专利名称：一种评估无机纳米氧化物粉体紫外屏蔽性能的方法
技术领域：
本发明涉及一种无机纳米氧化物粉体材料的紫外屏蔽性能的评估方法，属于材料性质评估技术。
背景技术：
包括二氧化钛、氧化锌、二氧化硅等的无机纳米氧化物粉体材料，除了具有光催化性能、光电半导体性质和比表面积大、量子效应等多方面的优点外，其对紫外线良好的屏蔽性能也非常突出，并且已经作为紫外屏蔽剂(用于防止紫外线对基体的老化和损伤)被大量的添加到防晒品、涂料、纺织物中。为了能有效的屏蔽紫外线损害，首先必须选择添加的屏蔽剂(无机纳米氧化物粉体材料)的紫外屏蔽性能达到优良或合格。中国发明专利申请“纳米粉体材料紫外屏蔽性能评估方法”(专利申请号03114952.9)公开了一种评估无机纳米材料的紫外屏蔽性能方法。该方法主要通过虹吸器的制备、分散体系的建立、本底(两片玻璃片中间吸入分散体系)的建立、扫描紫外屏蔽曲线的获得，最后按照紫外屏蔽曲线特性，实现对无机纳米氧化物粉体材料的紫外屏蔽性能进行优良、合格分类评估。但是，该方法主要存在如下的缺陷一、虹吸器的制备很繁琐；二、扫描紫外屏蔽曲线时使用的Varian，Cary50Probe非常昂贵。
发明内容
本发明目的在于公开一种可信度高、工艺简单、评估成本低廉的无机纳米氧化物粉体材料紫外屏蔽性能评估方法。
为了达到上述目的，本发明首先制定了无机纳米氧化物粉体材料紫外屏蔽性能标准。发明人多年来对分光光度法原理的研究发现，无机纳米氧化物粉体材料在200～400nm波长区域内的紫外吸收情况存在如下的关系在入射光为320nm波长处，其紫外吸光度值A与200nm～400nm之间吸光度的积分值有很好的线性相关，即在入射光为320nm波长处，这些无机纳米氧化物粉体的紫外吸光度值A随着吸光度的积分值增大而增大。因此，可以通过320nm波长处的紫外吸光度值A直接评估无机纳米氧化物粉体的紫外屏蔽性能。通过实验获得并验证了A大于1.0与小于0.5时，前者的紫外屏蔽性能为优，后者为差。由此制定了本发明的包括无机纳米氧化物粉体的悬浮溶液的制备和紫外吸光度值A的测定工艺，其特点是第一步，依照320nm波长吸光度值A与200～400nm波长范围内吸光度的积分值之间线性关系，制定了无机纳米氧化物粉体的紫外屏蔽性能的评估标准为其通过320nm处波长的紫外吸光度值A≥1.0时，紫外屏蔽性能为优良；0.5≤A＜1.0时，紫外屏蔽性能为合格；A＜0.5时，紫外屏蔽性能为不合格。
第二步，制备待测无机纳米氧化物粉体悬浊液，并将悬浊液装入评估池。
称取无机纳米氧化物粉体2mg，搅拌分散于50mL乙二醇中，然后将其置于粉体超声分散器中，启动超声分散器，运转5～10分钟，使粉体均匀分散，获得质量百分比浓度为0.0036％的无机纳米氧化物粉体悬浊液，并迅速将悬浊液转移到上端开口，底部密封，两侧透明、厚度(即光程长)等于10mm，另两侧为磨砂面的立方体型的评估池中。
第三步 测定无机纳米氧化物粉体的紫外吸光度值A。
将装有无机纳米氧化物粉体的悬浊溶液的评估池置于评估仪中，另取内装试剂级乙二醇溶液的评估池，也置于评估仪中作为参比。调节评估仪旋钮使入射光波长为320nm，推动拉杆，使装有参比的乙二醇溶液评估池在光路上，调节评估仪的紫外吸光度值A＝0。然后推动拉杆将待测样品置于光路上进行测定，获得无机纳米氧化物粉体的紫外吸光度值A，并通过评估仪上的显示面板或打印机记录。
第四步 评估纳米氧化物粉体紫外屏蔽性能。
将第三步获得的无机纳米氧化物粉体的紫外吸光度值A与第一步制定的评估标准作比较当A≥1.0时，为优良；当1.0＞A≥0.5时，为合格；当0.5＞A时，为不合格。
本发明具有如下优点
1.由于本发明的紫外屏蔽性能的评估标准是基于320nm波长无机纳米氧化物粉体吸光度值A做出的，因此这种使用单波长评估整个紫外区的屏蔽能力的评估方法，比扫描曲线方法更加简单合理。为纳米氧化物粉体材料在紫外防护产业中的应用提供了直接筛选的手段和标准。
2.由于本发明制得的悬浊液是通过超声分散器的作用的，从而具有分散均匀、良好的稳定性、即使在较长的时间内测定都不会产生误差的优点，因此测得的吸光度值A可始终保持在分光光度计的可测定范围内，且仪器误差更小而达到可信度高的效果。
