[發明專利]氟離子改性納米氧化鈰紫外線吸收材料及其應用

有效

• 申請號: 200710064522.8
• 申請日: 2007-03-16
• 公開（公告）號: CN101264377A
• 公開（公告）日: 2008-09-17
• 發明（設計）人: 朱兆武;韓業斌;龍志奇;黃小衛;崔大立;張順利;崔梅生
• 申請（專利權）人: 北京有色金屬研究總院;有研稀土新材料股份有限公司
• 主分類號: A62D5/00
• 分類號: A62D5/00;C01F17/00
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司
• 代理人: 程鳳儒

技術領域

本發明涉及氟離子改性納米氧化鈰紫外線吸收材料及其應用，具體地說是通過在制備過程中引入陰離子氟對納米氧化鈰的結構進行改性，得到了性能優異的紫外線吸收材料，本發明屬于納米功能材料領域。

技術背景

隨著全球氣候變暖和人類活動對大氣臭氧層的破壞，紫外線對人類的傷害以及對一些暴露在大氣中的有機材料的破壞性越來越嚴重。有機材料改性，提高其紫外線的防護是重要的措施之一，抗紫外線化妝品、抗紫外線纖維、抗紫外線涂料等都是在有機材料中添加了具有吸收紫外線的改性劑。常用的抗紫外線改性劑為有機試劑，例如：苯并三唑系、二苯甲酮系、水楊酸酯系等，這些有機紫外線防護劑光穩定性差，而且都具有一定的程度的毒性。近年來，無機納米粉體的抗紫外線功能備受關注，納米氧化鋅和納米氧化鈦對有機材料都具有光催化降解作用，添加到有機材料中常常引起材料的降解而使材料變色，一般采用表面包覆氧化硅的方法來降低它們的催化活性，但包覆后會影響它對紫外線的吸收效果，而且還影響對可見光的透過率。因此，納米氧化鋅和納米氧化鈦在有機材料防紫外線方面的應用受到極大的限制。再者氧化鋅和氧化鈦對可見光折射率較高，金紅石相二氧化鈦折射系數n＝2.7，銳鈦礦相二氧化鈦n＝2.5，氧化鋅n＝2.2，高的折射系數將會影響所改性材料的原始顏色，這也限制了它們的應用。大量研究結果表明，納米氧化鈰對紫外線具有很好的吸收作用，而且它對有機材料的光催化降解活性遠低于納米氧化鋅和氧化鈦，氧化鈰對可見光的折射系數n＝2.05，小于二氧化鈦和氧化鋅，粉體透明性好，因此，納米氧化鈰被認為是納米氧化鋅和氧化鈦的替代品，在有機材料防紫外線改性方面具有潛在的應用價值。

納米二氧化鈰易團聚，大大影響了其對紫外線的吸收和對可見光的透過性，而且納米氧化鈰對有機材料仍具有一定的光催化活性。為改善納米氧化鈰的這些特性，TsugioSato、Ruixing?Li等人曾報道研究了摻雜氧化鋅、堿土金屬氧化物以及表面包覆氧化硅的納米氧化鈰，發現制備的納米氧化鈰單顆粒分散性強，一次粒徑小，對紫外線的吸收性和對可見光的透過性增強，光催化活性明顯降低。研究還發現，在氧化鈰的立方體結構中，Ce-O形成八配位體，r_Ce⁴⁺/r_o^2-＝0.703，而穩定八配位的理想原子半徑比r_Mⁿ⁺/r_o^2-＝0.732，大的陽離子摻雜可以穩定八配位結構，同時用低電荷的離子取四價鈰離子，由于電中性的需要，會在晶格中產生氧離子空位，這使摻雜后的氧化鈰具有低的催化活性。專利CN1775692A公開了納米光屏鋅鈰復合氧化物及其制備方法，采用兩次噴霧干燥的方法得到了包覆丙烯酸甲酯透明淺黃色的納米鋅鈰復合氧化物，得到的粉體對190—400nm的紫外線屏蔽效果較好，對可見光透過性強。

目前，摻雜陽離子的納米氧化鈰作為紫外線屏蔽材料報道較多，由于其團聚性強，納米材料的制備工藝較復雜，成本高，而且摻雜的納米氧化鈰紫外屏蔽效果改善不明顯，制備的納米氧化鈰粉體常常帶有黃色，限制了其在無色或白色有機材料中的應用。

發明內容

針對目前存在的問題，本發明目的是提供一種對有機物光催化具有惰性的氟離子改性納米氧化鈰紫外線吸收材料，是采用常用的濕化學方法，在制備納米氧化鈰的過程中通過摻雜氟離子，以1％—10％(F/CeO₂w/w)的F對其結構進行改性，使納米氧化鈰中部分氧離子為氟離子取代，使氟離子取代氧化鈰中的部分氧離子，制備具有陰離子摻雜的納米氧化鈰紫外線吸收材料。

本發明另一個目的是提供一種氟離子改性納米氧化鈰紫外線吸收材料的應用。

為了實現上述目的，本發明采用以下的技術方案：

一種氟離子改性納米氧化鈰紫外線吸收材料，此紫外吸收材料為含氟的氧化鈰。

此紫外吸收材料為氟氧化鈰，分子式為：CeO_2-xF_2x，其X值為0.045<X<0.45，該材料為粉體，粉體的平均粒徑小于100nm。納米粉體為螢石結構，為單相面心立方結構，粉體呈白色，粉體形貌呈近球形，分散性好。

本發明的氟離子改性納米氧化鈰紫外線吸收材料，其氟改性是在納米氧化鈰制備過程中進行的，制備納米氧化鈰過程中以1％-10％(F/CeO₂w/w)的F對其結構進行改性，使納米氧化鈰中部分氧離子為氟離子取代，從而得到氟改性的納米氧化鈰粉體。