氧化锌的改性方法

发布日期:2021/3/1 10:09:55

背景及概述^[1]

氧化锌的用途十分广泛，主要用于橡胶、油漆、涂料、印染、玻璃、医药、化工和陶瓷等工业。纳米氧化锌因其全新的纳米特性体现出许多新的物理化学性能，使它在众多领域表现出巨大的应用前景。纳米氧化锌除了作为微米级或亚微米级氧化锌的替代产品外，在抗菌添加剂、防晒剂、催化剂与光催化剂、气体传感器、图像记录材料、吸波材料、导电材料、压电材料、橡胶添加剂等新的应用场合也正在或即将投入应用。

改性方法^[1-2]

氧化锌作为无机物直接添加到有机物中有相当大的困难：（1）颗粒表面能高，处于热力学非稳定状态，极易聚集成团，从而影响了纳米颗粒的实际应用效果；（2）氧化锌表面亲水疏油，呈强极性，在有机介质中难于均匀分散，与基料之间没有结合力，易造成界面缺陷，导致材料性能下降。所以，必须对纳米氧化锌进行表面改性，以消除表面高能势，调节疏水性，改善与有机基料之间的润湿性和结合力，从而限度地提高材料性能和填充量，降低原料成本。

报道一、

一种纳米氧化锌的改性方法，包括如下步骤：
（1）液氨预处理：
将纳米氧化锌和液氨按照重量体积比为1mg:20mL共同投入反应釜内，室温条件将反应釜内的压力升至2MPa，恒压处理3min后，快速泄压至常压，取出混合物，室温蒸发直至纳米氧化锌表面的液氨完全挥发；
（2）处理液浸泡处理：
将步骤（1）中液氨预处理后所得的纳米氧化锌浸入处理液中，搅拌混匀后，将超声波探头浸入处理液下2cm处，以特定频率的超声波处理45min后，离心，取沉淀烘干备用；
（3）激光冲击波处理：
用铝箔纸将步骤（2）中处理液浸泡处理后所得的纳米氧化锌包裹在其中，然后将铝箔纸包裹的纳米氧化锌置于激光冲击强化装置中，处理完成后取出纳米氧化锌备用；
（4）球磨处理：
将步骤（3）中激光冲击波处理后的纳米氧化锌置于球磨机内进行研磨，研磨处理1h即可。

报道二、

一种改性纳米氧化锌，先对纳米氧化锌进行活化处理，然后再对活化后的纳米氧化锌采用偶联剂进行表面修饰，再采用氧化铋包覆纳米氧化锌，即可。
所述纳米氧化锌粒度为60nm。
所述对纳米氧化锌进行活化处理具体为：将一定量的纳米氧化锌与水混合配制成质量浓度为5.8%的纳米氧化锌水悬浮液，加入纳米氧化锌质量1.8%的硫酸铝钾，添加到高速搅拌机中在3200r/min转速下搅拌1小时，然后采用氨水将悬浮液的pH调节至8.5，加热至88℃，以150r/min转速搅拌25min后，采用300W超声波处理2min，再添加悬浮液质量0.12%的过硫酸铵，搅拌均匀后，在50℃下保温15min，然后进行真空抽滤，在80℃下采用真空干燥箱进行干燥，即得。
所述对活化后的纳米氧化锌采用偶联剂进行表面修饰，具体为：将硅烷偶联剂KH550加入到蒸馏水中混合后，再加入到无水乙醇中配制成硅烷偶联剂KH550质量分数为3.5%的溶液，其中蒸馏水与无水乙醇体积比为1：3，静置2小时，然后再添加活化后的纳米氧化锌，超声分散2小时，再采用冰醋酸调节pH至3.5，以1500r/min转速搅拌2小时，然后进行真空干燥，即可。
所述采用氧化铋包覆纳米氧化锌具体为：
（1）按80：1.1的质量比例将纳米氧化锌、硝酸铋放入球磨罐，控制球料比为100：1，然后添加氧化锌质量2倍的无水乙醇，进球磨2小时，然后进行干燥去除无水乙醇，得到固体混合物；
（2）向固体混合物中添加其质量0.23%的氢氧化钠，然后再添加固体混合物质量0.1%的去离子水，搅拌均匀，继续球磨40min，得到混合物料；
（3）将混合物料置于马弗炉里，以10℃/min速率匀速升温，加热至550℃，保温40min，然后冷却至400℃，保温1小时，然后再自然冷却至室温，得到固体粉末，将固体粉末按1：10质量比例添加到无水乙醇中，以3000r/min转速搅拌2小时，然后再静置40min，最后真空干燥至室温，再研磨，即得。