纳米二氧化钛的包覆及其成纸耐候性的研究
Cladding of nanomaterial titanium dioxide and its research into paper weather ability
张建平，张 川，张 千（河北麦森钛白粉有限公司，河北 石家庄 050000）

 
摘要：
      本文研究了在纳米二氧化钛颗粒表面包覆氧化铈的耐候性，采用成纸检测评价了其耐候性。研究表明，氧化铈包覆其耐候性显著高于未包覆二氧化钛约达到1.8%。
Abstract:We studied in titanium dioxide nanomaterial's weather ability ,which is coated on the surface of cerium oxide ,Applying the paper evaluated its weather resistance.Studies show that cerium oxide coated the weather than not coated titanium dioxide is significantly higher about 1.8%.
关键词：纳米二氧化钛 耐候性 无机包覆 氧化铈
Keywords: nanomaterial TiO2   weather ability    Inorganic coating    cerium oxide
 
1 引言
       纳米二氧化钛，从它的外观上看，这是一种颜色为白，粉末状的产品。它在抵抗细菌、紫外屏蔽、耐候性上，是有水准以上的良好性能的。纳米TiO₂，有相对较小的颗粒直径，较大的比表面积，能够充分地和涂料体系中的聚合物胶体作用，界面间的粘合强度大，是可以一定程度上改善纸质的^【1】。本文利用无机包膜改性技术，在纳米二氧化钛表面形成致密的氧化铈膜，以达到改善二氧化钛在成纸中抗粉化能力，和提高耐候性的目的，进而进行了改性二氧化钛成纸耐候性测试。
 
2 实验部分
2.1 实验材料
表2.1—实验试剂一览表

药品	分子式	纯度	分子量	生产单位
硝酸	HNO3	分析纯	63	梁山畅茂新材料有限公司
纯水	H2O	分析纯	18	自制
碳酸铈	Ce(CO3)2	99.99%	218.1396	梁山畅茂新材料有限公司
二氧化钛	TiO2	>93%	79.87	河北麦森钛白粉有限公司
六偏磷酸钠	(NaPO3)6	99%	611.77	廊坊鹏彩精细化工有限公司
氢氧化钠	NaOH	分析纯	40	梁山畅茂新材料有限公司

2.2 实验设备
表2.2—实验设备一览表

仪器	型号/规格	生产单位
循环水式多用真空泵	SHZ-D(III)	汉斯威尔科技有限公司
高压反应釜	CJF	威海宏协化工机械有限公司
烧杯	500ml	深圳市兴鸿联科技有限公司
超声波清洗器	KQ-200KDE	昆山超声波有限公司
气流粉碎机	RT-25	常州德杜精密仪器有限公司
电子分析天平	JJ224BC	常熟市双杰测试仪器厂
白度测定仪	Byes	上海邦亿精密量仪有限公司
恒温干燥箱	RYZGX-30	上海茸研仪器有限公司

2.3 试验方法
（1）称取250g的纳米二氧化钛，取用六偏磷酸钠作实验的分散剂，质量是0.75g，
     两者混合，制成浓度在250g/L的浆料；
（2）称取2.5g的碳酸铈，置于硝酸中，酸碱滴定，配成2.5g/L的硝酸铈溶液；
（3）选取适当的包膜容器，置入200ml的浆料，搅拌，接着，将硝酸铈溶液加入到
     分散的浆料中，调节温度在75℃，采用稀氢氧化钠溶液调节pH=9，该步骤在
     一小时内缓慢完成；
（4）降低温度，减压抽滤，直至pH=7停止，在100℃的干燥箱中干燥过夜；
（5）通过气流粉碎机得到铈包膜的纳米二氧化钛。
 
3 结果与讨论
3.1 电镜分析

   
 可以看得，样品颗粒大小均一，颗粒直径近似在79nm，呈现出椭球型，表面相对圆滑，没有明显缺陷阴影，即氧化铈包覆效果良好，形成了致密包覆，膜的厚度约在8nm左右，团聚现象不明显。
3.2 包覆成膜机制
  无机包膜改性，通过遮盖、填补粒子表面晶格缺陷，从而改善颗粒抗粉化、耐候性能的。浆料在一定pH值下，体系会生成水合氧化铈，生成物会被吸附到缺陷处。这是因为TiO2表面，存在着结构缺陷，即表面有一定数量的羟基，在具有的一定量的活化能作用下，就能够吸附水合氧化铈，简单来说，这个物理吸附，过程是快速的^【2】。另外，膜生长过程，也是一种陈化进程，进程是在包膜速度不同下进行的。在一定条件下，在表层的水合氧化铈凝胶化，成为了氧化铈膜，之后，凝胶膜由里向外的变厚，脱水后，生成均匀致密的无机氧化铈膜^【3】。
3.3 成纸检测
表3.3—成纸检测一览表

填料种类	空白	二氧化钛	二氧化钛	改性二氧化钛	改性二氧化钛
填料用量/%	——	15	45	15	45
留着率/%	——	81.9	85.8	83.3	87.5
不透明度/%	81.8	97.2	97.9	99.0	99.2
白度/%	71.7	86.1	88.2	87.7	90.0
抗张指数(N·m2/g)	69.4	42.9	13.7	43.7	13.9
耐破指数(KPa·m2/g)	3.83	3.21	1.04	3.28	1.06
紧度(g/cm3)	0.61	0.65	0.58	0.66	0.59

    由表知，二氧化钛的白度是相对较高的，改性后的二氧化钛相对于未改性的白度值是较大的，除紧度外的其他四项亦是如此，紧度未有明显变化。植物纤维交互相织制备得到了纸，纤维本身强度，纤维间的结合强度等等，决定了纸的抗张指数、耐破指数^【4】。加入氧化铈包覆的二氧化钛，关于纤维之间的结合能力，影响着成纸的强度，正比关系。从实验结果来看，铈包覆量在1%时，相对于未包覆的二氧化钛在成纸方面的耐候性要强上1.8%。
结论
1、纳米二氧化钛表面在一定pH值下，是能够包覆上致密良好的氧化铈膜的。
2、在成纸检测中，对比氧化铈包覆的二氧化钛和未包膜的二氧化钛，可以得出，前者相较于后者在耐候性方面，其性能大约能够提高1.8%。
参考文献
[1]孙秀果.纳米二氧化钛粉体的表面包覆及性能研究[D].河北师范大学,2002.
[2]史运宝,吴秋芳,韩毅,高玮.CeO_2包覆SiO_2复合粉体的制备及其抛光性能研究[J].稀土,2013,01:53-58.
[3]邹建新,高仕忠,杨成.超细TiO_2颗粒表面包覆CeO_2膜的研究[J].微细加工技术,2006,05:33-35.
[4]张元静. 造纸专用钛白粉的研制[D].青岛科技大学,2011.

 

本文链接地址： http://www.tio2cn.com/html/2016/lw_1027/922.html

上一篇：特种装饰纸用云母钛改性及性能应用研究
下一篇：纳米二氧化钛的水分散性研究