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纳米TiO_2/滑石复合粉体的制备及其紫外屏蔽性能研究

作　者: 刘鹏
导　师: 徐明霞
学　校: 天津大学
专　业: 材料学
关键词: 纳米TiO2/滑石粉复合粉体均一沉淀法紫外屏蔽醇酸清漆
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 203次
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内容摘要

纳米TiO2作为无机紫外屏蔽剂的代表具有良好的抗紫外性能,已被应用于涂料、塑料、化妆品等行业。但是,在使用过程中纳米TiO2粒子容易团聚,不能很好的展现纳米特性。本文以工业用TiOSO4、滑石粉、尿素为主要原料,采用液相均一沉淀法,实现了TiO2在滑石上的纳米沉积包覆。所制备的纳米TiO2/滑石复合粉体在醇酸清漆中显示出了良好的紫外屏蔽性能,展现了纳米TiO2的特性。研究了TiO2/滑石复合粉体的制备工艺条件,实验表明选择适当的工艺参数,可实现TiO2粒子在滑石上的纳米级包覆。主要实验工艺参数如下:TiOSO4浓度为0.02～0.10mol/L,[CO(NH2)2]/[TiOSO4]为10～15:1,反应温度为70℃,反应初始pH值约为1,加料速度为1～2ml/min,反应时间为3个小时,洗涤、过滤、80℃干燥后,800℃煅烧1h。运用静电吸附—多核钛离子生长原理,分析了TiOSO4的水解机理及其在滑石上形成沉淀的过程。从热力学角度分析了TiO2在滑石粉上的异相成核,并对TiO2粒子在滑石粉上的分散形态—岛状堆积和层状沉积并存进行了分析,提出了二氧化钛粒子在滑石粉表面的生长模式:岛状生长为主,伴随层状生长。研究了纳米TiO2/滑石复合粉体在醇酸清漆中的分散,以及此改性清漆漆膜的制备;研究了改性清漆漆膜的紫外屏蔽性能和可见光透过性。实验表明,偶联剂的用量约为复合粉体质量的50%时,复合粉体在清漆中能够良好分散;载玻片经过300℃、0.5h的预处理,提高了漆膜和载玻片的附着力;采用多次涂膜的方式能够显著改善漆膜在载玻片上的铺展性。当TiOSO4浓度为0.02～0.06mol/L、[CO(NH)2]/[TiOSO4]为15:1时所制的复合粉体,添加量为清漆质量的3%时,改性清漆漆膜具有较好的紫外屏蔽能力和可见光透过性。分析并提出了复合粉体在漆膜中吸收、散射和反射共同作用的紫外屏蔽机理。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章文献综述  8-22
  1.1 前言  8-9
  1.2 紫外线的危害  9-11
    1.2.1 紫外线对人体的危害  9
    1.2.2 紫外线对塑料、涂料等有机制品的危害  9-11
  1.3 紫外屏蔽剂的分类及其作用原理  11-15
    1.3.1 有机类紫外屏蔽剂  11-12
    1.3.2 无机类紫外屏蔽剂  12-15
      1.3.2.1 传统无机类紫外屏蔽剂  12
      1.3.2.2 无机纳米紫外屏蔽剂  12
      1.3.2.3 无机纳米氧化物的紫外屏蔽机理  12-15
    1.3.3 复合类紫外屏蔽剂  15
  1.4 纳米TiO_2紫外屏蔽剂  15-17
    1.4.1 纳米二氧化钛简介  15-16
    1.4.2 纳米二氧化钛作为紫外屏蔽剂的特点  16
    1.4.3 纳米TiO_2的表面改性  16-17
      1.4.3.1 无机包覆对纳米TiO_2表面进行处理  16-17
      1.4.3.2 有机包覆对纳米TiO_2表面进行处理  17
  1.5 纳米TiO_2/矿物微粉复合粉体综述  17-19
    1.5.1 云母钛珠光颜料  17-18
    1.5.2 其它纳米TiO_2/矿物微粉复合粉体的研究  18
