CN100528977C - 一种钛白粉表面无机-有机包覆的方法 - Google Patents
一种钛白粉表面无机-有机包覆的方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种钛白粉表面无机-有机包覆的方法是在钛白粉表面包覆一层铝，以增加钛白粉的耐候性和白度以及水中分散性，然后再利用甲基含氢硅油和六甲基二硅氮烷与钛白粉表面反应生成特殊的表面膜层，从而改善钛白粉在醇酸树脂中的分散性能。本发明具有操作简单、制作方便、反应条件温和，无二次污染，成本低的优点。
Description
技术领域
本发明属于钛白粉的改性方法，具体地说是将钛白粉在无机改性的基础上再进行有机包裹，从而改善其在油中分散性的方法。
技术背景
钛白粉具有高度的化学稳定性、耐热性、良好的白度、着色力和遮盖力，在白色颜料(工业和民用涂料、塑料、印刷油墨、橡胶、纸张、陶瓷和合成纤维)、光催化剂、光电电池、紫外线屏蔽剂等领域具有广泛的应用前景。对于未进行表面处理的钛白粉，其表面一般被极性基团(如-OH)所包覆，所以钛白粉容易因极性吸附或吸潮而产生团聚，在用于塑料、油漆或其他非极性体系时，很难在体系中均匀地分散。为了提高二氧化钛在不同介质中的分散性能和耐候能力，提高二氧化钛的档次，从而满足不断变化的市场需求，对二氧化钛的各种表面处理是极其重要的。
不同的表面处理剂、用量、比例、甚至处理方法的不同，都会对钛白粉的性质(分散性、耐候性、吸油量、光泽、遮盖力、表面积、等电点、流变性、储存稳定性等)产生不同程度的影响。美国专利42009430和4810305报道制备憎水性TiO2颜料的方法是用聚二甲基硅氧烷、聚有机硅氧烷和碳酸化脂肪酸衍生物进行处理。这些技术是非反应性有机物部分或完全通过范德华力和/或静电相互作用力与金属有机物表面发生相互作用。由于这些力相对较弱，用这些有机物处理的颜料可以在后加工阶段失去涂覆层或在颜料使用过程中这些有机物可被萃取而与颜料分离。使用“反应性”有机物来进行TiO2表面改性的也不少，如英国专利785393揭示了采用壬基二乙氧基硅烷处理TiO2颜料。
上述这些有机处理剂基本上使用的都是烷氧基硅烷，其不足之处是产生挥发性有机化合物(VOC)，如甲醇或乙醇，这些有机物的收集与处理是昂贵与费时的。再者，烷氧基硅烷也是较昂贵的有机物。
发明内容
本发明目的是提供一种操作简单、无污染以及成本低的有机物进行钛白粉表面无机-有机处理方法。
本发明的目的是这样实现的：首先在钛白粉表面包覆一层铝，以增加钛白粉的耐候性和白度以及水中分散性，然后再利用有机物与钛白粉表面反应生成特殊的表面膜层，从而改善钛白粉在醇酸树脂中的分散性能。
本发明的改性方法如下：
(1)无机处理：
用水稀释TiO2为浓度20～50wt％的浆液，在浆液中按P2O5与TiO2的重量比为0.1～0.5∶100加入(NaPO3)6溶液，用无机碱溶液调pH为9～11，高速分散30～60min后升温到70～90℃，用无机酸溶液调节pH值为8.5～10，加入Al与TiO2重量比为＝1.5～4∶100的NaAlO2溶液和无机酸，保持pH为8～8.5，搅拌熟化50～80min后，用无机酸调节溶液pH为6.5～7，继续搅拌15～30min，抽滤，水洗，制得包铝钛白粉；
(2)有机处理：
用水将包铝钛白粉配制成浓度为20～50wt％的浆液，并用无机酸调节其pH值为3.5～6或用无机碱调节其pH值为9～12，得浆液I，将甲基含氢硅油与乙醇按体积比0.05～0.4∶10溶于乙醇，再以1～2ml/min的速度缓慢加入体积0.5～2倍于乙醇的0.5～1mol/L无机碱，得溶液II，将六甲基二硅氮烷与乙醇按体积比0.05～0.4∶10溶于乙醇，再以1～2ml/min的速度缓慢加入体积3～5倍于乙醇的H2O，得溶液III，将溶液II以1～2ml/min的速度缓慢加入浆液I中，继续反应30～60min，将溶液III以1～2ml/min的速度缓慢加入浆液I中，滴加完毕后，继续反应60～90min，过滤，水洗，60～80℃下烘干。
如上所述的无机碱是NaOH、KOH，无机酸是HCl、H2SO4。
