基本信息
- 项目名称：
- 纳米二氧化钛（TiO2）粉体表面的修饰
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 通过选用硬脂酸为改性剂，对纳米TiO2进行表面改性，成功地制备出了30 nm 以下的经过硬脂酸修饰的锐钛型的TiO2, 使其性能发生明显的变化, 如增加颜料的水分散性和提高颜料的遮盖力等。
- 详细介绍：
- TiO2是最重要的无机材料之一，具有较强的光催化性，做为添加剂加入到化妆品、化纤、塑料等有机体系中，在光的照射下，极易引起周围有机介质降解和变色。为增加其稳定性，同时提高其在基体中的分散性能，需要对其进行表面改性。本文采用硬脂酸作为TiO2改性剂，通过液相改性, 成功地制备出经过硬脂酸修饰的锐钛型纳米TiO2粉体,研究硬脂酸作为改性剂对TiO2性能的影响。通过亲油化度测量及沉降实验表明，经由硬脂酸改性的纳米二氧化钛粉体，其亲油性和在水中的分散性都有明显提高。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目的：纳米TiO2作为一种新型的高性能无机材料，有着传统材料无法比拟的独特的物理、化学特性，但纳米TiO2是一种强极性物质，不易在非极性或者低极性的有机介质中均匀分散。因而为了扩大纳米TiO2的应用范围，需要对其进行表面改性。 基本思路：通过选用硬脂酸为改性剂，对纳米TiO2进行表面改性，成功地制备出了30 nm 以下的经过硬脂酸修饰的锐钛型的TiO2, 使其性能发生明显的变化。
科学性、先进性及独特之处
- 科学先进性： 1）未经改性的纳米TiO2表面呈亲水性，适合在极性体系中应用。经有机改性后TiO2在有机溶剂中体现出很好的相容性与分散性，且不易团聚。大大拓宽了TiO2的适用范围。 2）用化学法制备纳米TiO2后再进行表面改性处理,其优点是表面改性不会对颗粒的晶型和制备过程产生影响，可以用有机物改性方法来改善纳米TiO2颗粒表面的润湿性和分散性。
应用价值和现实意义
- 纳米TiO2具有许多优异的性质，特别是在颜色效应、光催化作用、紫外线屏蔽上有着显著的性能。改性后的TiO2更是拓宽了在汽车、环保、杀菌、防晒化妆品等行业的应用前景。
学术论文摘要
- TiO2是最重要的无机材料之一，具有较强的光催化性，做为添加剂加入到化妆品、化纤、塑料等有机体系中，在光的照射下，极易引起周围有机介质降解和变色。为增加其稳定性，同时提高其在基体中的分散性能，需要对其进行表面改性。本文采用硬脂酸作为TiO2改性剂，通过液相改性, 成功地制备出经过硬脂酸修饰的锐钛型纳米TiO2粉体,研究硬脂酸作为改性剂对TiO2性能的影响。通过亲油化度测量及沉降实验表明，经由硬脂酸改性的纳米二氧化钛粉体，其亲油性和在水中的分散性都有明显提高。
获奖情况
- 作品在2011年在“挑战杯”山东科技大学第六届学生课外学术科技作品竞赛中荣获校级二等奖。
鉴定结果
- 无
参考文献
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同类课题研究水平概述
- 纳米TiO2按表面改性剂分为无机改性和有机改性。 国内外无机表面改性主要采取溶胶-凝胶法和异质絮凝法。一般以云母粉、钛白粉、氧化锌等为核体，通过表面包覆导电层的方法，来制备导电粉体。纳米TiO2粒子小，具有良好的透明性和紫外线屏蔽性，对开发具有紫外线屏蔽性、导电性和透明性等多功能的无机导电粉体具有十分重要的意义。在生活中，对TiO2的修饰主要采取有机改性来实现。 在国内外有机表面改性的研究进展中，R.J.Nussbaumer等利用十二烷基苯磺酸钠对金红石型纳米TiO2进行表面修饰，所得产品在甲苯中几乎透明，但却可在很广的波段范围内吸收紫外线，提高了纳米TiO2的紫外线屏蔽功能。出光兴产公司开发的纳米TiO2，用二氧乙酸酯钛酸酯、月桂酸钠、乙烯基三乙氧基硅烷等表面改性剂对其改性，使纳米TiO2亲油度提高，用于树脂中也增强了紫外线的屏蔽能力。帝国公司则用TiOSO4水解得到TiO2，然后用硬脂酸钠、三乙醇胺处理，使其透明性与紫外线屏蔽效果也都得到了提高。 纳米TiO2应用的体系不同，选用的表面改性剂也有所不同，主要分为表面活性剂和偶联剂两类。邹玲等利用溶胶-凝胶法在混合溶剂中制备了硬脂酸表面修饰TiO2纳米粒子，对所合成的纳米粒子通过FT-IR，XPS，XRD和TEM对结构进行表征。证明了表面修饰层的存在，并且是羧酸根与无机内核以双齿配位形式结合。无机内核的结晶度虽低，但可确定为锐钛矿成分。提出了表面修饰纳米粒子的形成机理，认为在体系中硬脂酸和水之间发生竞争反应，其过程类似于聚合-阻聚反应，给出了硬脂酸表面修饰纳米TiO2粒子的结构模型。目前，利用脂肪酸或表面活性剂对纳米TiO2进行有机表面改性的研究较多，而采用硅烷偶联剂对纳米TiO2进行有机表面改性的研究较少，且大多数研究是在有机溶剂中采用硅烷偶联剂对无机材料进行有机表面改性。姚超等首先利用氧化硅对金红石型纳米TiO2进行无机表面处理，然后在水溶液中再用硅烷偶联剂(KH-550)对纳米TiO2进行有机表面改性，经包覆后的粉体显著改善了其在不饱和聚酯和聚烯烃中的湿润状态，并提高了材料的力学性能。