3.由于本发明选择了适当的评估池厚度(10mm)，使得待测样品的制备测定过程简单化，同时也减小了在评估过程中产生的误差，进一步保证了检测的可信度。
4.本发明与全波长扫描曲线的评估方法相比，由于无需制备大量样品并且能保证待测粉体悬浊液能长时间稳定，因此，能快速的评估无机纳米氧化物粉体材料的紫外线屏蔽性能，操作简单，分析成本低、速度快、容易推广和普及。
图1为本发明的工艺流程图；图2为6种无机纳米氧化物粉体材料在200～400nm波长的紫外屏蔽曲线(图中a、b、c、d、e、f分别表示Fluka-TiO2，P25-TiO2，CFA-TiO2，ZnO-2，亲水ZnO和QT-TiO2等6种无机纳米氧化物粉体材料)；图3为上述6种浓度为0.0036％的无机纳米氧化物粉体材料在320nm处的吸光度值与200nm～400nm之间的紫外吸光度积分值的线性相关曲线；图4为评估仪外形示意图(图中1打印机，2显示控制面板，3拉杆，4样品室盖，5电源开关，6显示窗口，7波长旋钮)；具体实施方式
请参阅附图1、2、3。首先制定评估标准本发明基于分光光度法的原理，通过对无机纳米氧化物悬浊液的紫外可见光谱图的研究表明，大多数光谱图的紫外区内的吸光度值在320nm处有最高峰或在该波长周围呈现吸收平台，因此可以将320nm处波长的吸收值A320nm与200～400nm之间的紫外吸光度的积分值S建立线性关系，其中积分值S=∫200400A·dλ,]]>其中S表示为吸光度的积分值，A表示波长λ的取值范围在200nm～400nm内某波长的吸光度值，dλ为波长间隔。
图2显示了六种无机纳米氧化物粉体材料在200～400nm波长区域内的紫外吸收情况。X轴方向为200nm～400nm之间的波长值，Y轴方向为0～1.4六种不同的吸光度值A。从图2可知当入射光为320nm波长处时，六种无机纳米氧化物粉体的紫外吸光度值A皆出现最高峰或呈现吸收的平台。
图3显示了六种无机纳米氧化物粉体材料的紫外吸收的积分值与320nm波长吸光度值A320nm的关系，X轴方向为0～1.5吸光度值A320nm，Y轴方向为0～250积分值S，由图可知这六种无机纳米氧化物粉体的紫外吸光度值A320nm随着吸光度的积分值S增大而增大，呈线性关系。因此，可以通过320nm处的吸光度值A评估纳米氧化物粉体的紫外屏蔽性能当A≥1.0时，为优良；当1.0＞A≥0.5时，为合格；当0.5＞A时，为不合格。
然后将无机纳米氧化物和乙二醇，按2mg和50mL搅拌并用超声法制备悬浊液样品。
接着通过评估仪的光学分析获得吸光度值A。请参阅图4。本发明采用的评估仪由打印机1、显示控制面板2、拉杆3、样品室盖4、电源开关5，显示窗口6、波长旋钮7组成。评估仪内部由光源、滤色片、单色器、样品槽、接收器、前置放大、计算机以及与打印机、键盘和显示部分。光源由氘灯和卤钨灯组成，发射出来的光经过滤色片及光门到达单色器。光信号分两路，其中一路，经过样品槽到接收器、前置放大后转化为电信号由计算机处理；另一路，直接转为电信号由计算机处理。两路信号处理后可由打印机1打�。部芍苯酉允驹谄拦酪窍允究刂泼姘�2上。计算机可由面板2上的键盘控制编程、打印以及显示的内容。
最后将吸光度值A与第一步制定的评估标准比对，就得到了该无机纳米氧化物粉体的紫外屏蔽性能。
实施例1待评估的纳米粉体是德国Degussa公司生产的P25型纳米TiO2，其具体技术指标为粒径为21nm，比表面积(BET)为50±15m2/g，晶型为80％锐钛矿相，20％金红石相；制备方法，气相法。
工作流程参阅图1。首先准确称量2mg P25型纳米TiO2，搅拌分散于50mL试剂级乙二醇中，并将其置于粉体超声分散器中，启动超声分散器5-10分钟，使粉体均匀分散，获得浓度为0.0036％(质量百分含量)无机纳米氧化物粉体悬浊液，并迅速将悬浊液转移到特制的上端开口，底部密封，两侧透明、厚度(即光程长)等于10mm、另两侧为磨砂面的立方体型的评估池中。
