CN102585560A - 复合钛白粉的制备方法及其复合钛白粉 - Google Patents

Abstract

复合钛白粉的制备方法及其复合钛白粉(俗称石头钛白粉)。以矿物粉体、TiO₂、活化剂、超分散剂、离子复合剂和增白剂为原料，先将活化剂与矿物粉体充分均匀混合进行表面活化处理，然后将其用水制成50％～60％的浆料后，在充分搅拌混合条件下，分别依次加入超分散剂、离子复合剂、TiO₂和增白剂，然后除尽物料中的液体，干燥后的固体物粉碎至工业级颜料颗粒度的粉体，即得到复合钛白粉。该制备方法的工艺稳定，操作简单，生产效率高，成本低廉，生产过程无污染，能达到环保节能的要求。制备的复合钛白粉产品性能优良，可以替代传统钛白粉而广泛应用于涂料、油漆、塑料、造纸等领域。

Description

复合钛白粉的制备方法及其复合钛白粉

技术领域

本发明涉及一种复合钛白粉的制备方法，以及由该方法制备的复合钛白粉产品。

背景技术

二氧化钛(TiO₂)，俗称钛白粉，是目前性能最佳、应用最广的一种白色工业颜料，广泛应用于涂料、塑料、造纸、油墨、电焊、搪瓷、化妆品等行业。但由于钛白粉生产中存在资源消耗大，环境污染重，制造成本高等问题，研究和探索钛白粉的替代品以已解决上述问题，是具有重要的商业和环保意义。

所说的钛白粉替代品，是指具有钛白粉的性能且成本比钛白粉底，能够部分或全部替代钛白粉被应用的无机粉体材料。从20世纪70年代起，钛白粉替代品就已开始了研究和开发，并取得了很好的经济效益。如日本将复合SiO₂钛白粉用于了合成纤维；英国和德国将制成的滑石复合钛白粉已用于造纸；美国将云母、高岭土分别与TiO₂制备出复合钛白产品，广泛应用于化妆品行业。选择一些外观为白色粉末，质地松软的矿物粉体与TiO₂得到的复合钛白粉，可以满足对于白度要求高的行业，作为钛白粉的替代品使用。

采用无机粉体包覆方法生产复合钛白粉，根据处理工艺不同，目前一般可以分为干法和湿法两种，干法一般是采用机械力化学法对无机粉体颗粒进行表面活化处理，引发阴阳离子结合。如公开号CN101100561A文献报道了采用干法生产，用旋风粉碎机对粉体高速剪切，在一定温度下，使粉体引进阴阳离子结合，得到一种复合钛白粉。湿法是在液体状态下通过化学助剂或者机械研磨，使两种粉体包覆复合得到复合物。如公开号CN1724595A文献对白色矿物粉体-TiO₂复合白色颜料的制备，采用将无机矿物粉体制浆后与TiO₂的悬浮液在化学助剂的帮助下实现化学反应包覆，形成复合物。公开号CN101775239A文献对一种具有高遮盖力的无机复合白色颜料的制备，是将钛白粉和白色矿物粉料通过加入一定的助剂，在湿法超细研磨设备中将两种粉体复合得到复合物。

目前干法生产的工艺虽然简单，但包覆效果不理想。湿法生产工艺比干法生产工艺包覆效果理想，但工艺较为复杂，会有废液产生，对环境也有污染。而且，单纯采用干法或者湿法工艺制备，其复合物的实际包覆率与理论值都仍有一定差距，因而使制备的复合钛白粉产品在性能上与钛白粉相比仍存在较大差距。

