具有保温性能的中空二氧化钛/聚丙烯酸酯复合薄膜的制备方法

摘要

本发明所及具有保温性能的中空二氧化钛/聚丙烯酸酯复合薄膜的制备方法。制备中空二氧化钛的模板法需两步完成，过程复杂。本发明将聚苯乙烯微球分散在无水乙醇中超声形成混合液A；将钛酸丁酯加入无水乙醇中形成混合液B；将混合液B和氨水滴加到混合液A；水浴升温搅拌得白色悬浊液，离心处理、洗涤干燥，得到中空二氧化钛粒子，超声分散在蒸馏水中，与聚丙烯酸酯乳液混合搅拌得到复合乳液；然后取复合乳液于聚四氟乙烯板中成膜，即得中空二氧化钛/聚丙烯酸酯复合薄膜。本发明实现了一步法合成结构规整的中空二氧化钛，克服了工艺复杂的缺点，且通过氨水降低了钛酸丁酯的水解速度，实现了二氧化钛的均匀包覆，并形成了结构规整的中空二氧化钛。

说明书

技术领域

    本发明涉及一种聚丙烯酸酯复合薄膜的制备方法，具体涉及一种具有保温性能的中空二氧化钛/聚丙烯酸酯复合薄膜的制备方法。

背景技术

聚丙烯酸酯由于生产工艺简单、性价比高，被广泛用于涂料、粘合剂、皮革制造等领域。然而随着人们生活水平的不断提高，普通聚丙烯酸酯的性能特点已难以满足人们的需求，开发高端的具有突出性能特点的聚丙烯酸酯已成为发展趋势。

中空材料是二十世纪五、六十年代发展起来的一种新型微粒材料，自科瓦尔斯基及其同事在罗门哈斯作出开创性的工作之后，制备粒径和形状可控的单分散性中空微球成为了目前增长最快的研究领域之一。中空微球由于其空腔的存在，使其具有可以储存客体分子的特性，因此在催化、色谱、生物活性保护剂、填料（颜料或涂膜）、废弃物的去除和大型双分子释放系统等方面均具有潜在的应用。

二氧化钛是一种白色无机材料，因其化学性质稳定，无毒，常温下几乎不与其他物质发生反应，因此常作为光催化剂、杀菌材料、太阳能电池的原料以及防紫外线材料等。且无论是金红石型二氧化钛还是锐钛矿型二氧化钛对波长范围在400～700nm的光线均具有较高的反射率。制备中空二氧化钛最常用的方法是模板法，即在无机或有机粒子表面先包覆二氧化钛制备核壳粒子，然后再通过煅烧或溶解的方式去除核材。但此方法通常都需要两步来完成，过程相对复杂。且由于用作“钛源”的物质通常具有较高的水解活性，因此在粒子表面均匀包覆且形成结构规整的中空二氧化钛有一定难度。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有保温性能的中空二氧化钛/聚丙烯酸酯复合薄膜的制备方法，通过一步法获得结构规整的中空二氧化钛，利用中空二氧化钛中空结构对空气的储存和二氧化钛良好的光反射性提高聚丙烯酸酯薄膜的保温性。

本发明所采用的技术方案是：

具有保温性能的中空二氧化钛/聚丙烯酸酯复合薄膜的制备方法，其特征在于：

包括以下步骤：

（1）将0.3～0.5g的聚苯乙烯微球分散在30～35g的无水乙醇中，超声处理5～10min，形成混合液A；

（2）将0.2～0.37g的钛酸丁酯加入到15g的无水乙醇中搅拌均匀，形成混合液B；

（3）将混合液B和浓度为28wt%的2.5～5.0g氨水同时滴加到混合液A中，滴加时间控制在30～60min，然后常温下水浴搅拌1～1.5h；

（4）将水浴升温至50℃，机械搅拌2～4h，得到白色悬浊液；

（5）对步骤（4）中获得的白色悬浊液离心处理，并用无水乙醇洗涤产物3～5次，再将洗涤后的产物放入60℃烘箱中干燥12～15h，得到中空二氧化钛粒子；

（6）将步骤（5）中获得的中空二氧化钛粒子0.2～0.7g超声分散在15～18g蒸馏水中，75～80℃下将其与20～30g、固含量为45～50%的聚丙烯酸酯乳液混合搅拌6～8h，得到复合乳液；然后取30～33g复合乳液于13cm*13cm的聚四氟乙烯板中，在15～30℃下成膜，即得中空二氧化钛/聚丙烯酸酯复合薄膜。

步骤（1）中，所述聚苯乙烯微球的粒径在150～500nm之间。

本发明具有以下优点：

（1）通过氨水对钛酸丁酯的催化水解作用和对模板的溶解作用同时发生，实现了一步法合成结构规整的中空二氧化钛的过程，克服了传统模板法两个阶段、工艺复杂的缺点，且通过氨水降低了钛酸丁酯的水解速度，实现了二氧化钛的均匀包覆，并形成了结构规整的中空二氧化钛。

（2）利用中空二氧化钛中空结构对空气的储存作用，同时结合二氧化钛良好的光反射性，提高聚丙烯酸酯薄膜的保温性能。与纯聚丙烯酸酯薄膜相比，采用本发明制备的复合薄膜其保温性能提高了53.53%。

