纳米TiO2的可控制备及对丙烯酸树脂抗紫外光性能改善的研究

论文摘要

丙烯酸树脂因具有一定的光泽度、透明性、耐侯性而被广泛用作汽车面漆,但其在短波紫外光下易老化,耐候性有待进一步提高,纳米TiO2（特别是金红石结构的）具有较好的紫外屏蔽性,可用于丙烯酸树脂的耐老化性改善。本文采用低温胶溶法和水热法制备出不同晶型的纳米TiO2,经有机改性后分散于丙烯酸树脂中制得纳米TiO2/丙烯酸树脂分散液,然后对其抗紫外光性能进行了研究。具体工作如下：（1）以TiCl4为钛源,采用低温液相法制得金红石型纳米TiO2,研究了反应温度、时间、酸度、高温灼烧对产物晶型和形貌的影响。温度对其影响最大,温度低于100℃时生成金红石,随着温度的升高,100℃到150℃范围内有生成锐钛矿的趋势,当温度高于180℃,又生成金红石。探索出较佳的低温制备条件：80℃下晶化72小时,可制得一定结晶性的针状纳米TiO2,通过650℃热处理可进一步提高产物的结晶性。（2）以Ti（OBu）4为钛源,乙酸、硝酸或盐酸为胶溶剂,氯化钠或柠檬酸为晶型控制剂,通过改变水热温度、水热时间、反应物浓度等条件采用水热法制备出金红石、锐钛矿和不同含量比的金红石与锐钛矿的混晶纳米TiO2,探讨了柠檬酸对产物晶型的影响。研究发现,乙酸或硝酸作胶溶剂生成的是锐钛矿,盐酸则利于金红石的生成,决定产物晶型的关键因素是酸中的阴离子而不是氢离子。但当盐酸溶液中添加了少量柠檬酸时,柠檬酸能与Ti（Ⅳ）形成络合物,从而阻碍了高结晶度物相金红石的形成。190-C时,随着水热时间的延长,柠檬酸可受热分解,与Ti（Ⅳ）的络合状态消失,使得部分产物最终由锐钛矿转化为热稳定性强的金红石。另外,可通过水热时间、柠檬酸或盐酸的加入量等条件的改变来制得不同含量比的金红石与锐钛矿的混晶。（3）将不同晶型、不同条件和方法下制得的纳米TiO2用KH570、油酸、油胺和SDBS等改性剂对其进行有机改性比较,然后经超声分散于丙烯酸树脂中制得纳米TiO2/丙烯酸树脂分散液,对其抗紫外性能进行研究。金红石对紫外光的吸收波长范围比锐钛矿无定形、混晶对紫外光的吸收波长范围广;当金红石型纳米TiO2的添加量为0.9%时,能将350nm以下的紫外光完全屏蔽掉,且在可见光区550nm处的透过率大于63%。通过180℃下水热法制得的金红石型纳米TiO2的紫外屏蔽性能比经低温水解-灼烧制得的样品的紫外屏蔽性能要好,也远比市售样品的性能好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 涂层的老化机理及耐老化性能的改善
• 1.1.1 涂层的老化机理概述
• 1.1.2 聚合物耐老化性能的改善研究
• 1.2 纳米材料概述
• 1.2.1 纳米材料的性质及在涂料中的应用
• 1.2.2 纳米二氧化钛的结构、性质及应用
• 1.2.3 纳米二氧化钛的制备
• 1.2.3.1 沉淀法
• 1.2.3.2 溶胶-凝胶法
• 1.2.3.3 微乳液法
• 1.2.3.4 水热法
• 1.2.3.5 胶溶法
• 1.2.3.6 低温液相制备法
• 1.3 纳米二氧化钛的改性
• 1.3.1 纳米二氧化钛的表面无机改性
• 1.3.2 纳米二氧化钛的表面有机改性
• 1.3.2.1 偶联剂法
• 1.3.2.2 表面活性剂法
• 1.3.2.3 聚合物包覆法
• 1.4 本论文研究的内容
• 2'>第二章 低温胶溶法制备纳米TiO₂
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验药品和实验仪器
