Page 119 - 《精细化工》2022年第11期
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第 11 期                     姬定西，等:  稳定分散的纳米 CeO 2 胶体的制备及性能                               ·2269·


            见的化学紫外吸收剂有甲氧基肉桂酸异辛酯、苯甲                             拜耳（中国）有限公司；1,4-丁二醇（BDO）、二月
            苯并咪唑磺酸、二甲基对氨基苯甲酸辛酯、二苯甲                             桂酸二丁基锡（DBTDL），CP，国药集团化学试剂
                             [5]
            酮系列防老化剂等 。纳米 CeO 2 紫外屏蔽剂具有有                        有限公司；2,2-二羟甲基丙酸（DMPA），CP，天津
            机紫外吸收剂所无法比拟的优势，如无毒、无刺激                             市福晨化学试剂厂；三羟甲基丙烷（TMP），CP，
                                                     [6]
            性、优异的热稳定性等，而且紫外屏蔽能力强 。目                            上海昊化化工有限公司；UV-0，AR，北京百奥莱博
            前，制备纳米 CeO 2 的方法有水热法、溶剂热法、微                        科技有限公司。
            乳液法、沉淀法、溶胶-凝胶法等                [7-8] ，最终产物通            MXF 气动升降型高速分散机，上海沐轩实业有

            常需要通过煅烧或球磨得到，容易造成纳米 CeO 2                          限公司；Vector-22 型傅里叶变换红外光谱仪，德国
            表面缺陷，形状不规则，导致颗粒物严重团聚与分                             Bruker 公司；Zetasizer Nano ZS 型纳米粒度电位仪，
            布不均。因此，制备出性能优异、分散性好的纳米                             英国 Malvern 公司；FEI Tecnai G2 F20 S-TWIN 型透
                                [9]
            CeO2 成为研究的热点 。                                     射电子显微镜，美国 FEI 公司；D/max-Ultima  Ⅳ型
                 以聚乙烯醇（PVA）作为分散剂制备纳米金属                         X 射线衍射仪，日本理学公司；GT-U5 型多功能材
            氧化物粒子得到了研究者的重视。王海东                    [10] 以氧氯
                                                               料试验机，台湾高铁科技股份有限公司；Q500 型热
            化锆为原料，在制备溶胶过程中加入分散剂 PVA，                           重差热分析仪，美国 TA 公司。
            通过空间位阻作用和静电稳定作用抑制胶粒的长                              1.2   纳米 CeO 2 胶体的制备
            大，再经烧结得到纳米 ZrO 2 薄膜，该法采用溶胶-                        1.2.1  PVA 溶液的制备
            凝胶工艺，需要使用大量挥发性有机溶剂，烧结温                                 向装有搅拌器、回流冷凝管和玻璃塞的 500 mL
            度达到 500~700  ℃，不利于节能环保，涂膜需要分                       三口烧瓶中加入一定量的 PVA 和去离子水，升温至
            级干燥，制备工艺复杂。WANG 等               [11] 以 PVA 作为      95  ℃，搅拌，直至 PVA 完全溶解，保温 1 h 后出料，
            稳定剂和聚合物基体，将原位复合法和静电纺丝技                             制得质量分数为 8%的 PVA 溶液，室温冷却，备用。
            术相结合，获得了在纤维中均匀嵌入的 Fe 3 O 4 纳米                      1.2.2   纳米 CeO 2 胶体的制备
            粒子，尽管经过 PVA 修饰可有效阻止颗粒之间因高                              向装有搅拌器、回流冷凝管和玻璃塞的 250 mL
            表面能引起的聚集，获得性能优异的纳米粒子，但                             三口烧瓶室温加入 3.5 g（8.06 mmol）Ce(NO 3) 3•6H 2O、
            静电纺丝技术呈现较低的生产效率和较高的生产成                             4.6 g（47.92 mmol）(NH 4 ) 2 CO 3 和 60 g 质量分数为
            本，此外，材料本身的限制也使制备的无机纳米纤                             8%的 PVA 溶液，室温下搅拌 2 h 使其充分反应，然
            维缺乏韧性，仅适合实验室的小规模应用。                                后向体系滴加含 NH 3 •H 2 O 质量分数为 5%的上述
                                                               PVA 溶液，调节反应体系 pH=9.0，保持反应体系温
                 本文拟在室温下，以 Ce(NO 3 ) 3 •6H 2 O 为铈源、
                                                               度不变，继续反应 2 h，即可得到纳米 CeO 2 胶体。
            PVA 为分散剂、氨水为 pH 调节剂来制备纳米 CeO 2
                                                               1.2.3  WPU 的制备
            胶体，分析纳米 CeO 2 胶体的结构及性能，讨论纳米
                                                                   向装有搅拌器、回流冷凝管和玻璃塞的干燥
            CeO 2 胶体的形成和稳定机理，通过对比实验，比较
                                                               250 mL 三口烧瓶中加入 8.5 g（38.2 mmol）IPDI、
            纳米 CeO 2 与 2,4-二羟基二苯甲酮（UV-0）对水性聚
                                                               11.7 g（11.7 mmol）PCL、0.5 g（5.55 mmol）BDO、
            氨酯（WPU）的抗紫外老化性能、力学性能和热稳
                                                               1.0 g（7.45 mmol）DMPA 及 5 mL NMP（作为稀释
            定性的影响，以期制备出性能优异、分散性好的纳
                                                               剂），在 80  ℃下加入 0.2 g 催化剂 DBTDL 反应 2 h，
            米 CeO 2 。
                                                               采用二正丁胺返滴定法           [12] 测定—NCO 达到理论剩
                                                               余物质的量后，加入 0.5 g（3.7 mmol）TMP 反应 1 h，
            1   实验部分
                                                               降温至 50  ℃，加入 0.8 g（7.9 mmol）TEA 中和反
            1.1   试剂与仪器                                        应 30 min，加去离子水经高速剪切乳化分散，制成
                 Ce(NO 3 ) 3 •6H 2 O，AR，上海亚毓生物医药有限             质量分数为 30%的 WPU 乳液，备用。
            公司；PVA（型号 1799），AR，济宁佰一化工有限                        1.2.4   纳米 CeO 2 胶体改性水性聚氨酯的制备
            公司；(NH 4 ) 2 CO 3 、浓盐酸（质量分数 37%）、N-甲                   将 5.0 g 1.2.2 节制备的纳米 CeO 2 胶体于室温下
            基吡咯烷酮（NMP），AR，天津市科密欧化学试剂                           滴加至 1.2.3 节制备的 WPU 乳液中，利用高速分散
            有限公司；氨水（NH 3 •H 2 O）、二正丁胺、三乙胺                      机，以 4000 r/min 的转速，高速分散 30 min，制得
            （TEA），AR，天津市天力化学试剂有限公司；聚                           质量分数为 30%的纳米 CeO 2 胶体改性水性聚氨酯
            己内酯二元醇（PCL，M n =1000），CP，济宁百川化                     （CWPU）乳液。
            工有限公司，使用前在 100~110  ℃、真空度为 0.09                    1.2.5  UV-0 改性水性聚氨酯的制备
            MPa 下脱水 2 h；异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI），CP，                        向装有搅拌器、回流冷凝管和玻璃塞的 250 mL
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