附图说明

图1为中空二氧化钛的SEM照片。

图2为中空二氧化钛的TEM照片。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

本发明涉及的具有保温性能的中空二氧化钛/聚丙烯酸酯复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）将0.3～0.5g的聚苯乙烯微球分散在30～35g的无水乙醇中，超声处理5～10min，形成混合液A；

（2）将0.2～0.37g的钛酸丁酯加入到15g的无水乙醇中搅拌均匀，形成混合液B；

（3）将混合液B和浓度为28wt%的2.5～5.0g氨水同时滴加到混合液A中，滴加时间控制在30～60min，然后常温下水浴搅拌1～1.5h；

（4）将水浴升温至50℃，机械搅拌2～4h，得到白色悬浊液；

（5）对步骤（4）中获得的白色悬浊液离心处理，并用无水乙醇洗涤产物3～5次，再将洗涤后的产物放入60℃烘箱中干燥12～15h，得到中空二氧化钛粒子；

（6）将步骤（5）中获得的0.2～0.7g中空二氧化钛粒子超声分散在15～18g蒸馏水中，75～80℃下将其与20～30g、固含量为45～50%的聚丙烯酸酯乳液混合搅拌6～8h，得到复合乳液；然后取30～33g复合乳液于13cm*13cm的聚四氟乙烯板中，在15～30℃下成膜，即得中空二氧化钛/聚丙烯酸酯复合薄膜。

步骤（1）中，所述聚苯乙烯微球的粒径在150～500nm之间。

实施例1：

（1）将0.3g的聚苯乙烯微球分散在35g的无水乙醇中，超声处理5min，形成混合液A；

（2）将0.37g的钛酸丁酯加入到15g的无水乙醇中搅拌均匀，形成混合液B；

（3）将混合液B和浓度为28wt%的2.5g氨水同时滴加到混合液A中，滴加时间控制在60min，然后常温下水浴搅拌1h；

（4）将水浴升温至50℃，机械搅拌4h，得到白色悬浊液；

（5）对步骤（4）中获得的白色悬浊液离心处理，并用无水乙醇洗涤产物3次，再将洗涤后的产物放入60℃烘箱中干燥15h，得到中空二氧化钛粒子；

（6）将步骤（5）中获得的0.2g中空二氧化钛粒子超声分散在18g蒸馏水中，75℃下将其与30g、固含量为45%的聚丙烯酸酯乳液混合搅拌8h，得到复合乳液；然后取30g复合乳液于13cm*13cm的聚四氟乙烯板中，在30℃下成膜，即得中空二氧化钛/聚丙烯酸酯复合薄膜。

步骤（1）中，所述聚苯乙烯微球的粒径在150nm。

实施例2：

（1）将0.4g的聚苯乙烯微球分散在32g的无水乙醇中，超声处理7min，形成混合液A；

（2）将0.3g的钛酸丁酯加入到15g的无水乙醇中搅拌均匀，形成混合液B；

（3）将混合液B和浓度为28wt%的3.7g氨水同时滴加到混合液A中，滴加时间控制在45min，然后常温下水浴搅拌1.2h；

（4）将水浴升温至50℃，机械搅拌3h，得到白色悬浊液；

（5）对步骤（4）中获得的白色悬浊液离心处理，并用无水乙醇洗涤产物4次，再将洗涤后的产物放入60℃烘箱中干燥13h，得到中空二氧化钛粒子；

（6）将步骤（5）中获得的0.4g中空二氧化钛粒子超声分散在16g蒸馏水中，77℃下将其与25g、固含量为47%的聚丙烯酸酯乳液混合搅拌7h，得到复合乳液；然后取31g复合乳液于13cm*13cm的聚四氟乙烯板中，在22℃下成膜，即得中空二氧化钛/聚丙烯酸酯复合薄膜。

步骤（1）中，所述聚苯乙烯微球的粒径在320nm。

实施例3：

（1）将0.5g的聚苯乙烯微球分散在30g的无水乙醇中，超声处理10min，形成混合液A；

（2）将0.2g的钛酸丁酯加入到15g的无水乙醇中搅拌均匀，形成混合液B；

（3）将混合液B和浓度为28wt%的5.0g氨水同时滴加到混合液A中，滴加时间控制在30min，然后常温下水浴搅拌1.5h；

（4）将水浴升温至50℃，机械搅拌2h，得到白色悬浊液；

（5）对步骤（4）中获得的白色悬浊液离心处理，并用无水乙醇洗涤产物5次，再将洗涤后的产物放入60℃烘箱中干燥12h，得到中空二氧化钛粒子；

（6）将步骤（5）中获得的0.7g中空二氧化钛粒子超声分散在15g蒸馏水中， 80℃下将其与20g、固含量为50%的聚丙烯酸酯乳液混合搅拌6h，得到复合乳液；然后取33g复合乳液于13cm*13cm的聚四氟乙烯板中，在15℃下成膜，即得中空二氧化钛/聚丙烯酸酯复合薄膜。

步骤（1）中，所述聚苯乙烯微球的粒径在500nm。

采用本发明制备的中空二氧化钛的扫描电镜照片及透射电镜照片见图1及图2所示，由图可知中空二氧化钛结构规整，且具有明显的空腔结构。相较于纯聚丙烯酸酯薄膜，按照本发明制备的中空二氧化钛/聚丙烯酸酯复合薄膜的保温性提高了53.53%。

表1 中空二氧化钛/聚丙烯酸酯复合薄膜的保温性能

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。