CN103965659B

CN103965659B - 一种制备高水分散性钛白粉的方法

Info

Publication number: CN103965659B
Application number: CN201410165452.5A
Authority: CN
Inventors: 李礼; 徐玉婷; 杜剑桥; 吴健春; 王斌
Original assignee: Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Current assignee: Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Priority date: 2014-04-23
Filing date: 2014-04-23
Publication date: 2015-11-04
Anticipated expiration: 2034-04-23
Also published as: CN103965659A

Abstract

本发明公开了一种制备高水分散性钛白粉的方法，所述方法包括依次进行的以下步骤：a、向钛白粉浆料中加入分散剂，搅拌均匀；b、加入含磷溶液，熟化；c、加入硫酸铝溶液以将钛白粉浆料的pH值控制为1.5～4.5，熟化；d、加入偏铝酸钠溶液以将钛白粉浆料的pH值控制为8.5～10.5，熟化；e、调节钛白粉浆料的pH值为7.0～7.8，熟化；f、过滤、洗涤、干燥、粉碎后得到高水分散性钛白粉。本发明通过在包膜前加入分散剂改善钛白粉浆料的分散状况，然后采用含磷溶液、含铝溶液做包膜剂，之后包膜剂以磷酸铝、水合氧化铝的形式沉积在二氧化钛的表面，从而有效地提高产品的水分散性并获得具有高水分散性的钛白粉产品。

Description

一种制备高水分散性钛白粉的方法

技术领域

本发明涉及化工技术领域，更具体地讲，涉及一种通过表面处理制备高水分散性钛白粉的方法。

背景技术

钛白粉作为一种白色颜料，广泛应用在涂料、塑料、油墨及造纸领域。按钛白粉体系的亲水亲油性划分又可分为水性体系和油性体系，在水性体系钛白粉的应用中，水分散性对其应用性能起到关键性的作用，特别是在水性涂料和造纸领域中，若钛白粉的水分散性好，则其遮盖力高、白度好，且有利于使涂料长期保持体系稳定，便于运输、储存并增加涂膜的机械性能；若钛白粉的水分散性不好，在涂料中分散后容易团聚发生反粗现象并发生分层。

现有技术中提高钛白粉水分散性的方法中通常是采用有机包覆或无机-有机包覆处理的方式，例如通过包膜硅、铝或通过采用加入亲水性的处理剂如TMP对钛白产品进行有机处理，但其步骤相对较复杂且效果不太好。

根据目前的相关文献和专利报道，尚未出现关于采用无机表面包覆磷酸铝和氧化铝的方法获得高水分散性的金红石型钛白粉的方法。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明的目的在于解决上述技术问题中的一个或多个。

本发明的目的在于提供一种通过在金红石钛白粉初品表面包覆磷酸铝、水合氧化铝以增加钛白粉的表面亲水性并提高钛白粉的水分散性的方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种制备高水分散性钛白粉的方法，所述方法包括依次进行的以下步骤：a、向钛白粉浆料中加入分散剂，搅拌均匀；b、加入含磷溶液，熟化；c、加入硫酸铝溶液以将钛白粉浆料的pH值控制为1.5～4.5，熟化；d、加入偏铝酸钠溶液以将钛白粉浆料的pH值控制为8.5～10.5，熟化；e、调节钛白粉浆料的pH值为7.0～7.8，熟化；f、过滤、洗涤、干燥、粉碎后得到高水分散性钛白粉。

根据本发明的制备高水分散性钛白粉的方法的一个实施例，在步骤a中，所述钛白粉浆料是将金红石型钛白粉初品用脱盐水打浆后获得，所述钛白粉浆料的浓度为220～380g/l。

根据本发明的制备高水分散性钛白粉的方法的一个实施例，在步骤a中，所述钛白粉浆料的温度为50～90℃。

根据本发明的制备高水分散性钛白粉的方法的一个实施例，所述分散剂为硅酸钠、六偏磷酸钠、单乙醇铵、磷酸二氢铵中的一种或多种。

根据本发明的制备高水分散性钛白粉的方法的一个实施例，所述分散剂的加入量为所述钛白粉浆料中的TiO₂质量的0.05～0.25％。

根据本发明的制备高水分散性钛白粉的方法的一个实施例，在步骤b中，所述含磷溶液为磷酸溶液、六偏磷酸钠溶液、磷酸三钠溶液、焦磷酸钠溶液中的一种或多种。

根据本发明的制备高水分散性钛白粉的方法的一个实施例，在步骤b中，所述含磷溶液的加入量以P₂O₅计算，并且按照P₂O₅与所述钛白粉浆料中的TiO₂的质量比为2:100～4:100计算。

