鈦白粉三種無機(jī)包膜工藝

  鈦白粉是性能優(yōu)異的白色顏料，應(yīng)用于涂料、油漆、塑料、油墨、化纖、橡膠等工業(yè)。但未經(jīng)表面處理的鈦白粉顏料具有光化學(xué)活性，在可見光尤其是在紫外線的照射下，可使周圍的有機(jī)物發(fā)生降解，易產(chǎn)生失光、黃變、粉化等現(xiàn)象，因此耐候性成為鈦白粉的一項(xiàng)很重要的應(yīng)用指標(biāo)。因此，研究二氧化鈦表面處理對提高鈦白粉的質(zhì)量，制備高附加值鈦白粉有著重要的意義。

為了提高二氧化鈦顏料的耐候性，通常對二氧化鈦進(jìn)行無機(jī)表面包膜處理，將二氧化鈦與周圍的有機(jī)物隔離，以提高其耐候性及分散性。包膜前要將鈦白粉顆粒分散于水中，使待包裹的顆粒達(dá)到很好分散狀態(tài)，且擁有合適的粘度，以便在每個顆粒表面沉淀出完整的膜層，在鈦白粉漿料中添加分散劑可以明顯提高鈦白粉的分散效果。

 

一、高耐候性鈦?zhàn)苑蹮o機(jī)包膜工藝概述

高耐候性鈦白粉的制備工藝過程如下：將已粉碎至一定細(xì)度（45μm篩余物0.15%以下)的金紅石鈦白粉粗品加入水中，添加如六偏磷酸鈉、硅酸鈉等分散劑，并用燒堿調(diào)節(jié)pH值9~11。將以上漿料用砂磨機(jī)研磨，使團(tuán)聚在一起的鈦白粉粒子分散開來、然后進(jìn)入包膜設(shè)備，將以上漿料加熱到一定的溫度。在有良好攪拌的條件下，加入包膜劑，調(diào)節(jié)體系pH值，使包膜劑沉積到鈦白粉表面。并熟化一定時間，完成了鈦白粉表面一層無機(jī)包膜。如果要包上幾層無機(jī)氧化物，則再次調(diào)整漿料溫度、pH值，加入第二種物質(zhì)包膜。

鈦白粉表面包覆無機(jī)氧化物保護(hù)膜后，其表面性質(zhì)發(fā)生了根本的變化，不僅具有了新表面特性，且擁有新的物理和化學(xué)性能。

 

二、高耐候性鈦?zhàn)苑蹮o機(jī)包覆工藝過程

高耐候性鈦白粉選用的無機(jī)包膜元素主要是鋁和硅。其表面包覆工藝主要可分為如下三種：

1、二氧化硅包膜；

2、三氧化二鋁包膜；

3、硅鋁復(fù)合包膜。

下文將對這三種工藝做簡單解析。

A、鈦白粉表面包覆二氧化硅膜的工藝

SiO2包覆TiO2工藝簡析：

在TiO2的漿液中，加入水溶性的硅化合物如Na2SiO3，用酸中和至pH=8~9，使硅以Si(OH)4的形式沉淀在TiO2粒的表面。

包覆的工藝條件為：

硅的加入量一般為鈦白粉質(zhì)量的1%~10%（以SiO2計(jì)）。漿液的pH一般為8~11，反應(yīng)溫度為80~100℃，Na2SiO3中堿金屬離子濃度0.1~0.3mol/L。通常采用5h左右的反應(yīng)時間。

B、鈦白粉表面包覆氧化鋁膜的工藝

Al2O3包覆TiO2工藝簡析：

在TiO2的漿液中，加入可溶性的鋁鹽[Al2(SO4)3]或[NaAlO2]，在均勻攪拌下用堿或酸中和至pH=9~10，使鋁在TiO2顆粒表面以AI(OH)3沉淀析出。

包覆的工藝條件為：

先將包膜劑Al2(SO4)3或NaAlO2按TiO2質(zhì)量的1％~5％(以Al2O3計(jì))配制成含Al2O3為40~100g/L的溶液，然后加入到分散好的TiO2漿液中，攪拌均勻后，以堿或酸進(jìn)行中和，堿或酸的濃度一般為10％，中和時間一般控制在1~2h內(nèi)。當(dāng)采用Al2(SO4)3時，為了保持TiO2的均勻分散，可同時加堿，保持pH=8.5~11，然后調(diào)至中性，使鋁鹽完全水解。處理的溫度一般控制在50~80℃。

C、硅鋁復(fù)合包覆的工藝

在無機(jī)物處理中，只采用一種金屬水合乳化物或氫氧化物作包覆劑，對TiO2抗粉化性與保光性的提高是有限的。例如，單獨(dú)采用鋁，其保光性與抗粉化性不如鋁、硅共同包膜的好；單獨(dú)采用硅，漿液難以過濾，制得的顏料性能不佳，而鋁、硅合用可以獲得明顯的效果。因此，在生產(chǎn)過程中總是應(yīng)用硅、鋁等兩種或兩種以上的處理劑，即復(fù)合包覆與雙元包覆。

 

兩種包覆包覆方式的區(qū)別

復(fù)合包覆是指在同一種酸性或堿性條件下，用中和法同時將二種以上包覆劑沉積到TiO2粒子表面。雙元包覆是指在一種條件下沉積一種以上包覆劑，然后在此條件或另一條件下，第二次再沉積一種以上包覆劑。

 

典型的復(fù)合包覆過程如下：

將含300g/L的TiO2、pH=9~11的水漿液加入處理罐，在良好的攪拌下同時導(dǎo)入酸性和堿性兩種液流。酸性液流含(g/L)：50MgS04，100TiOSO4，50H2SO4；堿性液流含(g/L)：100Na2SiO3，75NaAlO2。加入的配比與速率使?jié){液始終保持在pH6~8之間。

 

雙元包覆是一種常用的方法，前面提到的在堿性條件下沉積致密狀SiO2，然后在酸性條件下沉積Al2O3，就是一種典型的雙元包覆。較近的一種改進(jìn)是，首先在堿性條件下(pH=11)沉積SiO2與Al2O3的致密包膜，然后調(diào)pH到3左右，進(jìn)行酸性穩(wěn)定化處理，時間為15-30min(時間過長如>1h，有可能引起包膜溶解)。此后，使?jié){液pH回升到5~5.5，用Al2O3進(jìn)行第雙元包膜，這樣改進(jìn)了TiO2的分散和光學(xué)性能。