CN101891972A - 一种用普通钛白在溶剂相中表面包覆生产化纤钛白的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用普通钛白在溶剂相中进行表面包覆生产化纤钛白的方法。该法以国产锐钛型普通钛白为原料，通过将钛白(TiO₂)和溶剂、如乙二醇(EG)等按一定比例混合、打浆、过滤、研磨诸化工单元操作；在研磨过程中先添加调节物系pH值的表面预处理剂，然后再添加一定量的表面处理剂，并通过溶剂的分散传导作用，使表面处理剂均匀地吸附在钛白颗粒的表面，形成稳定的包覆层，防止钛白颗粒的团聚，从而获得一种粒度≤0.5μm、具有高透过率、适合于聚酯纤维生产的化纤钛白产品，能满足涤纶聚酯生产线的使用要求。如进一步通过离心沉降，分离除去相应的溶剂，则可得到通常化纤专用的水分散性大于95％的化纤钛白粉体产品。本发明的方法具有操作简单易行、无污染、成本低的优点。

Description

一种用普通钛白在溶剂相中表面包覆生产化纤钛白的方法

技术领域

本发明属于精细化工的超细颗粒表面处理技术领域，具体涉及一种适用于合成纤维和人造纤维用的TiO₂消光剂的表面处理技术及超细加工生产方法。

技术背景

众所周知，通常的化学纤维，由于其表面光滑、具有一定的透明度。为了使化学纤维具有和天然纤维相仿的不透度，需要加入一定量的TiO₂消光剂。二氧化钛是一种无机化合物，其分子式为TiO₂。经过表面处理后的二氧化钛，具有良好的遮盖力、折射率，以及在亲水介质中具有较强的分散性。因此在涤纶、湿法腈纶和粘胶纤维等化学纤维的生产过程中，已被公认作为消光剂得到广泛的应用。由于纤维很细，生产过程又是在高温环境下进行，所以对二氧化钛的超细加工和精细表面处理显得尤为重要。属于化纤消光剂的核心技术。

目前由普通的TiO₂通过表面处理变成为可用于化纤工业的化纤钛白(即消光剂)有二类方法。

其一为湿法生产技术：在水相中通过对TiO₂颗粒表面进行表面包覆改性，以降低其光敏性及提高它的分散性。许多文献相继公开了TiO₂的湿法表面包覆技术及其制备方法，如：1、美国专利US.350588A和德国专利DE1060378A公开了一种以水溶性的二价锰、钴或铈的磷酸盐或醋酸盐对钛白进行表面酸性，以降低二氧化钛的光敏性，从而提高聚酰胺纤维的品质；2、世界专利WO8301780A公开了一种用锰包覆的TiO₂，系在水相中，将铝化合物和硅化合物与硅酸锰同时沉淀(包覆)在钛白颗粒的表面，强化了锰包膜的稳固程序，提高了锰包膜后钛白粉体的白度和耐候性；3、日本专利JP7883525A、前苏联专利SU1114616T和美国专利US4183768A公开了一种将煅烧得到的锐钛型钛白，在水相中采用铝、硅、磷和钛等元素离子进行表面包膜处理，得到一种可以用作合成纤维颜料类的钛白。中国专利CN200610102314，公开了一种对钛白表面进行无机包覆技术的系统研究方法。

由于上述各种专利方法，均在水相中进行，即在一定浓度的钛白和去离水的悬浮液中进行。该类方法的优点在于：TiO₂表面包覆均匀，产品性能稳定，但存在能耗大的缺点。这是由于包覆所得的产品为含水悬浮液，需要通过干燥才能到粉体产品。故每生产一吨化纤钛白，至少干燥除去1吨以上的水分，造成能耗过大，生产成本过高。特别在低碳经济时代，能耗高，意味着碳排放量大。目前约50％～80％以上的化纤钛白产品仍采用该类方法生产。

其二，为干法生产技术，这是针对湿法生产技术存在的缺点，旨在降低生产成本，减少碳排放，进行的一种创造。中国专利CH200510023592《一种以普通TiO₂为原料通过干法表面处理加工成化纤钛白的方法》采用气流雾化的原理，在钛白被气流粉碎的同时，对TiO₂表面进行有机包膜处理。这种方法的优点是生产成本相对较低，且产品的分散性能好。但气流粉碎过程的成本仍相对较高，而且不可避免造成粉尘污染。所以产业部门希望相关的科技工作者作进一步的创造性改进，提供一种更节能又环保的化纤钛白的生产方法。

