一种微米级复合材料及其制备方法

摘要

本发明提供一种微米级复合材料，该微米级复合材料包括用作载体的微米级材料、复合在微米级材料表面上的纳米级光触媒微粒以及附着在纳米级光触媒上的纳米金属层。还提供一种制备上述微米级复合材料的方法，其特征在于，该方法包括：在复合有纳米光触媒微粒的微米级材料溶液中加入金属盐、表面活性剂，用超声波分散后调节溶液的PH值，再加入还原剂，搅拌均匀后，将混合溶液置于紫外光下10分钟～10小时，使纳米金属定向沉积到制备出纳米光触媒微粒的表面，然后从上述溶液中分离出复合有纳米金属层附着的纳米光触媒微粒的微米级复合材料。

权利要求

1.一种微米级复合材料，该微米级复合材料包括70-99％的用作载体的微米级材料、

0.5-10％的复合在微米级材料表面上的纳米级光触媒微粒以及0.5-25％的附着在纳米级光触媒上的纳米金属层；所述微米级材料包括微米级的纤维、微米级的片状粒子以及微米级的球状粒子中的一种；所述微米级的纤维包括微米级的玻璃纤维、金属纤维、陶瓷纤维和高分子纤维中的一种或多种，所述微米级的片状粒子包括微米级的金属箔片、玻璃鳞片、片状石墨和云母片中的一种或多种，所述微米级的球状粒子包括微米级的玻璃微球、微米级的氧化铝粒子、微米级的氧化锌粒子中的一种或多种；所述纳米级光触媒包括纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米氧化铜中的一种或多种；所述纳米金属层中的金属包括纳米银、纳米铜、纳米镍、纳米锡、纳米金或纳米钯的一种或多种。

2.一种制备如权利要求1所述微米级复合材料的方法，其特征在于，该方法包括：在复合有纳米光触媒微粒的微米级材料溶液中加入金属盐、表面活性剂，用超声波分散后调节溶液的PH值，再加入还原剂，搅拌均匀后，将混合溶液置于紫外光下10分钟～10小时，使纳米金属定向沉积到制备出纳米光触媒微粒的表面，然后从上述溶液中分离出复合有纳米金属层附着的纳米光触媒微粒的微米级复合材料。

3.根据权利要求2所述的制备微米级复合材料的方法，其特征在于，复合有纳米光触媒微粒的微米级材料、金属盐、表面活性剂和还原剂的重量百分比分别为：复合有纳米光触媒微粒的微米级材料：70-90％；

金属盐：0.5-30％；

表面活性剂：1-5％；

还原剂：1-10％。

4.根据权利要求2所述的制备微米级复合材料的方法，其特征在于，所述复合有纳米光触媒微粒的微米级材料的制备方法如下：将微米级材料浸入纳米光触媒溶胶或溶液中，分离液体后干燥获得复合有纳米光触媒微粒的微米级材料。

5.根据权利要求2所述的制备微米级复合材料的方法，其特征在于，所述复合有纳米光触媒微粒的微米级粒子的制备方法如下：在微米级材料的表面喷涂纳米光触媒微粒形成复合有纳米光触媒微粒的微米级材料。

说明书

一种微米级复合材料及其制备方法

【技术领域】

[0001] 本发明涉及一种微米级复合材料及其制备方法，特别涉及一种表面复合有纳米金属层附着的纳米光触媒微粒的微米级复合材料及其制备方法。【背景技术】

[0002] 导电高分子材料通常可以分为结构型和复合型两大类。复合型导电高分子材料中的聚合物基体本身不导电，依靠添加导电的金属合金氧化物等金属系填料、炭黑(导电碳粉)等碳系填料导电物质获得导电特性。由于此类材料不仅保留了通常高分子材料的机械和力学性能，同时可调节材料的电学性能，具有易成型，成本较低等优点。

[0003] 新型的导电工程塑料都利用金属系填料对高分子基体材料进行均匀填充，以提高其导电性能的材料。金属系填料填充在塑料中使得塑料具有高导电性，金属系填料在塑料中的比重越大，塑料的导电效果越好，以往将微米级的导电金属填料添加到塑料中放在挤出机中挤出造粒，由于塑料中无机物的添加使得塑料的机械强度降低，抗弯曲抗扭折的性能差，防压抗震能力变差，于是人们开始研究将纳米级的导电金属合金氧化物添加到有机的塑料中去，但是由于纳米级的无机填料添加到有机的塑料中难以使纳米级的无机填料得到很好的分散，纳米级的无机填料容易团聚在一起，导致导电工程塑料的物理性能变差。