然后使用评估仪评估该无机纳米氧化物粉体材料的紫外屏蔽性能。打开评估仪电源开关5，预热20分钟后开始工作。调节波长旋钮7，通过显示窗口6可读波长。打开样品室盖4，把只装有分散剂乙二醇的评估池以及装有分散好的P25型纳米TiO2的评估池放入样品室，前者作为后者的参比。调节入射光波长为320nm，推动拉杆3，首先使参比溶液的吸光度值为0，然后推动拉杆3。光源经过光学分析装置，光电转换为电信号通过前置放大器，数模转换后进入单片机系统。通过显示控制面板2读出该波长下的吸光度值A＝1.1303，该值也可通过打印机1打印出来。将结果(吸光度值A＝1.1303)与本发明方法所制定的标准比较，即进行等级评估，结论是该产品为优良级。
实施例2待评估的纳米粉体材料为Fluka公司提供的Fluka-TiO2纳米粉体材料。
工艺流程和仪器同实施例1相同，测得该材料吸光度值A＝1.1662，产品为优良级。
实施例3待评估的纳米粉体材料为国内某企业提供的CFA-TiO2纳米粉体材料，材料颗粒粒径为90nm，晶型为金红石型。
工艺流程和仪器同实施例1相同，测得该材料吸光度值A＝0.6575，产品为合格级。
实施例4待评估的纳米粉体材料为国内某企业提供的亲水型ZnO纳米粉体材料，材料粒径约为50nm，采用气相法制备。
工艺流程和仪器同实施例1相同，测得该材料吸光度值A＝0.3125，产品为不合格级。
实施例5待评估的纳米粉体材料是国内某企业提供的QT-TiO2纳米粉体材料。
工艺流程和仪器同实施例1相同，测得该材料吸光度值A＝0.2905，产品为不合格级。
实施例6待评估的纳米粉体材料是国内某企业提供的亲水性SiO2纳米粉体材料。材料粒径约为7nm，采用气相法制备。
工艺流程和仪器同实施例1相同，测得该材料吸光度值非常微弱，产品为不合格级。
权利要求
1.一种评估无机纳米氧化物粉体紫外屏蔽性能的方法，包括无机纳米氧化物粉体的悬浮溶液的制备和紫外吸光度值A的测定，其特征在于第一步，依照320nm波长吸光度值A与200～400nm波长范围内吸光度的积分值之间线性关系，制定了无机纳米氧化物粉体的紫外屏蔽性能的评估标准为其通过320nm处波长的紫外吸光度值A≥1.0时，紫外屏蔽性能为优良；1.0＞A≥0.5时，紫外屏蔽性能为合格；0.5＞A时，紫外屏蔽性能为不合格；第二步，制备待测无机纳米氧化物粉体悬浊液，并将悬浊液装入评估池称取无机纳米氧化物粉体2mg，搅拌分散于50mL乙二醇中，然后将其置于粉体超声分散器中，启动超声分散器，运转5～10分钟，使粉体均匀分散，获得质量百分比浓度为0.0036％的无机纳米氧化物粉体悬浊液，并迅速将悬浊液转移到上端开口，底部密封，两侧透明、厚度等于10mm，另两侧为磨砂面的立方体型的评估池中；第三步 测定无机纳米氧化物粉体的紫外吸光度值A将装有无机纳米氧化物粉体的悬浊溶液的评估池置于评估仪中，另取内装试剂级乙二醇溶液的评估池，也置于评估仪中作为参比；调节评估仪旋钮使入射光波长为320nm，推动拉杆，使装有参比的乙二醇溶液评估池在光路上，调节评估仪的紫外吸光度值A＝0；然后推动拉杆测定待测样品，获得无机纳米氧化物粉体的紫外吸光度值A，并通过评估仪上的显示面板或打印机记录；第四步 评估纳米氧化物粉体紫外屏蔽性能将上一步获得的无机纳米氧化物粉体的紫外吸光度值A与第一步制定的评估标准作比较当A≥1.0时，为优良；当1.0＞A≥0.5时，为合格；当0.5＞A时，为不合格。
全文摘要
一种评估无机纳米氧化物粉体紫外屏蔽性能的方法，涉及材料的紫外屏蔽性能评估技术。首先制定评估标准为其通过320nm处波长的紫外吸光度值A≥1.0、1.0＞A≥0.5和0.5＞A时紫外屏蔽性能分别为优良、合格和不合格。然后用超声法制备待测无机纳米氧化物粉体悬浊液，并将悬浊液装入特制的立方体型评估池。接着用评估仪测定无机纳米氧化物粉体的紫外吸光度值A。最后将测得的吸光度值A与评估标准作比较，就得到了该无机纳米氧化物粉体紫外屏蔽性能。本发明的悬浊液能长时间稳定，其测定过程简单、快速、误差小，可信度高、评估成本低、容易推广和普及。本发明的方法为无机纳米氧化物粉体材料在紫外防护产业中的应用提供了直接筛选的手段和标准。
文档编号G01N1/38GK1587995SQ20041005274
公开日2005年3月2日 申请日期2004年7月12日 优先权日2004年7月12日
发明者金利通, 孙郑冬, 杨佳音, 刘炜, 张文, 鲜跃仲 申请人:华东师范大学
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