发明内容

本发明的目的：为克服现有技术的不足，提供一种在溶剂相中进行表面包覆生产化纤钛白的方法。该法不仅具有产品质量好，而且具有节能，环保的优点，与现有技术相比，能使生产成本大大降低。

本发明的构思是这样的：

为了克服现有技术的缺点，发明人在大量实验研究的基础上，提出一种以国产锐钛型钛白为原料，先在溶剂相中进行表面活性剂包覆处理，然后研磨(或球磨)成合格的钛白浆料，可直接用于聚酯工业；继而可通过离心分离，回收溶剂后，得到合格的粉体状化纤钛白产品(即常用的化纤用消光剂产品)。

本发明亦是这样实现的：

具体包括如下工艺步骤：

1、首先将国产锐钛型普通钛白原料按如下标准进行分类精选，精选的具体指标为：TiO₂≥98.5％；色调：L≥92、a≤1、b≤0.4；比电阻≥2500Ω·cm；达标的钛白作为优先使用的原料；

2、然后将上述钛白制备成溶剂的浆料，其中TiO₂含量为10～60％wt，其余为溶剂。在高速打浆机中，至少打浆30分钟；将上述打浆所得的浆料经过滤除去杂质和少量粒径＞3～5μm的粗颗粒，将过滤后的浆料泵入带有搅拌装置的储槽中，待下一步处理；

3、研磨加工与表面包覆处理

将储贮中的浆料泵入研磨装置中，至少先研磨2小时，装置中的研磨球为一类直径0.5～5μm的二氧化锆的混合磨球；然后加入按TiO₂重量的0.01～1.0％的表面预处理剂，再继续研磨30分钟；表面预处理剂使钛白颗粒表面进一步获得溶剂的充分浸润，同时使浆料物系的PH值调控至7-9，使钛白颗粒表面带有一定的电性，因而具有较高的吸附动能；最后向完成预处理的物系中，再加入按TiO₂重量计为0.1％～1.0％的表面处理剂(或称表面活性剂)，继续研磨2小时，使钛白颗粒被研磨粉碎至粒径≤0.5μm的同时，使表面处理剂中的活性分子官能团及其分子链在溶剂液相的传导下对钛白颗粒表面形成紧密的稳定的包覆层，最后得到一种非常稳定的TiO₂浆料产品。由于聚酯生产中，化纤钛白要和乙二醇一起打浆研磨，所以当本发明生产中溶剂为乙二醇(EG)时，所得产品能直接提供给聚酯企业生产使用。

4、如将上述的浆料产品，通过离心沉降分离或真空抽滤，除去相应的溶剂(可回收循环使用)，就可以得到常规用的水分散性大于95％的化纤钛白粉体产品。

上述所说的溶剂为乙二醇、丙三醇、丙二醇及石油醚中的一种；

上述所说的表面预处理剂为一类市售的PH调整剂，如化学名为2氨基-2甲基丙醇，或代号为“AMP-95类的PH调整剂中的一种；上述所说的表面处理剂为一类聚丙烯酸聚合物或丙烯酸和甲基丙烯酸的共聚物，或市售代号为CH-2、CH-7、CH-10B、CH-18、CH-18C一类超分散剂，以及三羟基甲烷、司本20中的一种或一种以上组成的混合表面活性剂。

上述所说的研磨装置，为搅拌磨、砂磨机或球磨机中的一种，或采用二种装置实行串联研磨，其磨介为直径0.5微米至5微米组合而成的二氧化锆混合磨球或石英混合磨球。

下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，旨在便于读者具体理解实施本发明方案，故不限制本发明的保护范围。

具体实施方式

实施例1

一种化纤钛白浆料产品的制备

(1)优选钛白原料：

首先采用325目筛网检测普通国产锐钛型钛白原料，其颗粒筛余物≤0.05％；再经检测：TiO₂≥98.5％；色调：L＝99、a＝0.8、b＝0.23；比电阻＝3100Ω·cm；符合本发明原料的优选要求。