[0004] 金属不仅能够起到导电的作用，有些纳米级的金属微粒还具有催化、杀菌消毒等作用，将纳米金属微粒分散为有机涂料中可以制成具有抗菌防霉的涂料，但是如果将纳米金属微粒直接分散在有机涂料中依然会存在纳米金属微粒团聚的问题，反而使涂料的其他物理特性变差。

[0005] 为了解决上述的问题，现有技术中通过化学或者物理的方法将纳米级的金属层直接包覆或者附着在微米级的无机氧化物颗粒表面，达到了即能够方便将 纳米级的金属微粒分散到塑料或者有机树脂材料中，又能够起到导电，如专利号为：200910097879.5的中国发明专利公开了一种一步湿热法制备纳米银离子包覆氧化锌复合材料的方法，但是由于金属难以直接附着在微米级的氧化物载体上，更难以包覆成膜，纳米金属微粒包覆微米级载体不完全将会影响导电工程塑料的导电性，同时如果附着性能不好也会降低抗菌防霉涂料的抗菌防霉性能。【发明内容】

[0006] 本发明的目的就是为了解决现有技术存在的问题，提出了一种表面复合有纳米金属层附着的纳米光触媒微粒的微米级复合材料及其制备方法。通过本发明提供的方法，纳米金属层能够通过定向沉积附着或者完全包覆复合在微米级材料表面的纳米光触媒微粒表面上，而且制备的产率高，速率快。

[0007] 本发明的具体技术方案如下：

[0008] 本发明提供一种微米级复合材料，该微米级复合材料包括用作载体的微米级材料、复合在微米级材料表面上的纳米级光触媒微粒以及附着在纳米级光触媒上的纳米金属层。

[0009] 按重量百分比计，该微米级复合材料包括：70-99％的微米级材料、0.5-10％的纳米级光触媒微粒以及0.5-25％的纳米金属微粒。

[0010] 所述微米级材料包括微米级的纤维、微米级的片状粒子以及微米级的球状粒子中的一种。

[0011] 所述微米级的纤维包括微米级的玻璃纤维、金属纤维、陶瓷纤维和高分子纤维中的一种或多种，所述微米级的片状粒子包括微米级的金属箔片、玻璃鳞片、片状石墨和云母片中的一种或多种，所述微米级的球状粒子包括微米级的玻璃微球、微米级的氧化铝粒子、微米级的氧化锌粒子中的一种或多种。

[0012] 所述纳米级光触媒包括纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米氧化铜中的一种或多种。

[0013] 所述纳米金属层中的金属包括纳米银、纳米铜、纳米镍、纳米锡、纳米金或纳米钯的一种或多种。

[0014] 本发明还提供一种制备如上所述微米级复合材料的方法，其特征在于，该方法包括：

[0015] 在复合有纳米光触媒微粒的微米级材料溶液中加入金属盐、表面活性剂，用超声波分散后调节溶液的PH值，再加入还原剂，搅拌均匀后，将混合溶液置于紫外光下10分钟～10小时，使纳米金属定向沉积到制备出纳米光触媒微粒的表面，然后从上述溶液中分离出复合有纳米金属层附着的纳米光触媒微粒的微米级复合材料。