如上所述的化学名称为甲基含氢硅油是平湖市联合化学制品有限公司生产的UC202。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1.操作简单、制作方便、反应条件温和；
2.通过调节物料配比或工艺参数对钛白粉进行表面包覆处理；
3.采用的有机物为工业废料或者费用较低；
4.经过无机-有机复合处理之后的钛白粉在醇酸树脂中的分散性可以达到20。
实施例1
用水稀释TiO2浓度为20wt％浆液，在浆液中按P2O5与TiO2的重量比为0.1∶100加入(NaPO3)6溶液，用KOH溶液调pH＝9，高速分散30min，将浆液升温到70℃，用H2SO4溶液调节pH值为8.5，加入Al与TiO2重量比为＝1.5∶100的NaAlO2溶液和H2SO4，保持pH为8，搅拌熟化50min后，用H2SO4调节溶液pH为6.5，继续搅拌15min，抽滤，水洗。
将单包铝的钛白粉配制成浓度为20wt％的浆液(I)，并用H2SO4调节其pH值为3.5，将UC202按体积比0.05∶10溶于乙醇，再以1ml/min的速度缓慢加入体积0.5倍于乙醇的0.5mol/L KOH，得溶液(II)，将六甲基二硅氮烷按体积比0.05∶10溶于乙醇，再以1ml/min的速度缓慢加入体积3倍于乙醇的H2O，得溶液(III)，将(II)以1ml/min的速度缓慢加入(I)中，继续反应30min，将(III)以1ml/min的速度缓慢加入(I)中，滴加完毕后，继续反应60min，过滤，水洗，60℃下烘干。
实施例2
用水稀释TiO2浓度为50wt％浆液，在浆液中按P2O5与TiO2的重量比为0.5∶100加入(NaPO3)6溶液，用NaOH溶液调pH＝11，高速分散60min，将浆液升温到80℃，用用H2SO4溶液调节pH值为10，加入Al与TiO2重量比为＝4∶100的NaAlO2溶液和用H2SO4，保持pH为8.5，搅拌熟化80min后，用H2SO4调节溶液pH为7，继续搅拌30min，抽滤，水洗。
将单包铝的钛白粉配制成浓度为50wt％的浆液(I)，并用H2SO4调节其pH值为6，将UC202按体积比0.4∶10溶于乙醇，再以2ml/min的速度缓慢加入体积2倍于乙醇的1mol/L NaOH，得溶液(II)，将六甲基二硅氮烷按体积比0.4∶10溶于乙醇，再以1ml/min的速度缓慢加入体积5倍于乙醇的H2O，得溶液(III)，将(II)以2ml/min的速度缓慢加入(I)中，继续反应60min，将(III)以2ml/min的速度缓慢加入(I)中，滴加完毕后，继续反应90min，过滤，水洗，80℃下烘干。
实施例3
用水稀释TiO2浓度为30wt％浆液，在浆液中按P2O5与TiO2的重量比为0.3∶100加入(NaPO3)6溶液，用KOH溶液调pH＝9.5，高速分散30min，将浆液升温到80℃，用HCl溶液调节pH值为8.5，加入Al与TiO2重量比为＝2∶100的NaAlO2溶液和HCl，保持pH为8，搅拌熟化60min后，用HCl调节溶液pH为6.5，继续搅拌20min，抽滤，水洗。
将单包铝的钛白粉配制成浓度为30wt％的浆液(I)，并用KOH调节其pH值为9，将UC202按体积比0.1∶10溶于乙醇，再以1ml/min的速度缓慢加入体积等量于乙醇的0.5mol/L KOH，得溶液(II)，将六甲基二硅氮烷按体积比0.1∶10溶于乙醇，再以1ml/min的速度缓慢加入体积3倍于乙醇的H2O，得溶液(III)，将(II)以2ml/min的速度缓慢加入(I)中，继续反应60min，将(III)以2ml/min的速度缓慢加入(I)中，滴加完毕后，继续反应90min，过滤，水洗，80℃下烘干。
实施例4
用水稀释TiO2浓度为35wt％浆液，在浆液中按P2O5与TiO2的重量比为0.3∶100加入(NaPO3)6溶液，用NaOH溶液调pH＝10，高速分散60min，将浆液升温到85℃，用HCl溶液调节pH值为9，加入Al与TiO2重量比为＝2.5∶100的NaAlO2溶液和HCl，保持pH为8.5，搅拌熟化60min后，用HCl调节溶液pH为7，继续搅拌30min，抽滤，水洗。
