【原创】每周一问|如何对氯化法钛白粉进行无机表面处理?


来源:中国粉体网   初末

[导读]  为了提高TiO2的分散性、耐候性和消色性,需要对氯化法TiO2进行无机表面处理。

钛白粉学名为二氧化钛(TiO2),是一种具有优异遮盖力、光散射力和高消色力的无机白色颜料。氯化法制得的TiO2一般会在氧化过程中吸附一些杂质,而这些杂质混入有机漆料后,便会生成带色物质,这样既会降低TiO2的白度,还会腐蚀涂覆的底板。因此,为了提高TiO2的分散性、耐候性和消色性,需要对氯化法TiO2进行无机表面处理。



分散
 
为了优化TiO2颜料的光学性质和应用性能,在分散时,应注意以下几点:一是浆液的分散浓度应>500g/L,且分散用水应选为电阻率≥20Ω/cm的脱离子水;二是严控浆液的搅拌强度,且搅拌的线速度应控制在186m/min为宜;三是用碱等来调控浆液的pH值,理由是当pH值在9~11之间时,TiO2在水中具有最好的分散性,其中氢氧化物等无机分散剂最为常用,注意严控分散剂的加入量;四是为了稳定TiO2的分散性,可应用到双电层和静电斥力理论。


研磨


TiO2在进行无机表面处理前,可通过研磨来实现超微粉碎,以满足包膜工艺的要求。在研磨时,应对浆液的pH值、温度、浓度、载度和分散状态等进行重点控制,其中浆液的浓度、pH值应分别为600g/L~1200g/L和8~11。


研磨介质填充率越大,研磨介质接触频率就越大;从粒径可以看出,在相同研磨时间内产品粒径就越小,研磨的效果就好。但在实际生产过程中,还要考虑研磨介质的填充率增加电流也会增大,同时会对设备本体存在磨损严重的现象,经过长期的生产经验积累,研磨介质的填充率控制在65%~75%时,研磨效果较好,同时对设备磨损较小。



研磨介质不同填充率下研磨效果对比


分级


分级就是分离浆液中的粗细颗粒,将分离出来的大颗粒聚集体返回,重新研磨。如此一来,可进一步改善TiO2的分散体,其中最佳粒度应在0.2μm~0.3μm间 。另外,通过分级处理,还可将其中被磨碎的机械杂质去除。氯化法TiO2无机表面处理在分级时所用到的设备为水力旋流器,且为了保证分级效果最佳,应对浆液的分散情况进行调控。


包膜


包膜是钛白粉后处理工序中最关键、最难控制的一步,故氯化法TiO2生产的整个包膜过程是采用先进的计算机集散控制系统进行操作的。包膜工艺操作的关键是pH值等条件的控制。通过对无机表面处理剂的添加量、添加顺序、包膜时的温度、pH值、速度、时间等的调整,可以改变二氧化钛包膜层的结构和疏松度,从而制得具有不同吸油量和遮盖力的颜料产品。


氯化法TiO2常用的表面包膜工艺主要有硅包膜、锆包膜、铝包膜和硅-铝包膜几种。


硅包膜


为了提高包膜钛白粉的耐候性,需要在钛白粉颗粒表面包覆一层致密的二氧化硅,但包硅后钛白粉的消色力及亮度又会降低,故在包膜过程要严格控制工艺参数。当pH值在8~11时,硅以氢氧化硅形式沉淀在二氧化钛粒子表面,这种方式形成的硅包膜是最致密的。要想得到致密性硅包膜,首先温度不得低于60℃,但温度过高又易导致活性硅聚合,故在表面处理的过程中,应提供均匀的反应条件并配以良好的搅拌,并且将包硅量控制在2%~3%。这时,产品的消色力高、耐候性较好。


锆包膜


锆包膜可以提高间层结合力,而且能够显著地掩蔽二氧化钛晶格表面上的光活性团,提高二氧化钛耐候性、光泽度和耐久性。锆包膜剂质量按二氧化钛的0.1%~2.5%,(ZrO2量计)加入,pH值控制在8~11,控制反应温度在50~60℃,使锆以水合氧化锆的形式沉淀于二氧化钛粒子表面形成致密、均匀、连续的锆膜。锆包膜所形成的水合氧化锆以羟基的形式牢固地键合在TiO2表面,其表面积和表面活性很大,具有很强的吸附力,能提高二氧化钛基体与包膜层之间的结合力。使锆以水合氧化物的形式沉淀在钛白粉颗粒表面。


铝包膜


致密均匀的氧化铝膜可提高钛白粉的耐候性,同时氧化铝包膜可提高钛白粉的分散性。在添加铝包膜剂的过程流速要控制均匀,避免包膜剂自身析出,同时在添加包膜剂的过程中搅拌转速控制需均匀,保证浆料的充分搅拌。在条件可以的情况下,适当延长包铝的时间,可获得致密的铝膜。


硅-铝包膜


在硅-铝包膜中,先按要求加入磷酸盐,TiO2浆液的pH值为9时,以六偏磷酸根离子形式吸附的P2O5约占0.1%,然后再进一步进行聚解或聚合。



硅-铝包膜工艺流程图


用硅-铝包膜工艺生产的TiO2具有高耐候性、高光泽度和高白度。


参考资料:
申利.影响氯化钛白粉表面处理效果的因素
魏孔.探究氯化法钛白粉的无机表面处理

 

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