根据本发明的制备高水分散性钛白粉的方法的一个实施例，在步骤c中，所述硫酸铝溶液的加入量以Al₂O₃计算，并且按照Al₂O₃为所述钛白粉浆料中的TiO₂质量的1.0～3.2％计算；在步骤d中，所述偏铝酸钠溶液的加入量以Al₂O₃计算，并且按照Al₂O₃为钛白粉浆料中TiO₂质量的1.3～3.5％计算。

根据本发明的制备高水分散性钛白粉的方法的一个实施例，在步骤e中，采用质量浓度为10～20％的稀酸调节钛白粉浆料的pH值。

根据本发明的制备高水分散性钛白粉的方法的一个实施例，所述步骤b至步骤e的熟化时间依次为5～60min、10～110min、10～110min、60～180min。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：通过在包膜前加入分散剂改善钛白粉浆料的分散状况，然后采用含磷溶液、含铝溶液做包膜剂，之后包膜剂以磷酸铝、水合氧化铝的形式沉积在二氧化钛的表面，从而有效地提高产品的水分散性并获得具有高水分散性的钛白粉产品。

具体实施方式

在下文中，将对本发明的制备高水分散性钛白粉的方法进行详细说明。

本发明的制备高水分散性钛白粉的方法主要用于对金红石型钛白粉进行表面处理以提高其水分散性，本发明的具体思路是先加入分散剂改善钛白粉浆料的分散状况，再采用含磷溶液、含铝溶液做包膜剂，之后包膜剂以磷酸铝、水合氧化铝的形式沉积在二氧化钛的表面，从而有效地提高产品的水分散性并获得具有高水分散性的钛白粉产品。其中，本文所述的含量均为质量百分比含量，并且本发明对钛白粉的水分散性进行表征的手段具体参照示例中的水分散性检测方法，但本发明不限于此，只要能够对钛白粉水分散性进行定量测定的方法均可。

根据本发明示例性实施例的制备高水分散性钛白粉的方法包括依次执行的下述步骤a～f：

a、向钛白粉浆料中加入分散剂，搅拌均匀。

其中，本发明的钛白粉浆料是将金红石型钛白粉初品用脱盐水打浆后获得的。根据本发明的一个实施例，钛白粉浆料的浓度为220～380g/l，优选为280～300g/l。为了提高混匀效果，可以将钛白粉浆料的温度控制为50～90℃，优选地控制为60～70℃。控制钛白粉浆料的温度是为了控制包膜剂酸、碱中和反应的速度，以控制包覆层的沉积速率。

加入分散剂可以改善钛白粉浆料的分散状况，分散剂可以为硅酸钠、六偏磷酸钠、单乙醇铵、磷酸二氢铵中的一种或几种。根据本发明的一个实施例，分散剂的加入量为钛白粉浆料中的TiO₂质量的0.05～0.25％，优选地为0.10～0.15％。分散剂的加入是为了达到最佳的分散效果，若加入量少了，则分散效果不佳，若加入量高了，则成本较高。通常，分散剂一般以溶液方式加入，例如质量浓度为10～25％。

b、加入含磷溶液，熟化。

向加入分散剂后的钛白粉浆料中加入含磷溶液，含磷溶液是作为包膜剂加入的。根据本发明，含磷溶液可以为磷酸溶液、六偏磷酸钠溶液、磷酸三钠溶液、焦磷酸钠溶液中的一种或多种，含磷溶液的加入量以P₂O₅计算并且按照P₂O₅与钛白粉浆料中的TiO₂的质量比为2:100～4:100计算。其中，将含磷溶液以五氧化二磷计算是钛白行业的通常做法，本领域技术人员均了解其计算方法。