    1.5.3 无机纳米氧化物/矿物微粉复合粉体的制备  18-19
  1.6 纳米TiO_2/滑石复合粉体紫外屏蔽剂  19-22
    1.6.1 滑石粉简介  19-21
    1.6.2 本课题研究意义  21-22
第二章实验  22-26
  2.1 纳米TiO_2/滑石复合粉体的制备  22-23
    2.1.1 实验原料  22
    2.1.2 实验工艺  22
    2.1.3 纳米TiO_2/滑石复合粉体的配方设计  22-23
    2.1.4 复合粉体试样表征  23
  2.2 纳米TiO_2/滑石复合粉体改性醇酸清漆漆膜的制备  23-26
    2.2.1 实验原料  24
    2.2.2 实验工艺  24
    2.2.3 改性清漆漆膜的配方设计  24-25
    2.2.4 改性清漆漆膜表征  25-26
第三章纳米TiO_2/滑石复合粉体的制备、表征和机理分析  26-45
  3.1 影响复合粉体中纳米TiO_2形态的因素  26-33
    3.1.1 TiOSO_4浓度的影响  26-28
    3.1.2 尿素与硫酸氧钛浓度之比的影响  28-29
    3.1.3 温度的影响  29-31
    3.1.4 反应时间的影响  31
    3.1.5 pH 值的影响  31-32
    3.1.6 其它影响因素  32-33
  3.2 复合粉体的表征  33-38
    3.2.1 悬浮液中复合粉体的分散状况  33-34
    3.2.2 复合粉体的外观  34-35
    3.2.3 X 射线衍射分析  35
    3.2.4 热重和差热（TG-DTA）分析  35-36
    3.2.5 能谱和电镜分析  36-38
  3.3 机理讨论  38-44
    3.3.1 TiOSO_4在滑石粉-水悬浮体系中的水解机理  38-40
    3.3.2 TiO_2在片状滑石上成核的热力学分析  40-42
    3.3.3 纳米TiO_2在片状滑石上沉积形态分析  42-44
  3.4 本章小结  44-45
第四章纳米TiO_2/滑石复合粉体紫外屏蔽性能研究  45-57
  4.1 影响改性清漆漆膜质量的因素  45-47
    4.1.1 载玻片的处理对漆膜的影响  45
    4.1.2 偶联剂的用量对漆膜的影响  45
    4.1.3 干燥方式对漆膜的影响  45-46
    4.1.4 涂覆方式对漆膜的影响  46
    4.1.5 醇酸稀料对漆膜的影响  46
    4.1.6 改性清漆静置对漆膜的影响  46-47
  4.2 纳米TiO_2/滑石复合粉体在清漆中的紫外屏蔽机理  47-50
    4.2.1 纳米TiO_2/滑石复合粉体的构成  47-48
    4.2.2 漆膜中复合粉体对紫外线的吸收  48-49
    4.2.3 漆膜中复合粉体对紫外线的散射  49-50
    4.2.4 漆膜中复合粉体对紫外线的反射  50
  4.3 复合粉体中TiO_2粒径对漆膜紫外屏蔽性能的影响  50-52
  4.4 纳米TiO_2/滑石复合粉体对漆膜紫外屏蔽性能的影响  52-55
    4.4.1 不同复合粉体添加量对漆膜紫外屏蔽性能的影响  52-53
    4.4.2 不同TiOSO_4浓度对漆膜紫外屏蔽性能的影响  53-54
    4.4.3 不同[CO_2(NH_2)_2]/[TiOSO_4]对漆膜紫外屏蔽性能的影响  54-55
  4.5 改性清漆漆膜物理性能测试  55
  4.6 本章小结  55-57
第五章结论  57-59
参考文献  59-64
发表论文情况说明  64-65
致谢  65

纳米TiO_2/滑石复合粉体的制备及其紫外屏蔽性能研究

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