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纳米二氧化钛表面功能化制备及其应用

作　者: 王吉
导　师: 丁会利
学　校: 河北工业大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 金红石型 二氧化钛 包覆 PVC塑料
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


本论文提供了一种金红石型二氧化钛和包核复合钛白粉的制备方法。以超细高岭土为包核基体,金红石型二氧化钛为包膜物,在液相体系中,实现二氧化钛在包核基体表面包覆反应,制备性能优异的复合型钛白粉。该方法制造工艺简单、成本低廉,适合工业化生产,用于塑料可取得与使用纯钛白粉相同的技术性能,且较大幅度地降低塑料成本。合成金红石型的二氧化钛是制备优质复合钛白粉的重要过程。本文在常压室温下液相体系中直接合成金红石型二氧化钛,未引入任何成核剂,也不需要高温热处理,工艺简单,成本低。反应过程包括两个部分:沉淀过程和胶溶过程。沉淀过程生成无定型沉淀,经过胶溶反应后可直接转变成金红石型二氧化钛,而不需经过锐钛矿型的中间过程。在控制好反应条件的情况下,即n（NH3·H2O）:n（Ti4+） =4:1;n（H+）:n（Ti 4+） =2:1;70℃胶溶4h,可以合成粒径在90 150nm之间、粒度分布均匀和晶体形态完整的金红石型二氧化钛。以超细粉磨高岭土为核心,在液相中通过粒-粒包覆合成具有优异性能的高岭土/TiO2复合钛白粉,研究了原料用量与工艺条件对高岭土颗粒表面TiO2包覆效果的影响,确定了制备包核复合钛白粉的最适合原料用量与最优的工艺条件。采用该方法制备的复合钛白粉,白度为93.6%,遮盖力为53.1 g/m2,吸油量35.43g/100g,平均粒径在1.49μm。产品的遮盖力高,吸油值低,可以在某些领域中作为钛白粉的替代品使用。对自制的复合钛白粉与国内外几种同类产品进行了塑料应用性能测试。结果表明,自制的复合钛白粉在PVC中分散均匀,没有明显的颗粒团聚现象;转矩流变性能能满足生产要求,有利于成型加工;白度、光泽度以及耐候性均能达到应用要求。总之,自制复合钛白粉的应用性能好于国内同类产品,与国外优质钛白粉的应用性能接近。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章 绪论  10-26
  1.1 引言  10
  1.2 二氧化钛的结构与性质  10-14
    1.2.1 二氧化钛的结构  10-11
    1.2.2 二氧化钛的物理性质  11-12
    1.2.3 二氧化钛的化学性质  12-13
    1.2.4 二氧化钛的光学性质  13-14
  1.3 二氧化钛的应用  14-17
    1.3.1 二氧化钛在涂料中的应用  15
    1.3.2 二氧化钛在塑料中的应用  15
    1.3.3 二氧化钛在橡胶中的应用  15-16
    1.3.4 二氧化钛在造纸中的应用  16
    1.3.5 二氧化钛在油墨中的应用  16
    1.3.6 二氧化钛在化学纤维中的应用  16
    1.3.7 二氧化钛在搪瓷、陶瓷中的应用  16
    1.3.8 二氧化钛在化妆品中的应用  16-17
  1.4 二氧化钛的制备方法  17-19
    1.4.1 钛白粉的工业制法  17
    1.4.2 二氧化钛的其它制备方法  17-19
  1.5 高岭土矿物特性  19-21
    1.5.1 高岭土的成分及化学组成  19
    1.5.2 高岭土类矿物晶体形态及结构  19-20
    1.5.3 高岭土的物理化学性能  20-21
  1.6 高岭土的应用  21-22
    1.6.1 造纸  21
    1.6.2 橡胶  21
    1.6.3 塑料  21
    1.6.4 涂料  21-22
  1.7 钛白粉代用品的研究现状  22-24
    1.7.1 复合钛白粉的物理制法  22-23
    1.7.2 复合钛白粉的化学制法  23
    1.7.3 复合钛白粉的化学物理综合制法  23
    1.7.4 影响复合钛白粉质量的主要因素  23-24
  1.8 本课题研究的意义、内容和创新点  24-26
    1.8.1 研究的意义  24-25
    1.8.2 研究的内容  25
    1.8.3 本课题的创新点  25-26
第二章 金红石型二氧化钛的制备及表征  26-37
  2.1 引言  26
  2.2 试验部分  26-27
    2.2.1 主要原料  26-27
    2.2.2 金红石型TiO_2的制备  27
    2.2.3 X-射线衍射分析(XRD)  27
    2.2.4 差热分析(DTA)与热重分析(TGA)  27
    2.2.5 动态光散射测试(DLS)  27
    2.2.6 扫描电镜分析(SEM)  27
  2.3 结果与讨论  27-36
    2.3.1 金红石TiO_2的表征  27-30
    2.3.2 制备过程中各因素的影响  30-36
  2.4 本章小结  36-37
第三章 液相法制备 TiO_2/高岭土复合钛白粉  37-48
  3.1 引言  37
  3.2 实验部分  37-39
    3.2.1 实验原料  37-38
    3.2.2 包覆改性高岭土的制备  38
    3.2.3 红外光谱分析  38
    3.2.4 中位径(D_(50))的测定  38
    3.2.5 形貌观察  38
    3.2.6 吸油值测定  38-39
    3.2.7 白度值测定  39
    3.2.8 遮盖力的测定  39
  3.3 结果与讨论  39-47
     3.3.1 反应原理  39-41
    3.3.2 包覆产物的表征  41-44
    3.3.3 工艺条件对包覆产物的影响  44-47
  3.4 本章小结  47-48
第四章 二氧化钛包覆高岭土微粒在 PVC 制品中的应用  48-61
  4.1 引言  48
  4.2 试验部分  48-52
    4.2.1 实验原料与仪器设备  48-49
    4.2.2 PVC 塑料加工工艺  49
    4.2.3 配方设计  49-50
    4.2.4 分散性测试  50
    4.2.5 PVC 样板的流变性能测试  50-51
    4.2.6 样板的白度测试  51
    4.2.7 PVC 样板的光泽度测试  51
    4.2.8 冲击性能测试  51
    4.2.9 拉伸性能测试  51-52
    4.2.10 PVC 样板的耐候性能测试  52
  4.3 结果与讨论  52-60
    4.3.1 分散性  52-55
    4.3.2 加工性能  55
    4.3.3 光学性能  55-56
    4.3.4 耐候性能  56-60
  4.4 本章小结  60-61
第五章 结论  61-62
参考文献  62-65
致谢  65-66
攻读学位期间所取得的相关科研成果  66

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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