发明内容

针对上述情况，本发明提供了一种复合钛白粉的制备方法，以及由该方法制备得到的复合钛白粉产品，可以有效地解决上述问题。

本发明复合钛白粉制备方法的原料(重量份比例)如下：

矿物粉体                  40～70份，

细度3000～4000目的TiO₂    20～50份，

活化剂                    1～3份，

超分散剂                  1～3份，

离子复合剂                1～2份，

增白剂                    0.05～0.1份。

上述原料中，所说的矿物粉体是颗粒度2000-3000目且白度≥90的碳酸钙、高岭土、石英粉、立德粉、滑石粉中的至少一种。

活化剂为聚乙烯亚胺、聚丙烯酸、三乙醇胺中的任一种；超分散剂为聚丙烯酸钠、硬脂酸钠、硬脂酸钙中的一种与聚乙二醇按1∶1形成的混合体系；

离子复合剂为氧化锌、氧化铝、氢氧化锌、氢氧化铝中的至少一种；

增白剂为水溶性荧光增白剂TA-4(1，2二氨基萘磺酸钠缩俣产物)、OB-1(2.2′-(4，4′-二苯乙烯基-)双苯并恶唑)、EBF(邻氨基苯酚与2，5-二羧酸噻吩的缩合物)等其中的一种。

将上述原料按下述方式制备得到本发明的复合钛白粉产品：

(1)将矿物粉体与活化剂充分均匀搅拌混合，对矿物粉体进行表面活化处理；

(2)上步活化处理后的物料与水混合成固形物重量含量50％～60％的浆料后，加入超分散剂于90℃～110℃充分均匀混合后，再加入离子复合剂，于90℃～110℃继续搅拌充分混合，其中的离子复合剂为两性氧化物，可促进矿物粉体和二氧化钛反应而形成包覆物；

(3)充分搅拌下向上步混合物料中逐渐加入TiO₂至全部加完，继续于90℃～110℃充分均匀混合；

(4)充分搅拌下向上步混合物料中加入增白剂并充分均匀混合后，在继续搅拌下除尽物料中的液体，干燥后的固体物粉碎至800-2000目的粉体，即为复合钛白粉产品。

在上述制备方法的基础上，还可以采用的进一步优选方式分别包括：

第(1)步在活化剂存在下对矿物粉体进行表面活化的处理，优选在2ZM双筒式振动磨中进行。试验显示，通过2ZM双筒式振动磨在混合过程中对物料施加的机械能和活化剂的双重作用，可以使矿物粉体的表面被高度活化。活化剂在其中可以具有助磨，促进矿物粉体表面产生活化离子，以及稳定经机械力高能活化后的金属离子的作用。

第(2)步中所说的矿物粉体浆料与超分散剂的混合，优选在VSM立式螺带混合机内，于900～1200r/min转速条件下搅拌，充分混合。VSM立式螺带混合机与普通高速混合机相比，因其悬臂轴结构的轴承端不与物料接触，从而增加了物料在搅拌过程中的流动效率，且搅拌桨与容器壁间的间隙非常小，有效防止了物料的粘结。因此VSM立式螺带混合机有利于使粉体浆料在搅拌过程中得到充分的分散，增加了TiO₂对矿物粉体的包覆率，有利于制备出品质优良的复合钛白产品。

第(2)步中的离子复合剂，优选在所说的矿物粉体浆料与超分散剂于VSM立式螺带混合机中搅拌混合5-10min后加入，并继续在90℃～110℃和900～1200r/min转速条件下搅拌混合。

第(3)步中的TiO₂，优选在所说的矿物粉体浆料与超分散剂于所说条件下充分混合3～5min后加入，并于90℃～110℃和900～1200r/min转速条件下继续充分均匀混合。

