【正文】 通過對比涂料的差熱分析法隔熱性能測試以及直觀法對比觀察涂料涂裝后的透明度，綜合分析可知，～℃，且透明性良好。通過控制單一變量的方法進行納米TiO2的溶膠凝膠法制備實驗，綜合實驗分析得，制備納米TiO2溶膠體系的摩爾配比為水/鈦酸丁酯為3～4，醇/鈦酸丁酯為10，并且采用冰醋酸作為抑制劑，其摩爾量與體系中的鈦酸丁酯相同，pH值為2～5，反應溫度為20～40℃,在此條件下得到的溶膠透明度好，比較穩(wěn)定均勻，并且較容易控制凝膠時間。7 結論本文列舉了納米TiO2的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢以及納米TiO2的功能和用途，簡述了幾種主要的氣相法和液相法制備方法。 透明性將上述隔熱性實驗中的系列1至系列5的玻璃片進行拍照，觀察并對比其透明度。 丙烯酸樹脂隔熱測試時間間隔/min05101520表面溫度空間溫度 試樣A隔熱測試時間間隔/min05101520表面溫度空間溫度 試樣B隔熱測試時間間隔/min05101520表面溫度空間溫度 試樣C隔熱測試時間間隔/min05101520表面溫度空間溫度 樣品TiO2隔熱測試時間間隔/min05101520表面溫度空間溫度 以空間溫度做數(shù)據(jù)處理，、B、。分別標號系列1至系列5。 ，快速攪拌均勻。 ，研磨。 納米TiO2在涂料中的測試 隔熱性取3組上述原料比例為無水乙醇：水：冰醋酸：鈦酸丁酯=10：3：1：1，pH值為2～5，反應溫度為20～40℃的條件下制備的納米TiO2凝膠，干燥，研磨，分別在450、650、900℃的溫度下煅燒2h，研磨，得3組納米TiO2粉末，分別標號試樣A、試樣B和試樣C。 靜置前現(xiàn)象 靜置12h后現(xiàn)象靜置前后現(xiàn)象：靜置前4個樣品溶液均混濁，靜置12h后，樣品樣品2和樣品4溶液均澄清，樣品3溶液分層，上層為清夜，下層混濁。 TiO2 的粒度分析 為了更直接地觀察實驗所制備的納米TiO2粉末的粒徑大小，我們采用沉降對比實驗分析其粒度。 TiO2 的紅外光譜分析 分別取樣品納米TiO2粉末和煅燒溫度為450、650和900℃的納米TiO2粉末，按序標號樣品1至樣品4，分別對其進行紅外光譜分析測試。6 納米TiO2粉體測試和在涂料中性能測試 TiO2粉體測試 TiO2粉體的SEM分析 。 通過不同反應條件的實驗，確定采用滴加的方式加入水，以此來控制反應程度，制備納米二氧化鈦溶膠體系的配比(摩爾比)水/鈦酸丁酯為3～4，醇/鈦酸丁酯為10，并且采用冰醋酸作為抑制劑，其摩爾量與體系中的鈦酸丁酯相同，pH值為2～5，反應溫度為20～40℃。溫度升高，水解反應速率增大，同時膠粒動能增大，相互之間碰撞頻繁，粒子團聚幾率增大，縮合反應加快，凝膠時間縮短。 不同反應溫度的凝膠時間溫度/℃凝膠情況凝膠時間20透明度稍好，不混濁24～48h30透明度較好，不混濁16～32h40透明度較好，不混濁24～48h50顏色較淺，透明度稍差12～24h,鈦酸丁酯水解溫度越高，凝膠時間越短，溶膠越不穩(wěn)定。并且隨著乙醇量的增加，凝膠時間延長，因為乙醇不但抑制水解反應 還會發(fā)生酯醇解反應，另外，如果乙醇的量過多，使鈦酸丁酯的濃度降低，并且使反應過程中形成的Ti(OH)x(OBu)y單體很難接觸，交聯(lián)成鏈的可能性減小，因此聚合反應速度會很慢，成膠的時間長，甚至很難成膠。當醇/鈦酸丁酯的摩爾比為10時，得到的凝膠最為透明。 不同pH值的凝膠時間pH值凝膠情況凝膠時間5透明度稍好，不混濁8～12h4透明度較好，不混濁24～48h3透明度稍好，有點混濁48h2較難凝膠，溶膠較透明72h 溶劑量對凝膠時間的影響 其他的配比不變，即在物質的量之比為水：冰醋酸：鈦酸丁酯=3：1：1，pH值為2～3不變的條件下，室溫下加入不同量無水乙醇時，得到不同的凝膠時間。這是因為鹽酸在反應體系中是作為的穩(wěn)定劑和催化劑。，通過控制pH值的大小能夠達到控制凝膠時間的目的。 