(2)TiO₂/EG浆料物系的制备：

先将1000kg工业用乙二醇(即EG)和1000kg符合指标的普通国产锐钛型钛白，置于至少为2立方的搅拌釜中，控制搅拌转速为200～1000转/分，搅拌30分钟，形成TiO₂/EG浆料；然后过滤除去少量的大颗粒(粒径＞3μm的TiO₂)和杂质，继而泵入带搅拌器的储罐中，待用；

(3)研磨包覆成合格的化纤钛白浆料产品：

将上述储罐中的TiO₂-EG浆料泵入研磨机中，藉助研磨机中配置的由直径为0.5～5μm构成的混合二氧化锆研磨球进行研磨。至少先研磨2小时，继而加入表面预处理剂，为一种PH调节剂，AMP-95，其加入量为TiO₂重量的0.1-0.5％，调节PH值为8.0左右；再研磨30分钟，然后再添加由季戊四醇1.5kg+邻苯二甲酸二丁醇3.0kg组成的混合表面活性剂，继续研磨2小时，最终得到钛白粒径≤0.5μm，悬浮性能稳定、分散性能优异的表面活性剂充分包覆的化纤钛白浆料产品。按化纤企业聚酯工段TiO₂/EG悬浮液的检测要求，其透过率达99.9％以上，完全符合聚酯化纤的生产要求，所以可以直接作为产品送至化纤厂的聚酯纤维生产工段使用。

实施例2

化纤钛白粉体产品的制备：

其中国产钛白的优选和悬浮液制备工艺以及研磨工艺过程均同实施例1。

(1)取普通钛白原料，按实施例1同样的方法进行检测优选，然后将符合优选要求钛白(TiO₂)原料120KG，与工业乙二醇(EG)80KG混合，置于搅拌釜中，搅拌混合30分钟，形成TiO₂/EG浆料，过滤除杂质后，泵入贮罐中待用；

(2)研磨、包覆工艺及化纤钛白粉体产品的生产：

将上述贮罐中的TiO₂/EG浆料泵入搅拌磨或者研磨机中，采用石英磨球，磨介由磨球直径0.5～5μm组成的混合球，至少先球磨2小时，然后加入表面预处理剂-2氨基-2甲基丙醇，使悬浮物系的PH调控至7.5～8.5之间；再研磨30分钟后，继而加入由“三羟基四烷0.3kg+司本20(spen20)0.2kg组成的混合表面活性剂；继续研磨磨2小时，得到粒径≤0.5μm的充分被表面活性包覆的TiO₂/EG浆料；然后将该浆料进行离心沉降分离(或真空蒸发)脱去乙二醇(回收后循环使用)，即得到工业上常规使用的水分散性大于95％的化纤钛白粉体产品。

实施例3

化纤钛白粉体产品的制备：

其中国产钛白原料优选和浆料的制备工艺及研磨工艺均同实施例1，具体制备过程描述如下：

(1)取普通钛白为原料，按实施例1同样的方法进行优选，然后将符合优选要求的钛白(TiO₂)80kg为原料，先与120kg的丙三醇相混合，置于搅拌釜中，搅拌混合30分钟，形成钛白与丙三醇的浆料，经过滤除杂质，泵入贮罐中待用；

(2)研磨、包覆工艺及化纤钛白粉体产品的生产：

将上述贮罐中的钛白/丙三醇浆料泵入研磨机中，藉用研磨机中配置由直径为0.5～5μm构成的混合石英磨球，至少先球磨2小时，然后加入表面预处理剂“2氨基-2甲基丙醇”，使浆液物系PH调控至7.5～8.5，表面预处理的加入量为钛白重量的0.2～0.3％，继续球磨30分钟后，再加入表面处理剂聚丙烯酸和甲基丙烯酸类共聚物，其加入量为钛白重量的0.5％，再至少继续球磨2小时，得到粒径≤0.5μm、充分被表面活性剂包覆的钛白/丙三醇浆料物系，然后将该物系进行真空蒸发，脱去丙三醇(回收循环使用)，得到工业上使用的水分散性大于95％的化纤钛白粉体产品。