[0016] 复合有纳米光触媒微粒的微米级材料、金属盐、表面活性剂和还原剂的重量百分比分别为：

[0017] 复合有纳米光触媒微粒的微米级材料：70-90％；

[0018] 金属盐：0.5-30％；

[0019] 表面活性剂：1-5％；

[0020] 还原剂：1-10％。

[0021] 所述复合有纳米光触媒微粒的微米级材料的制备方法如下：

[0022] 将微米级材料浸入纳米光触媒溶胶或溶液中，分离液体后干燥获得复合有纳米光触媒微粒的微米级材料。

[0023] 所述复合有纳米光触媒微粒的微米级粒子的制备方法如下：

[0024] 在微米级材料的表面喷涂纳米光触媒微粒形成复合有纳米光触媒微粒的微米级材料。

[0025] 本发明有益的技术效果在于：

[0026] 相较于现有技术，本发明先将较易附着或包覆在微米级的粒子表面的纳米级光触媒微粒附着或包覆在微米级材料表面上，再通过光催化反应使金属盐还原后形成纳米级的金属定向沉积在光触媒微粒上，从而形成表面复合有纳米金属层附着纳米光触媒微粒的微米级复合材料，利用了纳米级的光触媒粒子较易获取以及作为无机氧化物的光触媒粒子较易附着在微米级粒子表面上的特性，避免了直接将纳米金属微粒附着或者包覆在微米级粒子表面上十分困难的问题。【具体实施方式】

[0027] 为了使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用来限定本发明。

[0028] 实施例1

[0029] 本实施例提供一种微米级复合材料的制备方法，该微米级复合材料的表面复合有纳米金属层附着的纳米光触媒微粒，该制备方法包括如下步骤：

[0030] (1)在微米级的玻璃纤维的表面喷涂纳米二氧化钛微粒形成表面附着有纳米二氧化钛微粒的微米级玻璃纤维，微米级的玻璃纤维和纳米二氧化钛微粒按照重量百分比分别为：70％和10％。

[0031] (2)将上述的表面附着有纳米二氧化钛微粒的微米级玻璃纤维制成水溶液，按照重量份计，在100份表面附着有纳米二氧化钛微粒的微米级玻璃纤维溶液中加入30份银盐AgCl、5份表面活性剂柠檬酸钠，用超声波分散30分钟后调节溶液的PH值为5-7，再加入5份还原剂甲醛，搅拌均匀后，将混合溶液置于紫外光下10分钟～30分钟，使纳米Ag定向沉积到制备出纳米二氧化钛微粒的表面，然后从上述溶液中分离出表面附着有纳米Ag层包覆的纳米二氧化钛微粒的微米级玻璃纤维。

[0032] 制备出的表面附着有纳米Ag层包覆的纳米二氧化钛微粒的微米级玻璃纤维中按照重量百分比计含有70％的微米级玻璃纤维，10％的纳米二氧化钛微粒以及20％的纳米金属Ag微粒。所述纳米二氧化钛微粒附着在微米级玻璃纤维的表面，所述纳米Ag附着在纳米二氧化钛微粒的表面形成纳米Ag层，所述纳米Ag层包覆在纳米二氧化钛微粒的表面。

[0033] 实施例2

[0034] 本实施例提供一种微米级复合材料的制备方法，该微米级复合材料的表面复合有纳米金属层附着的纳米光触媒微粒，该制备方法包括如下步骤：

[0035] (1)将微米级的氧化铝粒子浸入纳米氧化锌溶胶中搅拌10分钟后，静置1～3小时，待纳米氧化锌完全包覆在微米级的氧化铝粒子上后，过滤多余的溶液后，重新加水调制成表面包覆有纳米氧化锌微粒的微米级的氧化铝粒子的水 溶液，其中，微米级的氧化铝粒子和纳米氧化锌溶胶溶液按照重量百分比分别为：80％和60％，在纳米氧化锌溶胶溶液中含有重量百分比为20％的纳米氧化锌粒子。

[0036] (2)按照重量份计，在100份表面包覆有纳米氧化锌微粒的微米级氧化铝粒子的水溶液中加入20份银盐无水硫酸铜、3份表面活性剂十二烷基苯磺酸钠，用超声波分散40分钟后调节溶液的PH值为5-7，再加入3份还原剂葡萄糖，搅拌均匀后，将混合溶液置于紫外光下1小时～3小时，使纳米铜定向沉积到制备出纳米氧化锌微粒的表面，然后从上述溶液中分离出表面包覆有纳米铜层包覆的纳米氧化锌微粒的微米氧化铝粒子。

[0037] 制备出的表面包覆有纳米铜层包覆的纳米氧化锌微粒的微米级氧化铝粒子中按照重量百分比计含有80％的微米级氧化铝粒子，12％的纳米氧化锌微粒以及8％的纳米金属铜微粒。所述纳米氧化锌微粒包覆在微米级氧化铝粒子的表面，所述纳米铜包覆在纳米氧化锌微粒的表面形成纳米铜层，所述纳米铜层包覆在纳米氧化锌微粒的表面。