将单包铝的钛白粉配制成浓度为35wt％的浆液(I)，并用NaOH调节其pH值为12，将UC202按体积比0.2∶10溶于乙醇，再以1ml/min的速度缓慢加入体积1.5倍于乙醇的0.7mol/L NaOH，得溶液(II)，将六甲基二硅氮烷按体积比0.2∶10溶于乙醇，再以1ml/min的速度缓慢加入体积4倍于乙醇的H2O，得溶液(III)，将(II)以1ml/min的速度缓慢加入(I)中，继续反应30min，将(III)以1ml/min的速度缓慢加入(I)中，滴加完毕后，继续反应60min，过滤，水洗，60℃下烘干。
实施例5
用水稀释TiO2浓度为40wt％浆液，在浆液中按P2O5与TiO2的重量比为0.4∶100加入(NaPO3)6溶液，用KOH溶液调pH＝10.5，高速分散30min，将浆液升温到80℃，用H2SO4溶液调节pH值为9，加入Al与TiO2重量比为＝3∶100的NaAlO2溶液和H2SO4，保持pH为8.5，搅拌熟化60min后，用H2SO4调节溶液pH为7，继续搅拌30min，抽滤，水洗。
将单包铝的钛白粉配制成浓度为40wt％的浆液(I)；并用H2SO4调节其pH值为4，将UC202按体积比0.3∶10溶于乙醇，再以1ml/min的速度缓慢加入体积2倍于乙醇的1mol/L KOH，得溶液(II)，将六甲基二硅氮烷按体积比0.3∶10溶于乙醇，再以1ml/min的速度缓慢加入体积4.5倍于乙醇的H2O，得溶液(III)，将(II)以2ml/min的速度缓慢加入(I)中，继续反应40min，将(III)以1ml/min的速度缓慢加入(I)中，滴加完毕后，继续反应60min，过滤，水洗，80℃下烘干。
实施例6
用水稀释TiO2浓度为30wt％浆液，在浆液中按P2O5与TiO2的重量比为0.3∶100加入(NaPO3)6溶液，用NaOH溶液调pH＝10，高速分散30min，将浆液升温到80℃，用H2SO4溶液调节pH值为9，加入Al与TiO2重量比为＝3.5∶100的NaAlO2溶液和H2SO4，保持pH为8.5，搅拌熟化60min后，用H2SO4调节溶液pH为7，继续搅拌30min，抽滤，水洗。
将单包铝的钛白粉配制成浓度为30wt％的浆液(I)；并用H2SO4调节其pH值为6，将UC202按体积比0.2∶10溶于乙醇，再以1ml/min的速度缓慢加入体积1.5倍于乙醇的1mol/L NaOH，得溶液(II)，将六甲基二硅氮烷按体积比0.2∶10溶于乙醇，再以1ml/min的速度缓慢加入体积3倍于乙醇的H2O，得溶液(III)，将(II)以2ml/min的速度缓慢加入(I)中，继续反应45min，将(III)以2ml/min的速度缓慢加入(I)中，滴加完毕后，继续反应90min，过滤，水洗，60℃下烘干。
实施例7
用水稀释TiO2浓度为25wt％浆液，在浆液中按P2O5与TiO2的重量比为0.2∶100加入(NaPO3)6溶液，用NaOH溶液调pH＝10，高速分散45min，将浆液升温到80℃，用HCl溶液调节pH值为9，加入Al与TiO2重量比为＝2∶100的NaAlO2溶液和HCl，保持pH为8，搅拌熟化60min后，用HCl调节溶液pH为7，继续搅拌30min，抽滤，水洗。
将单包铝的钛白粉配制成浓度为25wt％的浆液(I)；并用NaOH调节其pH值为10，将UC202按体积比0.15∶10溶于乙醇，再以1ml/min的速度缓慢加入体积0.5倍于乙醇的1mol/L NaOH，得溶液(II)，将六甲基二硅氮烷按体积比0.15∶10溶于乙醇，再以1ml/min的速度缓慢加入体积3倍于乙醇的H2O，得溶液(III)，将(II)以1ml/min的速度缓慢加入(I)中，继续反应45min，将(III)以2ml/min的速度缓慢加入(I)中，滴加完毕后，继续反应80min，过滤，水洗，70℃下烘干。
实施例8
