納米二氧化鈦水溶膠
納米二氧化鈦水溶膠
透明超微細二氧化鈦又稱納米二氧化鈦，是材料科學研究領域的重要課題。它具有良好的耐候性、耐用化學腐蝕性，抗紫外線能力強，透明性優異，粒度分佈均勻，分散性好，可用於紫外線吸收劑、化妝品、透明性薄膜、包裝材料、塗料、潤滑劑、樹脂油墨著色劑、精細陶瓷和催化劑等。日本已建立了年產數噸的超微細透明二氧化鈦的中試基地。
利用傳統的生產二氧化鈦的方法，如硫酸法、鹽酸法和氯化法不可能製得粒度100nm以下的超微粒，氣相法對技術和材質要求較高，而液相法是製備超大型微粒較為簡便的方法，利用溶膠-凝膠工藝製備納米二氧化鈦，仍是合成工藝中採用的度要方法。
用硫酸氧鈦製備透明超微粒二氧化鈦以凈化的硫酸氧鈦為原料製備透明超微粒二氧化鈦。下面介紹溶膠法製備過程。
(1)溶膠製備
將TiO（OH）2白色沉澱水洗除去可溶液性的SO2-4、Na+等雜質離子后，加入一定體積、一定濃度的鹽酸溶膠，在60℃以上水浴上膠溶40min,得到透明的無色二氧化鈦水溶液。
(2)萃取分離
取上面製得的二氧化鈦水溶液，加入陽離子表面活性劑如DBS，使溶膠膠粒轉化成增水性凝聚體。然後加入有機溶劑，劇烈振蕩沖洗，使膠體粒子轉入有機相中，與水分離后即得透明有機溶膠。
(3)迴流、減壓蒸餾及熱處理
將萃取分離后的有機溶膠，在低於有機溶劑沸點的溫度下，迴流除去吸附水后，再減壓蒸餾除去有機溶劑，在200~220℃進行熱處理，即得無色二氧化鈦超微粉末。
(4)產品分析
將試製產品加入各種有機溶劑中，如甲苯、二甲苯、丙酮、乙醇等，結果表明，產品在大多數有機溶劑中具有良好的透明性和分散性。經X射線衍射分析，圖上有一小峰，證明有小部分晶態存在，大部分為無定形。產品經電子顯微鏡分析表明，二氧化鈦超微粒呈球狀，粒度接近10nm。產品經化學分析表明，鈦含量為58.4%。
用膠溶液法製備透明超微粒二氧化鈦，試驗表明肯有以下優點：
(1)製得的溶膠透明性好，穩定性高，產品分散性好，透明度高。
(2)所用有機溶劑可回收循環使用。
(3)無副產物，產品純度高。但原鈦液用鹼沉澱析出TiO（OH）2時，應防止Fe（OH）3共沉澱。若條件控制得當，會影響產品色相。
2、納米二氧化鈦製備研究新進展
日本富士鈦工業公司在四價鈦的硫酸鹽、氯化物等的水溶液中，調PH為0.6~2.0，所得溶膠在水和非混溶性的加熱介質中，形成球水性溶膠，成功地製備了強度和耐磨損性優異的球狀粒子。日本岡村制油公司利用類似的方法製得粒徑為5~8nm 的粒子。
有機鈦水解製備納米二氧化鈦也是重要的研究方法。該方法的關鍵在於控制指定醇類與水的摩爾比，以及水解溫度和水解速度。在反應過程中，如存在特別大的水與醇鹽摩爾比（不小於20），那麼通過鈦醇鹽的水解反應就能沉澱出銳鈦礦微晶。日本曹達公司與出光興產公司利用烷氧基鈦氣相水解，製備系列納米二氧化鈦，粒徑大都控制在15~30nm。美國麻省理工學院用激光引發氣相水解四異丙基鈦蒸氣，得到透明的銳鈦型二氧化鈦，經高溫處理轉變為金紅石型。中國科學院固體物理所丁星等人以鈦酸正丁酯為原料，在無水乙醇存在下，經水解得到銳鈦型鈉米二氧化鈦，樣品加熱到550℃以上時出現銳鈦礦型與金紅石型混晶，而水解后不經熱處理的粉末為非晶結構特徵。