冰醋酸/鈦酸丁酯不同摩爾比的凝膠時間冰醋酸/鈦酸丁酯凝膠情況凝膠時間:1透明度稍好，不混濁12～24h1:1透明度較好，不混濁24～48h2:1透明度稍好，有點混濁72h3:1顏色較淺，透明度稍差72h4:1顏色較淺，透明度稍差48～72h，隨著抑制劑量的增加，凝膠時間有所增長，但當達到一定的量時，抑制劑對反應的影響就不是很大了，反而使凝膠時間有所縮短，這是因為多余的抑制劑對體系起到了稀釋的作用。一般地，如果水解比縮合速度稍慢，則會形成長而高度支化的聚合物鏈，如果水解和縮合的速度相當，那么聚合物的鏈較短，且支化和交聯(lián)度不大；如果縮合速度大于水解速度，鈦離子緊緊結合在一起，則會形成氫氧化物沉淀。 因此通過加入冰醋酸來控制水解速率，抑制沉淀的生成，以形成穩(wěn)定溶膠。 抑制劑(冰醋酸)加入量對凝膠時間的影響由于水解反應迅速，并且鈦酸丁酯含有活潑的丁氧基反應基團，能和含有羥基或質子的物質反應。因為反應過程中加水速度過快，會使水解速度過快，容易形成團聚和沉淀，并且得到的溶膠混濁不穩(wěn)定。若加水量少，醇鹽水解速度慢，醇鹽分子被水解的烷氧基團(OR)少，即水解形成的OH基團少，凝膠較難。當加水量小于水解化學劑量時，溶液的粘度增大，凝膠時間縮短，但加水量大于化學水解劑量時，則隨水量的增加，粘度下降，凝膠時間有所延長，這是因為過量水沖淡了縮聚物的濃度。 不同加水量的凝膠時間水/鈦酸丁酯凝膠情況凝膠時間2:1透明度較好，不混濁48h3:1透明度較好，不混濁24～36h4:1顏色較淺，透明度稍差16～24h5:1透明度較好，透明度較差48h 由實驗得知，隨著加水量的增加，凝膠時間逐漸縮短，但是達到一定量后，凝膠時間又有所增長。影響凝膠時間的主要因素有加水量、抑制劑（冰醋酸）的量、pH值、醇量（溶劑量）及反應溫度等。將所得凝膠進行干燥、研磨、煅燒、研磨等處理，即可得白色納米二氧化鈦粉末。當溶液體系粘度增大至不可自由流動時，停止加熱和攪拌，可得淡黃色透明溶膠。 溶膠凝膠法制備納米TiO2實驗操作： 鈦酸丁酯 攪拌 均勻混合液 均勻混合液 黃色晶體混合液液無水乙醇 干燥箱 研磨、煅燒 無水乙醇、濃鹽酸、 攪拌 白色納米二 氧化鈦粉末 冰醋酸 蒸餾水 溶膠凝膠法制備納米二氧化鈦的工藝流程圖[28]具體實驗操作為：以冰醋酸為螯合物，濃鹽酸為穩(wěn)定劑和催化劑（鹽酸的量通過測量pH值來控制），無水乙醇作為溶劑。5 納米TiO2的溶膠凝膠法制備和涂料的制備 實驗藥品和儀器 實驗藥品 鈦酸丁酯（化學純，北京長城化學試劑廠）、無水乙醇（分析純，天津市致遠化學試劑有限公司）、冰醋酸（分析純，天津市濱?？频匣瘜W試劑有限公司）、濃鹽酸（化學純）、蒸餾水、納米TiO2粉末試樣A、B、C和標準納米TiO2粉末、丙烯酸樹脂混合涂料、成膜劑等。顆粒大的沉降速度快，顆粒小的沉降速度慢。主要有重力沉降式和離心沉降粒度分析方式。③近紅外光區(qū)：～，波數(shù)范圍為12820～4000cm1，該區(qū)吸收譜帶主要是物質的倍頻吸收。②中紅外光區(qū):～25um，波數(shù)范圍為4000～400cml。紅外光譜位于可見光和微波區(qū)之間，～1000um范圍內的電磁波，通常將整個紅外光區(qū)分為以下三個部分：①遠紅外光區(qū):波長范圍為25～1000gm，波數(shù)范圍為400～10cm1。 TiO2 的紅外光譜分析原理 實驗儀器：Nicolet 6700型傅立葉變換紅外光譜儀。、36176。和47176。 結論：，銳鈦型TiO2的峰值出現(xiàn)在25176。應用已知波長的X射線來測量θ角，從而計算出晶面間距d，這是用于X射線結構分析；另一個是應用已知d的晶體來測量θ角，從而計算出特征X射線的波長，進而可在已有資料查出試樣中所含的元素。由于大量原子散射波的疊加，互相干涉而產(chǎn)生最大強度的光束稱為X射線的衍射線。原理：X射線是原子內層電子在高速運動電子的轟擊下躍遷而產(chǎn)生的光輻射，主要有連續(xù)X射線和特征X射線兩種。即可以分析合金里面的相成分和含量，可以測定晶格參數(shù)，可以測定結構方向、含量，可以測定材料的內應力，材料晶體的大小等等。 