用水稀释TiO2浓度为45wt％浆液，在浆液中按P2O5与TiO2的重量比为0.4∶100加入(NaPO3)6溶液，用KOH溶液调pH＝10.5，高速分散30min，将浆液升温到80℃，用H2SO4溶液调节pH值为9，加入Al与TiO2重量比为＝3.5∶100的NaAlO2溶液和H2SO4，保持pH为8.5，搅拌熟化60min后，用H2SO4调节溶液pH为7，继续搅拌30min，抽滤，水洗。
将单包铝的钛白粉配制成浓度为45wt％的浆液(I)；并用KOH调节其pH值为10，将UC202按体积比0.3∶10溶于乙醇，再以1ml/min的速度缓慢加入体积2倍于乙醇的0.5mol/L KOH，得溶液(II)，将六甲基二硅氮烷按体积比0.3∶10溶于乙醇，再以2ml/min的速度缓慢加入体积4倍于乙醇的H2O，得溶液(III)，将(II)以2ml/min的速度缓慢加入(I)中，继续反应30min，将(III)以1ml/min的速度缓慢加入(I)中，滴加完毕后，继续反应60min，过滤，水洗，60℃下烘干。
实施例9
用水稀释TiO2浓度为25wt％浆液，在浆液中按P2O5与TiO2的重量比为0.25∶100加入(NaPO3)6溶液，用NaOH溶液调pH＝10，高速分散45min，将浆液升温到80℃，用HCl溶液调节pH值为9，加入Al与TiO2重量比为＝2∶100的NaAlO2溶液和HCl，保持pH为8，搅拌熟化60min后，用HCl调节溶液pH为7，继续搅拌30min，抽滤，水洗。
将单包铝的钛白粉配制成浓度为25wt％的浆液(I)；并用HCl调节其pH值为5，将UC202按体积比0.15∶10溶于乙醇，再以1ml/min的速度缓慢加入体积等量于乙醇的1mol/L NaOH，得溶液(II)，将六甲基二硅氮烷按体积比0.1∶10溶于乙醇，再以1ml/min的速度缓慢加入体积3倍于乙醇的H2O，得溶液(III)，将(II)以1ml/min的速度缓慢加入(I)中，继续反应45min，将(III)以2ml/min的速度缓慢加入(I)中，滴加完毕后，继续反应80min，过滤，水洗，70℃下烘干。
Claims (4)
1、一种钛白粉表面无机-有机包覆的方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)无机处理：
用水稀释TiO2为浓度20～50wt％的浆液，在浆液中按P2O5与TiO2的重量比为0.1～0.5∶100加入(NaPO3)6溶液，用无机碱溶液调pH为9～11，高速分散30～60min后升温到70～90℃，用无机酸溶液调节pH值为8.5～10，加入Al与TiO2重量比为＝1.5～4∶100的NaAlO2溶液和无机酸，保持pH为8～8.5，搅拌熟化50～80min后，用无机酸调节溶液pH为6.5～7，继续搅拌15～30min，抽滤，水洗，制得包铝钛白粉；
(2)有机处理：
用水将包铝钛白粉配制成浓度为20～50wt％的浆液，并用无机酸调节其pH值为3.5～6或用无机碱调节其pH值为9～12，得浆液I，将甲基含氢硅油与乙醇按体积比0.05～0.4∶10溶于乙醇，再以1～2ml/min的速度缓慢加入体积0.5～2倍于乙醇的0.5～1mol/L无机碱，得溶液II，将六甲基二硅氮烷与乙醇按体积比0.05～0.4∶10溶于乙醇，再以1～2ml/min的速度缓慢加入体积3～5倍于乙醇的H2O，得溶液III，将溶液II以1～2ml/min的速度缓慢加入浆液I中，继续反应30～60min，将溶液III以1～2ml/min的速度缓慢加入浆液I中，滴加完毕后，继续反应60～90min，过滤，水洗，60～80℃下烘干
2、如权利要求1所述的一种钛白粉表面无机-有机包覆的方法，其特征在于所述的无机碱是NaOH或KOH。
3、如权利要求1所述的一种钛白粉表面无机-有机包覆的方法，其特征在于所述的无机酸是HCl或H2SO4。
4、如权利要求1所述的一种钛白粉表面无机-有机包覆的方法，其特征在于所述的甲基含氢硅油是平湖市联合化学制品有限公司生产的UC202。
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20090819 Termination date: 20111220 |