兩種制備工藝、改性劑的種類、改性溫度、改性時間和改性劑用量對二氧化鈦粉體在環己烷中親油化度性能的影響。實驗結果表明，Ⅰ號制備工藝比Ⅱ號工藝好。適宜的TiO2粉體改性工藝參數為：改性劑種類選月桂酸鈉，改性劑用量為10 %，改性溫度為40 ℃，改性時間為30 min。親油化度值為0.61 g。

[1] 尹 峰,林瑞峰,林 原,等. TiO2表面電子結構及其光催化活性[J].催化學報, 1999, 20(3): 343-346.

[2] 徐存英,段云彪. 納米二氧化鈦在防曬化妝品中的應用[J]. 云南化工, 2004, 31(3): 36-38.

[3] 王琳琳, 秦少雄, 李延明, 等. 納米TiO2的表面改性研究[J].長江大學學報, 2009, 6(4): 161-164.

[4] 李曉娥, 鄧 紅,樊 安,等. 納米TiO2粉體的表面有機處理研究[J]. 西北大學學報, 2002, 32(5): 523-525.

[5] 徐存英, 段云彪, 張鵬翔, 等. 納米二氧化鈦的表面改性研究[J]. 云南化工, 2000, 27(5): 6-7.

InfluenceofProcessParametersonSurfaceOrganicModificationofTiO2Powder

YuMiao,PengShujing，ZhangGuangmou

(Department of Chemical and Environmental Engineering, Liaoning University of Technology, Jinzhou 121001, China)

In this paper, TiO2powders were prepared by two different sol-gel methods and were modified by organic modifier. The results show that TiO2powders prepared by the first sol-gel process is better than the second one. The optimum conditions for the modification of TiO2powders are as follows: the organic modifier is sodium laurate, modification time is 30 min, modification temperature is 40 ℃, the amount of sodium laurate is 10%. Under these conditions, the degree of lipophilicity in cyclohexane is 0.61 g.

TiO2; surface modification; lipophilicity

2017-09-26

遼寧省教育廳一般研究項目(L2015236)

于 淼(1996—)，遼寧省遼陽市人，遼寧工業大學，化學工程與工藝；通訊作者：彭淑靜(1982—)，女，江西省上高縣人，遼寧工業大學講師，獲博士學位，主要從事粉體材料研究。

O 621.4

A

1008-021X(2017)22-0007-02

(本文文獻格式：于淼，彭淑靜，張廣謀.工藝參數對TiO2粉體表面有機改性效果的影響[J].山東化工，2017，46(22)：7-8.)