实施例4

化纤钛白粉体产品的制备：

其中国产钛白原料优选和浆液的制备工艺及球磨工艺均同实施例1，其具体制备过程简进如下：

(1)取普通的钛白为原料，并按实施例1相同的方法进行优选，然后取符合要求的钛白(TiO₂)原料100kg，先与100kg的丙二醇溶剂相混合，置于搅拌釜中，搅拌混合30分钟，形成钛白与丙二醇的浆液，经过滤除杂后，泵入贮罐中待用；

(2)研磨、包覆工艺及化纤钛白粉体产品的生产：

将上述贮罐中的钛白-丙二醇形成的浆液，泵入研磨机中，藉助研磨机中配置的由直径0.5～5μm构成的混合石英磨球、至少先研磨2小时，然后加入表面预处理剂：所说预表面处理剂为2氨基-2甲基丙醇，其加入量为钛白重量的0.1～0.3％调控浆液的PH至7.5～8.5，继续研磨0.5小时后，再加入表面活性剂，所说的表面活性剂为市售代号为CH2、CH7、CH-10B、CH-18、CH-18C类超分散剂中任一种，其加入量为钛白重量的0.5％，然后继续研磨2小时，得到粒径≤0.5μm，被表面活性剂充分包覆的钛白-丙二醇浆料类中间产品；继而将该浆料进行离心沉降或真空抽滤，脱去丙二醇(回收循环使用)，干燥后，得到工业上常规使用的水分散性大于95％的化纤钛白产品。若上述溶剂为石油醚时，则同样能获得化纤钛白粉体产品，不过要足够重视安全生产，做好防火工作。

顺便指出：由实施例1所获得产品与现有化纤钛白在聚酯工业生产时，将化纤钛白与乙二醇混合所形成的浆料要求完全吻合，所以可以直接将这类浆料作为产品用于聚酯纤维的大生产中；由实施例2、3、4所形成的粉体产品，则可广泛使用于各种化纤工业中，溶剂可进行回收，不产生环境污染。

Claims (5)

1.一种用普通钛白在溶剂相中进行表面包覆生产化纤钛白的方法，其特征在于该法包括如下工艺过程：

(1)以普通锐钛型钛白TiO₂为原料，按TiO₂重量百分比10～60％wt与溶剂一起置打浆机中，先高速打浆30分钟，分散成固/液浆料；然后通过过滤除去浆料中杂质和粒径大于3～5μm的钛白粗颗粒，泵入带搅拌器的储罐中，待下一步处理；

(2)将上述浆料泵入研磨装置中，藉助直径为0.5～5μm的混合磨球，至少先研磨2小时；然后加入表面预处理剂，即物系的PH调节剂，其加入量为TiO₂重量的0.01～1.0％，将物系PH调控至7～9；再研磨0.5小时后，继而加入表面活性剂，其加入量为TiO₂重量的0.1～1.0％，然后再继续研磨2小时，使TiO₂被粉碎至粒径≤0.5μm，且其表面被表面活性剂充分稳定包覆，得到一种含TiO₂浆料态的化纤钛白产品，当选用乙二醇(EG)作溶剂时，则形成TiO₂/EG浆料产品，可直接供给聚酯纤维的工业化生产使用；如进一步除去溶剂，则获得化纤钛白粉体产品。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于其中所说的普通锐钛型钛白为一种通过如下标准精选所得的国产钛白原料，具体精选指标为：

(1)TiO₂≥98.5％；

(2)色调：L≥92、a≤1、b≤0.4；

(3)比电阻≥2500Ω·cm；

达标的钛白原料作为优先使用的原料。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于其中所说的溶剂为乙二醇(EG)、丙三醇、丙二醇及石油醚中的一种。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于其中所说的表面预处理为一类市售的PH调整剂，如化学名为2-氨基甲基丙醇、或代号为AMP-95类的PH调整剂中的一种。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于其中所说表面活性剂为一类聚丙烯聚合物或丙烯酸和甲基丙烯酸的共聚物，或市售代号为CH-2、CH7、CH-10B、CH-18、CH-18C一类的超分散剂，以及三羟基甲烷、司本20中的一种或一种以上组合的混合表面活性剂。