[0038] 实施例3

[0039] 本实施例提供一种微米级复合材料的制备方法，该微米级复合材料的表面复合有纳米金属层附着的纳米光触媒微粒，该制备方法包括如下步骤：

[0040] (1)将微米级的云母片浸入纳米氧化铜溶胶中搅拌20分钟后，静置2～4小时，待纳米氧化铜完全附着在微米级的云母片表面上后，过滤多余的纳米氧化铜溶胶后，重新加水调制成表面包覆有纳米氧化铜微粒的微米级的云母片的水溶液，其中，微米级的云母片和纳米氧化铜溶胶溶液按照重量百分比分别为：99％和50％，在纳米氧化铜溶胶溶液中含有重量百分比为1％的纳米氧化铜粒子。

[0041] (2)按照重量份计，在100份表面包覆有纳米氧化铜微粒的微米级云母片的水溶液中加入5份锡盐硫酸亚锡、1份表面活性剂柠檬酸三钠，用超声波分散20分钟后调节溶液的PH值为5-7，再加入1份还原剂葡萄糖，搅拌均匀后，将混合溶液置于紫外光下3小时～10小时，使纳米锡定向沉积到制备出的纳米氧化铜微粒的表面，然后从上述溶液中分离出表面包覆有纳米锡附着的纳 米氧化铜微粒的微米云母片。

[0042] 制备出的表面包覆有纳米锡附着的纳米氧化铜微粒的微米级云母片中按照重量百分比计含有98％的微米级云母片，0.5％的纳米氧化铜微粒以及0.5％的纳米金属锡微粒。所述纳米氧化铜微粒包覆在微米级云母片的表面，所述纳米锡附着在纳米氧化铜微粒的表面。

[0043] 实施例4

[0044] 本实施例提供一种微米级复合材料的制备方法，该微米级复合材料的表面复合有纳米金属层附着的纳米光触媒微粒，该制备方法包括如下步骤：

[0045] (1)在微米级的玻璃微球的表面喷涂纳米二氧化钛微粒形成表面包覆有纳米二氧化钛微粒的微米级玻璃微球，微米级的玻璃微球和纳米二氧化钛微粒按照重量百分比分别为：70％和5％。

[0046] (2)按照重量份计，在100份表面包覆有纳米二氧化钛微粒的微米级玻璃微球的水溶液中加入50份三氯化金、5份表面活性剂柠檬酸三钠，用超声波分散40分钟后调节溶液的PH值为5-7，再加入10份还原剂甲酸，搅拌均匀后，将混合溶液置于紫外光下3小时～10小时，使纳米金定向沉积到制备出的纳米二氧化钛微粒的表面，然后从上述溶液中分离出表面包覆有纳米金包覆的纳米二氧化钛微粒的微米级玻璃微球。

[0047] 制备出的表面包覆有纳米金包覆的纳米二氧化钛微粒的微米级玻璃微球中按照重量百分比计含有70％的微米级玻璃微球，5％的纳米二氧化钛微粒以及5％的纳米金微粒。所述纳米二氧化钛微粒包覆在微米级玻璃微球的表面，所述纳米金包覆在纳米二氧化钛微粒的表面。

[0048] 总之，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，例如：所述微米级的玻璃纤维、玻璃微球、氧化铝粒子以及云母片均为微米级材料，所述微米级材料包括微米级的纤维、微米级的片状粒子以及微米级的球状粒子中的一种，所述微米级的纤维包括微米级的玻璃纤维、金属纤维、陶瓷纤维和高分子纤维中的一种或多种， 所述微米级的片状粒子包括微米级的金属箔片、玻璃鳞片、片状石墨和云母片中的一种或多种，所述微米级的球状粒子包括微米级的玻璃微球、微米级的氧化铝粒子、微米级的氧化锌粒子中的一种或多种。所述纳米金属微粒还包括纳米镍和纳米钯的一种或多种。总之，无论怎么改进，只要在本领域的构思范围之内，均属于本专利的保护范畴。