对上述第(3)步中所说的TiO₂的逐渐加入，优选采用按每秒钟加入TiO₂总重量1％～5％的方式缓慢加入。

第(4)步中的增白剂，优选在加入了全量TiO₂并充分混合5～8min后加入。

上述各项的优选方式，既可以单独应用，也可以将其中的任意两种或更多种优选方式联合应用。

由于本发明的制备方法在结合了干法和湿法工艺优点的同时，在制备过程中的不同阶段还分别使用了有利于各物料成分能充分、快速反应的活化剂，超分散剂和离子复合剂等成分，使复合钛白粉的性能得到了很大提升。试验结果显示，本发明方法制备的复合钛白粉产品与普通钛白粉的性能指标比较如表1所示，表明本的复合钛白粉完全可以作为普通钛白粉的优异替代产品，应用于涂料，塑料，造纸等行业，用途范围广泛。同时，由于本发明制备方法的流程简单，工艺稳定，生产效率高，成本低，无污染，有利于实现环保节能型材料的生产和推广。

表1本发明的复合钛白粉与普通钛白粉的性能指标对比

以下通过实施例的具体实施方式再对本发明的上述内容作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包括在本发明的范围内。

附图说明

附图1为本发明复合钛白粉制备工艺流程图

具体实施方式

实施例1

原料(以重量份计，以下同)：高岭土35份，立德粉35份，二氧化钛21份，聚乙烯亚胺3份，聚乙二醇-聚丙烯酸钠复配体系3份，氧化铝2份，增白剂TA-4 0.06份。

制备：将矿物粉和聚乙烯亚胺投入2ZM双筒式振动磨活化。将表面活化后的矿物粉体投入温度在110℃条件下的VSM立式螺带混合机内，加水形成固体含量为50％的浆料，在110℃，转速为900r/min条件下保持搅拌，加入聚乙二醇-聚丙烯酸钠复配体系，保持搅拌10min，加入氧化铝，3min后将二氧化钛每秒钟加入TiO₂总重量1％的速度投入混合机内直至加完，保持搅拌5min，加入增白剂TA-4，10min后打开排气孔，排水汽30min，放料，将固体干燥冷却，粉碎细化至1000目，即得到复合钛白粉。

实施例2

原料：碳酸钙30，立德粉31份，二氧化钛32份，聚乙烯亚胺2.5份，聚乙二醇-硬脂酸钠复配体系2.4份，氢氧化铝2份，增白剂OB-1 0.06份。

制备：将矿物粉和聚乙烯亚胺投入2ZM双筒式振动磨活化，将表面活化后的矿物粉体投入温度在100℃条件下的VSM立式螺带混合机内，加水形成固体含量为60％的浆料，在100℃，转速为1000r/min条件下保持搅拌，加入聚乙二醇-硬脂酸钠混合体系，保持搅拌8min，加入氢氧化铝，5min后按每秒钟加入TiO₂总重量2％的速度投入混合机内直至加完，保持搅拌6min，加入增白剂OB-1，10min后打开排气孔，排水汽30min，放料，将固体干燥冷却，粉碎细化至1500目，即得到复合钛白粉。

实施例3

原料：石英粉30份，立德粉20份，二氧化钛41.9份，三乙醇胺3份，聚乙二醇-聚丙烯酸钠复配体系3份，氧化锌2份，增白剂EBF 0.1份。

制备：将矿物粉和三乙醇胺投入2ZM双筒式振动磨活化，将表面活化后的矿物粉体投入温度在90℃条件下的VSM立式螺带混合机内，加水形成固体含量为55％的浆料，在90℃，转速为1200r/min条件下保持搅拌，加入聚乙二醇-聚丙烯酸钠复配体系，保持搅拌5min，加入氧化锌，5min后将二氧化钛通过喂料口按每秒钟加入TiO₂总重量4％的速度投入混合机内直至加完，保持搅拌7min，加入增白剂EBF，10min后打开排气孔，排水汽30min，放料，将固体干燥冷却，粉碎细化至1250目，即得到复合钛白粉。