加入含磷溶液之后，熟化5～60min，优选地熟化20～30min。本步骤的熟化过程并无化学反应发生，只是为了使包膜剂在体系中均匀分散。

c、加入硫酸铝溶液以将钛白粉浆料的pH值控制为1.5～4.5，熟化。

再向钛白粉浆料中加入硫酸铝溶液，硫酸铝溶液也是作为包膜剂加入的，硫酸铝会与之前加入的含磷溶液中的磷酸根离子反应得到磷酸铝沉淀。根据本发明，硫酸铝溶液的加入量以Al₂O₃计算并且按照Al₂O₃为钛白粉浆料中的TiO₂质量的1.0～3.2％计算。

将钛白粉浆料的pH值控制为1.5～4.5是为了让含磷溶液与硫酸铝溶液反应得到的磷酸铝更好的沉积在钛白粉表面，若pH值过低，会让沉积的磷酸铝被溶解。

加入硫酸铝溶液之后，熟化10～110min，优选地熟化50～60min。本步骤的熟化过程是为了让含磷溶液与硫酸铝溶液充分反应得到磷酸铝并使其充分沉积。

d、加入偏铝酸钠溶液以将钛白粉浆料的pH值控制为8.5～10.5，熟化。

之后，再向钛白粉浆料中加入偏铝酸钠溶液，偏铝酸钠溶液也是作为包膜剂加入的，偏铝酸钠会与水、硫酸根离子等反应得到水合氧化铝即氢氧化铝沉淀，此外偏铝酸钠还会与磷酸根离子反应得到少部分磷酸铝沉淀。根据本发明，偏铝酸钠溶液的加入量以Al₂O₃计算，并且按照Al₂O₃为钛白粉浆料中TiO₂质量的1.3～3.5％计算。其中，将偏铝酸钠以三氧化二铝计算是钛白行业的通常做法，本领域技术人员均了解其计算方法。

将钛白粉浆料的pH值控制为8.5～10.5是为了让生成的水合氧化铝在碱性条件下以勃姆石型继续沉积在钛白粉表面，有利于提高产品的分散性。若pH值过低，则包膜体系的粘度较高，不利于包膜剂在二氧化钛表面的沉积均匀性，若pH值过高，上一步沉积的磷酸铝会被碱溶解。

加入偏铝酸钠溶液之后，熟化10～110min，优选地熟化50～60min。本步骤的熟化是是为了让偏铝酸钠充分反应得到水合氧化铝并使其充分沉积。

e、调节钛白粉浆料的pH值为7.0～7.8，熟化。

最后，调节钛白粉浆料的pH值至7.0～7.8以将钛白粉浆料的酸碱度调至中性。因为在中性条件下，钛白粉浆料容易洗涤，并且钛白粉在应用时也要求为中性。根据本发明，可以采用质量浓度为10～20％的稀酸如硫酸或盐酸调节钛白粉浆料的pH值。

调节pH值之后，熟化60～180min，优选地熟化110～120min。本步骤的熟化是为了进一步沉积水合氧化铝，提高铝的沉积率。

f、过滤、洗涤、干燥、粉碎后得到高水分散性钛白粉。

为了更好地理解本发明的上述示例性实施例，下面结合具体示例对其进行进一步说明。

首先对本发明所采用的水分散性的检测方法进行详细说明：

取两个称量瓶在烘箱中干燥至恒重，分别标记为1^#和2^#，称量恒重的1^#和2^#瓶，质量分别记为m₁和m₂。

称取15.00g待测试样于500ml锥形瓶中，加入285.00g蒸馏水，塞上橡皮塞，放置在调速多用振荡器上振荡、分散30分钟，用10ml移液管量取10ml分散好的待测试样浆料，放置到1^#称量瓶中,在电子天平上准确称量，质量记为m₃。

用250ml量筒量取200ml分散好的浆料，静止、自然沉降5小时。

沉降完毕后，用50ml移液管从250ml量筒中移取175ml上层清液(移取时自上而下逐步移取，不能取到量筒底部浆料)，取好的清液放置在500ml锥形瓶中，在调速多用振荡器上振荡、分散30分钟，用10ml移液管量取10ml分散好的钛白粉浆料，放置到2^#称量瓶中，在万分之一天平上准确称量，质量记为m₄。

