工艺参数对TiO2粉体表面有机改性效果的影响

于 淼，彭淑静，张广谋

(辽宁工业大学 化学与环境工程学院, 辽宁 锦州 121001)

工艺参数对TiO2粉体表面有机改性效果的影响

于 淼，彭淑静，张广谋

(辽宁工业大学 化学与环境工程学院, 辽宁 锦州 121001)

利用两种溶胶-凝胶工艺制备了TiO2粉体，并对TiO2表面进行有机改性。结果表明：Ⅰ号工艺更好，在实验范围内，适宜的有机改性条件为：改性剂为月桂酸钠，改性时间为30 min、改性温度为40 ℃、有机改性剂的用量为10 %、在环己烷中的亲油化度值为0.61 g。

TiO2；表面改性；亲油化度

纳米TiO2具有低熔点、光吸收性能良好、耐化学腐蚀性、耐热性、对人体无害等优点，广泛应用于光催化、太阳能电池、涂料、功能陶瓷以及日用化妆品等领域[1-2]。但未经处理的纳米TiO2表面具有亲水性，在有机介质中不易分散，而且其粒径的微细化往往导致团聚现象和粒径的增加[3-4]。因此，为了改善其配伍性能，减轻团聚，TiO2粉体表面进行有机处理研究是很有意义的。本文采用溶胶-凝胶法制备TiO2粉体，并对TiO2粉体表面进行有机处理，研究TiO2粉体在有机介质中的亲油化度性能。

1 实验

1.1 TiO2光催化剂的制备与改性

将钛酸四丁酯缓慢滴入由冰醋酸酸化的蒸馏水中，得到TiO2溶胶，分别在50 ℃和100 ℃真空干燥12 h，800 ℃焙烧2 h，研磨，得到TiO2粉体。接着对粉体进行改性，取TiO2粉体0.8 g于烧杯中，再加入40 mL水和2.4 g分散剂六偏磷酸钠，分散打浆，用盐酸调至一定pH值。另外取一定量的有机改性剂溶于无水乙醇，分散30 min后，缓缓倒入上述溶有TiO2的溶液中，边搅拌边加热，反应一段时间后，真空抽滤，于60 ℃下干燥30 min，取出后研磨，即得改性纳米TiO2粉体。

1.2 亲油化度性能评价

实验过程中，每考察一个变量对亲油化度的影响时，所取TiO2粉体都是0.8 g，为了分散更均匀，将粉体倒入环己烷后超声分散30 min，再经抽滤、烘干，称重。通过测粉体沉降质量的多少来衡量测亲油化度的好坏，沉降的质量少，亲油化度好，相应的改性效果就好。

2 结果与分析

2.1 制备工艺对亲油化度的影响

在图1中(a)、(c)分别为Ⅰ号和Ⅱ号工艺TiO2粉体改性前在环己烷中的宏观图，(b)、(d)分别为Ⅰ号和Ⅱ号工艺TiO2粉体改性后在环己烷中的宏观图。由图中看出，未改性TiO2粉体在环己烷中基本不溶，所制得TiO2粉体属于亲水性，而改性后的TiO2粉体有部分溶于环己烷。可以看出，改性后部分TiO2粉体属于亲油性。Ⅰ号工艺下，改性前TiO2粉体溶于环己烷后烘干称其质量0.74 g，改性后TiO2粉体溶于环己烷烘干称其质量为0.61 g；Ⅱ号工艺下，改性前TiO2粉体溶于环己烷烘干后称其质量为0.72 g，改性后TiO2粉体溶于环己烷烘干称其质量为0.64 g。从质量上可以推断Ⅰ号工艺改性较好。

图1 纳米TiO2未改性及改性的宏观照片

2.2 改性剂种类对亲油化度的影响

图2是表面改性剂对亲油化度的影响，表面处理剂有四种，分别为：钛酸酯偶联剂、有机硅烷、月桂酸钠、十二烷基苯磺酸钠。从柱状图中可以看出月桂酸钠的沉降质量最少，说明月桂酸钠的亲油化度最大，即月桂酸钠对TiO2粉体亲油化度的影响最大，所以月桂酸钠是最佳表面改性剂。

图2 改性剂种类对亲油化度性能的影响

2.3 改性温度对亲油化度的影响

图3为不同改性温度下TiO2粉体的亲油化度值。可以看出，当改性温度在40 ℃时，改性后沉降质量达到最少，说明亲油化度大，改性效果好，继续升高改性温度，改性后的沉降质量反而增加了，该结果表明，适宜的改性温度为40 ℃。

图3 改性温度对亲油化度的影响

2.4 改性时间对亲油化度的影响

图4 改性时间对亲油化度的影响

图4为改性时间对亲油化度的影响。可以看出，随着改性时间的增加，TiO2粉体的剩余质量是减少的，当改性时间在30 min时，改性后剩余质量达到最少，说明在该改性时间下亲油化度大，改性效果好。继续延长改性时间，改性后的剩余质量反而增加了，在改性时间在120 min时，改性后质量有所下降，但所达到的值没有在30 min时质量所达到的值小。月桂酸钠对TiO2的改性主要是物理吸附，由于物理吸附速率很快，所以改性时间选30 min即可。

2.5 改性剂用量对亲油化度的影响

图5为改性剂用量对亲油化度的影响。可以看出，随着改性剂用量的增加，TiO2粉体的剩余质量是逐渐减少的，当改性剂用量达到10 %时，沉降质量达到最少，为0.61g。改性剂用量是影响改性效果最重要的因素之一，改性剂用量过小，达不到改性要求，用量过大，不仅增加成本，而且还可能引起粉体的团聚，对产品的耐水性、光泽等产生不良后果[5]。故选择最佳改性剂用量为10 %。

图5 改性剂用量对亲油化度的影响

3 结论

采用两种溶胶-凝胶工艺制备了二氧化钛粉体，并采用有机改性剂对粉体进行了改性，考察了两种制备工艺、改性剂的种类、改性温度、改性时间和改性剂用量对二氧化钛粉体在环己烷中亲油化度性能的影响。实验结果表明，Ⅰ号制备工艺比Ⅱ号工艺好。适宜的TiO2粉体改性工艺参数为：改性剂种类选月桂酸钠，改性剂用量为10 %，改性温度为40 ℃，改性时间为30 min。亲油化度值为0.61 g。

[1] 尹 峰,林瑞峰,林 原,等. TiO2表面电子结构及其光催化活性[J].催化学报, 1999, 20(3): 343-346.

[2] 徐存英,段云彪. 纳米二氧化钛在防晒化妆品中的应用[J]. 云南化工, 2004, 31(3): 36-38.

[3] 王琳琳, 秦少雄, 李延明, 等. 纳米TiO2的表面改性研究[J].长江大学学报, 2009, 6(4): 161-164.

[4] 李晓娥, 邓 红,樊 安,等. 纳米TiO2粉体的表面有机处理研究[J]. 西北大学学报, 2002, 32(5): 523-525.

[5] 徐存英, 段云彪, 张鹏翔, 等. 纳米二氧化钛的表面改性研究[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

辽宁省教育厅一般研究项目(L2015236)

于 淼(1996—)，辽宁省辽阳市人，辽宁工业大学，化学工程与工艺；通讯作者：彭淑静(1982—)，女，江西省上高县人，辽宁工业大学讲师，获博士学位，主要从事粉体材料研究。

O 621.4

A

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

(本文文献格式：于淼，彭淑静，张广谋.工艺参数对TiO2粉体表面有机改性效果的影响[J].山东化工，2017，46(22)：7-8.)