一种分散剂、其制备方法及其在纳米二氧化钛分散中的应用技术

本发明专利技术提供了一种分散剂、其制备方法及其在纳米二氧化钛分散中的应用，所述分散剂是将两亲性嵌段聚合物形成胶束样品后，将功能性交联剂的乙醇溶液与上述胶束样品水溶液按照1：10的质量浓度比例加入圆底烧瓶，在室温下磁力搅拌48~72小时后，得到壳交联纳米粒子样品的溶液；然后在真空度为1Pa，温度为‑60℃的条件下在冷冻干燥机上冻干后即得。在水体系中分散纳米二氧化钛采用高速搅拌及超声分散技术，由于纳米二氧化钛颗粒在中性水介质中带正电，而该分散剂既拥有能够吸附在纳米二氧化钛表面的阴离子基团，同时又拥有一定的大小可充当空间位阻，形成十几纳米的吸附层，二者的共同作用实现纳米二氧化钛稳定分散，并使其平均粒径达到70nm以下。

Dispersing agent, preparation method and application thereof in nano titanium dioxide dispersion

The invention provides a dispersing agent, its preparation method and its application in dispersed in nano titanium dioxide, the dispersant is two amphiphilic block copolymer micelle samples, ethanol solution of functional crosslinking agent and the micellar aqueous solution according to the sample concentration ratio of 1:10 into the round bottom flask, magnetic stirring at room temperature for 48~72 hours, get the solution samples and then crosslinked nanoparticles; 1Pa in vacuum, the temperature is 60 DEG C conditions in a freeze dryer is made after freeze dry. In aqueous dispersion of nano-TiO2 by high speed stirring and ultrasonic dispersion technology, the nano titanium dioxide particles are positively charged at neutral water medium, and the dispersant has both can adsorb on the surface of nano titanium dioxide anion groups, and have provided as a steric adsorption layer formed 10 nm, interaction two the realization of stable dispersion of nano titanium dioxide, and the average particle size of less than 70nm.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于新材料、分散
，具体涉及了一种壳交联型纳米分散剂及其制备方法，以及其在纳米二氧化钛分散中的应用。
技术介绍
纳米材料是指尺寸为纳米量级(10-9米)的超微颗粒，其粒径一般分布在1-100nm范围内，处于原子簇和宏观颗粒交界的过渡区域。受纳米尺度的影响，加上其具有大表面的特殊效应，因此其所表现的特性，诸如磁学性能、光学性能、化学活性、电学性能、力学性能和熔点等等，会表现出与宏观材料截然不同的性质，在很多领域均有良好的应用前景。纳米二氧化钛是一种附加值很高的功能精细无机材料。因其具备独特的颜色效应、耐化学腐蚀性、光催化作用及紫外屏蔽等优异的功能，使其广泛应用于汽车工业、化妆品、食品包装材料、光催化剂、陶瓷添加剂及电子材料等。然而，纳米材料的性能在很大程度上是依赖于纳米粒子的分散程度，但由于纳米材料的其粒径小、表面能高及较多的表面空键，在应用过程中极易发生团聚，尤其是在水性分散介质中更易凝聚成粒径较大的硬质颗粒，这将大大降低甚至消除了纳米材料的实际应用效果。因此，解决纳米二氧化钛在介质中的分散稳定性是实际应用的前提，与此同时也是将纳米二氧化钛发挥其特有功能性的关键，而开发合适的分散剂是解决其分散稳定性的关键。目前，添加高分子分散剂是常用的一种改善纳米二氧化钛在水性介质中分散性的方法，而高分子分散剂是指分子质量在数千以上，结构上具有良好溶解度的链段和锚固基团、具有表面活性的高分子化合物。因此，我们试图开发出新型分散剂提高纳米二氧化钛在水介质中的分散性。中国专利技术专利“一种包覆改性纳米二氧化钛的制备方法”(CN103980738B)公开了一种有效减少纳米粉体团聚、提高分散性的表面包覆改性纳米二氧化钛的制备方法。该方法首先采用沉淀法得到纳米二氧化钛前驱体，然后通过水热反应后得到纳米二氧化钛的母液，在母液中加入水溶性丙烯酸酯，在一定条件下反应，使水溶性丙烯酸酯在二氧化钛表面聚合，即可得到聚丙烯酸酯包覆改性的纳米二氧化钛粉体。与未改性的样品相比，改性后的纳米二氧化钛分散性有很大程度的改善，颗粒粒径明显变小，性能也有明显的提高。该专利技术首先采用特殊工艺制备的纳米二氧化钛颗粒，这对进一步广泛应用有一定的局限性，且在分散过程中仅添加小分子分散剂，对今后的长期分散稳定性有一定的影响，最后该专利技术并未提及纳米二氧化钛粉体材料在水溶液中分散后的粒径大小。