[发明专利]改性纳米氧化锌透明溶胶的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种改性纳米氧化锌透明溶胶的制备方法，尤其利用化学合成法及化学表面改性法制备具有高透明度的纳米氧化锌溶胶。 

背景技术

纳米氧化锌是指晶粒尺寸在100nm以下的氧化锌微粒。由于粒子尺寸小，比表面积大，具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子遂道效应等，从而展现出许多特殊的物理、化学、表面和界面性质，在橡胶、涂料、油墨、颜填料、催化剂、高档化妆品、太阳能电池以及医药等领域展示出广阔的应用前景。但是，由于纳米氧化锌本身的极性和颗粒细微化，因此，具有极大的比表面积和较高的比表面能，使它们更容易团聚，很难在有机或无机介质中很好的分散，直接影响了纳米氧化锌的实际功效。为了降低纳米材料的表面极性，提高纳米粒子在介质中的分散能力和亲和力，扩大纳米材料的应用范围，目前主要的方法是对纳米氧化锌进行表面改性或制成高分散的分散液和溶胶。 

长期以来，用作添加剂的纳米氧化锌分散液或胶体，尤其是高浓度的分散液或胶体，在长期贮存中由于易相互团聚而凝胶化或形成沉淀物，从而影响其对制品的性能，也不利于长期贮存；此外，现有纳米氧化锌分散液或胶体由于透明度不好，甚至不透明，对制品的光学性能有影响而限制其应用。因此迫切希望能提供一种稳定的、高浓度的、高透明的纳米氧化锌分散胶体，以易于贮存和运输；而且生产这种纳米氧化锌胶体的方法即简单又便宜。 

目前，最常制备透明氧化锌溶胶的方法为Spanhel等人(J.Am.Chem.Soc.，1991，113：2826-2833)提出的溶胶-凝胶法，他们先将醋酸锌溶解于乙醇中，配成Zn²⁺浓度为0.1mol/L的乙醇溶液0.5L，在磁搅拌下于80℃加热180分钟，并将乙醇蒸汽冷凝于一收集瓶中，所得混合物以乙醇再稀释至0.5L，加入与醋酸锌摩尔比为1.4∶1的氢氧化锂。接着在0℃下超声波震荡10分钟，获得透明的氧化锌溶胶，此时溶液pH值约8.2，粒子的表面电位约为中性，所得溶胶的氧化锌含量为0.2～1wt％，更高时会产生沉淀，而且所用氢氧化锂的价格较昂贵，因此工业价值不高。 

另有文献(J.Phys.Chem.，1987，91：3789-3798)报道，将1mmol的醋酸锌在50℃下剧烈搅拌溶解在80-90ml的异丙醇中后，将总体积稀释至920ml，再于0℃下一边持续搅拌一边快速地加入同样在50℃下溶解的80ml的氢氧化钠/异丙醇溶液，再以65℃水浴加热2小时，再于室温下老化3天后在30℃、133Pa的压力下真空干燥即可制备出可在异丙醇或水中分散的氧化锌透明分散液，但此制备方法的氧化锌浓度只有约0.01wt％，在工业应用上并不实际。 

Womelsdorf等人的发明(US 6710091及台湾专利I225470)揭示了一种可再分散的纳米氧化锌凝胶制备，将醋酸锌溶解于甲醇，或将氧化锌溶解在醋酸、甲醇和去离子水的混合溶液中，加热溶解，加碱反应形成混浊液，然后沉降，移去上清液，再加入新鲜甲醇，搅拌约50分钟，沉降移去上清液，再一次加入新鲜甲醇，搅拌约50分钟，离心移去上清液，得氧化锌凝胶。所得凝胶为粒径小于15nm的纳米氧化锌，可分散于二氯甲烷或氯仿形成半透明溶胶，并可分散于乙二醇、水与三乙醇胺的混合溶液得黄色半透明溶胶。但实施例中所用的醇类溶剂为甲醇，而甲醇不但具有毒性且易挥发，对人体有害，且所得产品透明度不太高。 

国内专利CN 1511889，揭示了一种表面改性纳米氧化锌水分散体的制备方法，先纳米氧化锌粉体分散在水中，然后在其表面沉积一层水合氧化物(如水合SiO₂、水合Al₂O₃、水合Fe₂O₃)，再加入硅烷偶联剂、水溶性聚合物乳液和水，搅拌混合均匀而得到水分散体，该分散体为不透明的分散液，且在底部均有沉淀。美国专利US 7348029利用聚乙二醇酸或其低聚物为表面改性剂对纳米氧化锌粉体进行改性来制备水分散液，却也不能实现分散液的透明性，这与本发明的内容不同。 

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的问题，提供一种纳米氧化锌透明溶胶的制备及其改性方法，从而获得改性纳米氧化锌透明溶胶。 

为了实现以上目的，本发明通过以下步骤实现。 

(1)透明纳米氧化锌溶胶的制备