实施例4

原料：碳酸钙20份，滑石粉21.9份，二氧化钛50份，聚丙烯酸3份，聚乙二醇-硬脂酸钠复配体系3份，氢氧化锌2份，增白剂TA-4 0.1份。

制备：将矿物粉和硬脂酸锌投入2ZM双筒式振动磨活化，将表面活化后的矿物粉体投入温度在90℃条件下的VSM立式螺带混合机内，加水形成固体含量为55％的浆料，在90℃，转速为1200r/min条件下保持搅拌，加入聚乙二醇-硬脂酸钠复配体系，保持搅拌5min，加入氢氧化锌，5min后将二氧化钛通过喂料口按每秒钟加入TiO₂总重量5％的速度投入混合机内直至加完，保持搅拌7min，加入增白剂TA-4，10min后打开排气孔，排水汽30min，放料，将固体干燥冷却，粉碎细化至2000目，即得到复合钛白粉。

所得复合钛白粉产品性能见下表：

表2实施例复合钛白粉产品与普通钛白粉性能指标比较

Claims (9)

1.复合钛白粉的制备方法，其特征是以下述重量比例的原料，按所说方式制备：

原料：矿物粉体………………………40～70份，

细度3000～4000目的TiO₂……………20～50份，

活化剂…………………………………1～3份，

超分散剂………………………………1～3份，

离子复合剂……………………………1～2份，

增白剂…………………………………0.05～0.1份，

上述原料中的矿物粉体是颗粒度2000-3000目且白度≥90的碳酸钙、高岭土、石英粉、立德粉、滑石粉中的至少一种；活化剂为聚乙烯亚胺、聚丙烯酸、三乙醇胺中的任意一种；超分散剂是聚丙烯酸钠、硬脂酸钠、硬脂酸钙中的一种与聚乙二醇按1∶1形成的复配体系；离子复合剂为氧化锌、氧化铝、氢氧化锌、氢氧化铝中的至少一种；增白剂为水溶性荧光增白剂TA-4(1，2二氨基萘磺酸钠缩俣产物)、OB-1(2.2′-(4，4′-二苯乙烯基-)双苯并恶唑)、EBF(邻氨基苯酚与2，5-二羧酸噻吩的缩合物)等其中的一种；

将上述原料按下述方式制备：

(1)、将矿物粉体与活化剂充分混合搅拌均匀，对矿物粉体进行表面活化处理；

(2)、上步活化处理后的物料与水混合成固形物重量含量50％～60％的浆料后，加入超分散剂于90℃～110℃充分混合均匀后，再加入离子复合剂，于90℃～110℃继续搅拌充分混合；

(3)、充分搅拌下向上步混合物料中逐渐加入TiO₂至全部加完，继续于90℃～110℃充分混合均匀；

(4)、充分搅拌下向上步混合物料中加入增白剂并充分均匀混合后，在继续搅拌下除尽物料中的液体，干燥后的固体物粉碎至800-2000目粉体，即为复合钛白粉。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是所说原料中的矿物粉体颗粒度≤2500目。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是第(1)步在活化剂存在下对矿物粉体进行表面活化的处理在2ZM双筒式振动磨中进行。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是第(2)步中所说的矿物粉体浆料与超分散剂的混合在VSM立式螺带混合机内，于900～1200r/min转速条件下搅拌，充分混合。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征是第2′步中的离子复合剂，在所说的矿物粉体浆料与超分散剂于VSM立式螺带混合机中搅拌混合5-10min后加入，并继续在90℃～110℃和900～1200r/min转速条件下搅拌混合。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征是第(3)步中的TiO₂，在所说的矿物粉体浆料与超分散剂于所说条件下充分混合3～5min后加入，并于90℃～110℃和900～1200r/min转速条件下继续充分均匀混合。

7.根据权利要求1、5、6所述的制备方法，其特征是所说第(3)步中的TiO₂的逐渐加入按每秒钟加入TiO₂总重量1％～5％的方式缓慢加入。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征是第(4)步中的增白剂在加入了全量TiO₂并充分混合5～8min后加入。

9.采用权利要求1至8之一的方法制备得到的复合钛白粉。