中国专利技术专利“一种纳米二氧化钛粉体的分散方法”(CN1302997C)公开了一种纳米二氧化钛粉体的分散方法，其特点是把纳米二氧化钛粉体溶于添加了表面活性剂和分散剂的溶剂内，由溶剂、表面活性剂和分散剂构成的分散体系的pH为5-10，从而能够较好地控制纳米二氧化钛在溶液体系中的分散，使TiO2在分散体系中较长时间内不易团聚，颗粒粒度较小，使纳米粉体的优势得到充分发挥。该专利技术在分散过程中所应用的分散剂配比较复杂，同时还需添加表面活性剂，这么多种分散剂的复配应用将会导致纳米二氧化钛水体系出现大量气泡，为今后的应用造成了阻碍，且从分散体系粒径的颗粒大小可看出，分散体系过两周后纳米颗粒粒径增大了最少3倍，这对今后的长期分散稳定性有一定的影响。中国专利技术专利“一种高乙醇/水分散性纳米二氧化钛粉体的制备方法”(CN105439198A)公开了一种高乙醇/水分散性纳米二氧化钛粉体的制备方法，选择钛醇盐为钛源，低负电性酸根离子为稳定剂，在醇/水混合液中低温回流反应，制得纳米二氧化钛粗产物，再经过滤、洗涤、真空烘干等过程后，制得平均粒径为5nm左右的纳米二氧化钛粉体。制备的二氧化钛具有很高的分散性，既可以溶解在水中，又可以溶解在水-乙醇混合溶液中。该专利技术首先采用特殊工艺制备了粒径较小的纳米二氧化钛颗粒，这对进一步广泛应用有一定的局限性，不具有普适性，且该专利技术并未提及纳米二氧化钛粉体材料在水溶液中分散后的粒径大小。中国专利技术专利“一种纳米二氧化钛分散液的制备方法”(CN104190279A)公开了一种纳米二氧化钛分散液的制备方法，首先将锐钛型纳米二氧化钛加入到去离子水中，配制得到悬浮液；将所得到的悬浮液放入磁力搅拌器，调节搅拌速度，使二氧化钛分散均匀；再加入聚丙酰胺PAAM作为絮凝剂到上述搅拌漩涡中，并调节搅拌速度，持续搅拌，获得所述纳米二氧化钛分散液。该专利技术虽然工艺流程少，但仅通过对分散体系进行三次搅拌速度的调节将对今后的长期分散稳定性有一定的影响，与此同时在分散过程中仅添加聚丙烯酰胺单一分散剂很难对分散体系的粒径进行调节，且最后该专利技术并未提及纳米二氧化钛粉体材料在水溶液中分散后的粒径大小。
技术实现思路
针对现有技术中纳米二氧化钛分散工艺复杂，分散后因各种添加剂的引入，影响后续的使用，以及分散后的粒径很难达到纳米级别且稳定性差等问题。本专利技术提供了一种可应用于水体系纳米二氧化钛粉体材料的分散剂及其制备方法，与现有技术不同的是，本专利技术中所使用到的分散剂仅为单一壳交联型纳米材料，且并非常见的表面活性剂及分散剂等，分散剂的制备过程较为简便，且分散操作的过程耗时较短。所得到的纳米二氧化钛分散体系稳定分散性较强，不会为今后的应用造成阻碍，且分散所得到的纳米二氧化钛的尺寸可以控制在70纳米范围内。本专利技术的技术原理：采用原子转移自由基聚合合成出两亲性嵌段聚合物之后，采用功能性交联剂形成壳交联型纳米粒子，由于这类纳米粒子的壳交联形成了一层膜一般的网络结构，赋予了纳米微球的稳定性并可有效控制纳米微球的尺寸，并应用于纳米二氧化钛的分散过程中；所述该纳米粒子具有核壳结构，壳内部呈交联结构，核与壳之间通过化学键连接，稳定性强，其平均粒径分布在10-50nm。本专利技术提供了一种分散剂，该分散剂为壳交联型纳米粒子，由两亲性嵌段聚合物A与功能性交联剂B进行壳交联反应制得，两亲性嵌段聚合物A用通式(I)表示：式中R1为H或CH3；R2为H、CH3；M表示碱金属离子或者铵离子；其中a为(甲基)苯乙烯单元的平均重复单元数，b为(甲基)丙烯酸的碱金属盐或铵盐单元的平均重复单元数，其中a：b的取值范围为1～1.1；所述分散剂的合成条件为将功能性交联剂的乙醇溶液按照1:10的质量浓度比例加入两亲性嵌段聚合物A所制备形成的胶束水溶液中，在室温下磁力搅拌48～72小时；所述两亲性嵌段聚合物A所制备形成的胶束水溶液的质量浓度为0.1g/L～1g/L；所述功能性交联剂B的乙醇溶液的质量浓度为0.01g/L～0.1g/L；所述质量浓度可用单位体积溶液中所含的溶质质量数来计算，本实施例中所述聚合物的数均分子量采用高效凝胶色谱仪进行测定；所述两亲性嵌段聚合物A数均分子量为10000～30000，且PDI≦1.8。本专利技术所制备的分散剂(壳交联型纳米粒子)为白色的固体粉末，在1mg/mL-10mg/mL浓度下将其分散在水中可形成透明的溶液状态，并通过动态光散射测试证实其平均粒径分布在10-50nm。所述两亲性嵌段聚合物A由α-甲基苯乙烯(Alpha-Methylstyrene，简称AMS)或苯乙烯(Styrene，简称St)与丙烯酸(AA)、甲基丙烯酸(MAA)的钠盐(S)、钾盐(P)自由基聚合得到。该自由基反应采用常规的原子转移自由基聚合反应，可以按照公开的专利或文献所述的方法制备。所述功能性交联剂B为交联剂1,2-双(2-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分散剂，其特征在于，所述分散剂为壳交联型纳米粒子，由两亲性嵌段聚合物A与功能性交联剂B进行壳交联反应制得，两亲性嵌段聚合物A用通式（І）表示：      （І）式中R1为H或CH3；R2为H、CH3；M表示碱金属离子或者铵离子；其中a为（甲基）苯乙烯单元的平均重复单元数，b为（甲基）丙烯酸的碱金属盐或铵盐单元的平均重复单元数，其中a：b的取值范围为1～1.1；所述分散剂制备条件为将功能性交联剂的乙醇溶液按照1:10的质量浓度比例加入两亲性嵌段聚合物A的胶束水溶液中，在室温下磁力搅拌48~72小时；所述两亲性嵌段聚合物A的胶束水溶液的质量浓度为0.1g/L～1g/L；所述功能性交联剂B的乙醇溶液的质量浓度为0.01g/L～0.1g/L；所述两亲性嵌段聚合物A数均分子量为10000～30000，且PDI≦1.8。