方法：測定X射線衍射的方法主要有兩類，一是粉末法，二是單晶旋轉法粉末法，是利用單色化的X射線被多晶粉末試樣衍射的結果，從衍射圖測量衍射相片線條的位置和相對強度，從而確定試樣的化學組成和結晶狀態(tài)樣品必須是結晶的粉末，所需試樣量少，試樣不被破壞，廣泛應用于多晶物質混合物的物相分析如晶體鑒定，對同一物質的不同晶狀，含水物與無水物以及結晶水不同的化合物都可進行鑒定。 掃描電鏡制樣簡要流程為：貼導電布→取材→將樣品倒在銅臺上→用洗耳球吹去上面沒沾上的粉末→鍍金。掃描電鏡最常使用的是二次電子信號和背散射電子信號，前者用于顯示表面形貌襯度，后者用于顯示原子序數(shù)襯度。掃描電鏡的圖像放大倍數(shù)在一定范圍內(幾十倍到幾十萬倍)可以實現(xiàn)連續(xù)調整，放大倍數(shù)等于熒光屏上顯示的圖像橫向長度與電子束在樣品上橫向掃描的實際長度之比。掃描電鏡具有景深大、圖像立體感強、放大倍數(shù)范圍大、連續(xù)可調、分辨率高、樣品室空間大且樣品制備簡單等特點，是進行樣品表面研究的有效分析工具。 縮聚反應：TiOH + HOTi →TiOTi + H2O TiOR + HOTi →TiOTi + ROH ()最后獲得的氧化物的結構和形態(tài)依賴于反應（），（）的相對反應程度，當金屬氧橋聚合物達到一定宏觀尺寸時金屬氧橋聚合物就形成網(wǎng)狀結構，即形成凝膠。溶膠凝膠法的基本原理可以用以下三個階段來表示：（1） 單體（即先驅體）經(jīng)水解，縮合成溶膠粒子（初生粒子，其粒徑為2nm左右）；（2） 溶膠粒子聚集生長（次生粒子，其粒徑為6nm左右）；（3） 長大的粒子（次生粒子）相互連接成鏈，進而在整個液體介質中擴展成三維網(wǎng)絡結構，形成凝膠。4 納米TiO2的制備和測試原理 納米TiO2的制備原理 溶膠凝膠法是以金屬有機化合物（主要是金屬醇鹽）和部分無機鹽為先驅體，首先將先驅體溶于溶劑（水或有機溶劑）形成均勻的溶液；隨著溶質在溶液中發(fā)生水解（或醇解），水解產(chǎn)物融合而聚集成粒徑為1nm左右的溶膠粒子，溶膠粒子進一步聚集生長而形成凝膠。如：激光化學法、強光離子束蒸發(fā)法等。焙燒溶ZnO后的H2TiO3粉體，生成的微量ZnTiO3可促進TiO2粒子由銳鉆型向金紅石型轉化，有利于實現(xiàn)低溫處理，從而有效抑制TiO2粒子的長大，不會產(chǎn)生硬團聚現(xiàn)象，為最終制備納米金紅石TiO2粒子提供了保證。再將精制的一定濃度的ZnSO4溶液，加入到TiO(OH)2+Na2C03液的體系中，由于溶液中已存在正鈦酸粒子ZnSO4與Na2CO3的反應將在正鈦酸粒子的表面進行，即在正鈦酸粒子的表面形成ZnCO3沉淀，而極少單獨在溶液中形成一個ZnC03晶核，從而形成一個較大的包覆體，即制得ZnCO3／TiO(OH)2 包覆體，使得沉淀過濾、洗滌極為容易。反應時間過長，造成后期溶液過飽和比降低，粒徑變大。但是過高的濃度和尿素與硫酸氧鈦的比值，使產(chǎn)品的洗滌、干燥變得困難。反應物濃度及尿素與硫酸氧鈦的配比，同樣影響溶液中TiO(OH)2 的過飽和比。溫度低，尿素水解慢，溶液中TiOSO4的過飽和比低，粒徑大。H2O + CO2↑ ()TiOSO4 + 2NH3常用的均勻沉淀劑為尿素等。均勻沉淀法是利用某一化學反應使溶液中的構晶離子由溶液中緩慢、均勻地釋放出來。另外，TiO2的粒徑隨著TiCl4分壓的增加而變大，隨著O2分壓的增加而減小。TiO2粒徑隨反應溫度的升高而迅速減小，溫度由550℃升至900℃，粒徑由200nm減小到75nm。涉及的主要化學反應方程式如下：TiCl4 + O2 → Ti02 + 2Cl2 ()Ti(OR)4 + 2H2O → TiO2 + 4ROH ()Ti(OR)4 → Ti02 + CnH2n + H2O ()用高純氮氣(99．999％)作為載氣和惰性稀釋氣體，通過TiCl4 和H2O的汽化器，混合氣進入反應器，產(chǎn)物TiO2粒子用膜過濾收集。不過目前對于微乳液法制備納米粒子的有關機理掌握得還不夠