• 2.2.2 实验内容
• 2.2.3 测试及表征方法
• 2.2.3.1 X-射线（XRD）晶相分析和晶粒尺寸的计算
• 2.2.3.2 透射电镜（TEM）
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 晶化温度对产物晶型和形貌的影响
• 2.3.2 反应时间对产物晶型和形貌的影响
• 2.3.3 高温灼烧对产物晶型和形貌的影响
• 2.3.4 硝酸加入量对产物晶型和形貌的影响
• 2.4 本章小结
• 2的水热制备'>第三章 纳米TiO₂的水热制备
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验药品和实验仪器
• 3.2.2 实验内容
• 3.2.3 测试及表征
• 3.2.3.1 X-射线（XRD）晶相分析和晶粒尺寸的计算
• 3.2.3.2 透射电镜（TEM）
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 胶溶剂种类对产物晶型和形貌的影响
• 3.3.2 盐酸作胶溶剂时,水热温度对产物晶型和形貌的影响
• 3.3.3 盐酸的用量对产物晶型和形貌的影响
• 3.3.4 柠檬酸存在下,水热温度对产物晶型和形貌的影响
• 3.3.5 柠檬酸存在下,水热时间对产物晶型和形貌的影响
• 3.3.6 柠檬酸的加入量对产物晶型和形貌的影响
• 3.3.7 柠檬酸存在下,盐酸加入量对产物晶型和形貌的影响
• 3.3.8 柠檬酸存在下,钛酸四丁酯的浓度对产物晶型和形貌的影响
• 3.3.9 柠檬酸对产物晶型的影响机理
• 3.4 本章结论
• 2/丙烯酸树脂分散液的制备及紫外屏蔽性能研究'>第四章 纳米TiO₂/丙烯酸树脂分散液的制备及紫外屏蔽性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验药品和实验仪器
• 4.2.2 实验内容
• 4.2.2.1 无定形纳米二氧化钛粉体的制备
• 4.2.2.2 纳米二氧化钛粉体的有机改性
• 2/丙烯酸树脂分散液的制备'>4.2.2.3 纳米TiO₂/丙烯酸树脂分散液的制备
• 4.2.3 测试及表征方法
• 2粉体的亲水亲油性测试'>4.2.3.1 改性纳米TiO₂粉体的亲水亲油性测试
• 2在有机溶剂中的沉降性测试'>4.2.3.2 改性纳米TiO₂在有机溶剂中的沉降性测试
• 4.2.3.3 紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 有机改性剂的选择
• 4.3.2 有机溶剂的选择
• 2的紫外屏蔽性能研究'>4.3.3 纳米TiO₂的紫外屏蔽性能研究
• 2含量对紫外屏蔽性能的影响'>4.3.3.1 纳米TiO₂含量对紫外屏蔽性能的影响
• 2晶型对紫外屏蔽性能的影响'>4.3.3.2 纳米TiO₂晶型对紫外屏蔽性能的影响
• 2晶相组成对紫外屏蔽性能的影响'>4.3.3.3 纳米TiO₂晶相组成对紫外屏蔽性能的影响
• 2的制备温度对紫外屏蔽性能的影响'>4.3.3.4 金红石型纳米TiO₂的制备温度对紫外屏蔽性能的影响
• 2的紫外屏蔽性能比较'>4.3.3.5 不同制备方法制得的金红石型纳米TiO₂的紫外屏蔽性能比较
• 2的紫外屏蔽性能比较'>4.3.3.6 自制的与市售的金红石型纳米TiO₂的紫外屏蔽性能比较
• 4.4 本章结论
• 总结
• 参考文献
• 硕士阶段发表的文章
• 致谢