【技术特征摘要】
1.一种分散剂，其特征在于，所述分散剂为壳交联型纳米粒子，由两亲性嵌段聚合物A与功能性交联剂B进行壳交联反应制得，两亲性嵌段聚合物A用通式（І）表示：（І）式中R1为H或CH3；R2为H、CH3；M表示碱金属离子或者铵离子；其中a为（甲基）苯乙烯单元的平均重复单元数，b为（甲基）丙烯酸的碱金属盐或铵盐单元的平均重复单元数，其中a：b的取值范围为1～1.1；所述分散剂制备条件为将功能性交联剂的乙醇溶液按照1:10的质量浓度比例加入两亲性嵌段聚合物A的胶束水溶液中，在室温下磁力搅拌48~72小时；所述两亲性嵌段聚合物A的胶束水溶液的质量浓度为0.1g/L～1g/L；所述功能性交联剂B的乙醇溶液的质量浓度为0.01g/L～0.1g/L；所述两亲性嵌段聚合物A数均分子量为10000～30000，且PDI≦1.8。2.根据权利要求1所述的分散剂，其特征在于，所述分散剂为白色的固体粉末，在1mg/mL-10mg/mL浓度下将其分散在水中可形成透明的溶液状态，并通过动态光散射测试证实其平均粒径分布在10-50nm。3.根据权利要求1所述的分散剂，其特征在于，所述两亲性嵌段聚合物A由α-甲基苯乙烯(AMS)或苯乙烯(St)与丙烯酸(AA)、甲基丙烯酸(MAA)的钠盐(S)、钾盐(P)自由基聚合得到，该自由基反应采用常规的原子转移自由基聚合反应。4.根据权利要求1所述的分散剂，其特征在于，所述功能性交联剂B为交联剂1,2-双(...

【专利技术属性】
技术研发人员：张茜，严涵，舒鑫，王衍伟，冉千平，杨勇，
申请(专利权)人：江苏苏博特新材料股份有限公司，博特建材天津有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32