将1^#和2^#瓶连同浆料一起放到烘箱中在145±5℃条件下干燥2.5小时。

将干燥好的1^#和2^#样品放置到干燥器中30分钟后取出，用电子天平称量，1^#记为m₅，2^#记为m₆。

通过下式计算水分散性即可：

示例1：

取1000g未进行后处理的金红石钛白粉初品，用脱盐水打浆，打浆后得到的钛白粉浆料的浓度为280g/l，将钛白粉浆料加热至50℃；然后将质量浓度为18％的硅酸钠溶液加入上述加热后的钛白粉浆料中，搅拌均匀，其中，硅酸钠溶液的加入量为钛白粉浆料中的TiO₂质量的0.08％；再加入六偏磷酸钠溶液，六偏磷酸钠溶液的加入量以P₂O₅计算并且按照质量比为P₂O₅：TiO₂＝2.5:100计算，熟化15min；再加入硫酸铝溶液，其中，硫酸铝溶液的加入量以Al₂O₃计算并且按照Al₂O₃为钛白粉浆料中的TiO₂质量的2.5％计算，控制钛白粉浆料的pH值为1.65，熟化60min；再加入偏铝酸钠溶液，偏铝酸钠溶液的加入量以Al₂O₃计算并且按照Al₂O₃为钛白粉浆料中的TiO₂质量的3.0％计算，控制钛白粉浆料的pH值为10.05，熟化60min；使用质量浓度为15％的稀硫酸调节钛白粉浆料的pH值为7.25，熟化120min；最后将上述溶液过滤、洗涤、干燥、粉碎得到钛白粉产品。经检测，所得钛白粉的水分散性为97.80％。

示例2：

取1000g未进行后处理的金红石钛白粉初品，用脱盐水打浆，打浆后得到的钛白粉浆料的浓度为300g/l，将钛白粉浆料加热至60℃；然后将质量浓度为18％的磷酸二氢铵溶液加入上述加热后的钛白粉浆料中，搅拌均匀，其中，磷酸二氢铵的加入量为钛白粉浆料中的TiO₂质量的0.25％；再加入磷酸溶液，磷酸溶液的加入量以P₂O₅计算并且按照质量比为P₂O₅：TiO₂＝2.0:100计算，熟化60min；再加入硫酸铝溶液，其中，硫酸铝溶液的加入量以Al₂O₃计算并且按照Al₂O₃为钛白粉浆料中的TiO₂质量的1.0％计算，控制钛白粉浆料的pH值为3.7，熟化10min；再加入偏铝酸钠溶液，偏铝酸钠溶液的加入量以Al₂O₃计算并且按照Al₂O₃为钛白粉浆料中的TiO₂质量的3.5％计算，控制钛白粉浆料的pH值为10.38，熟化30min；使用质量浓度为20％的稀盐酸调节钛白粉浆料的pH值为7.45，熟化60min；最后将上述溶液过滤、洗涤、干燥、粉碎得到钛白粉产品。经检测，所得钛白粉的水分散性为96.70％。

示例3：

取1000g未进行后处理的金红石钛白粉初品，用脱盐水打浆，打浆后得到的钛白粉浆料的浓度为380g/l，将钛白粉浆料加热至80℃；然后将质量浓度为20％的六偏磷酸钠溶液加入上述加热后的钛白粉浆料中，搅拌均匀，其中，六偏磷酸钠的加入量为钛白粉浆料中的TiO₂质量的0.15％；再加入磷酸三钠溶液，磷酸三钠溶液的加入量以P₂O₅计算并且按照质量比为P₂O₅：TiO₂＝4.0:100计算，熟化30min；再加入硫酸铝溶液，其中，硫酸铝溶液的加入量以Al₂O₃计算并且按照Al₂O₃为钛白粉浆料中的TiO₂质量的3.2％计算，控制钛白粉浆料的pH值为2.3，熟化60min；再加入偏铝酸钠溶液，偏铝酸钠溶液的加入量以Al₂O₃计算并且按照Al₂O₃为钛白粉浆料中的TiO₂质量的1.5％计算，控制钛白粉浆料的pH值为8.8，熟化110min；使用质量浓度为20％的稀硫酸调节钛白粉浆料的pH值为7.56，熟化180min；最后将上述溶液过滤、洗涤、干燥、粉碎得到钛白粉产品。经检测，所得钛白粉的水分散性为98.20％。

示例4：

取1000g未进行后处理的金红石钛白粉初品，用脱盐水打浆，打浆后得到的钛白粉浆料的浓度为220g/l，将钛白粉浆料加热至90℃；然后将质量浓度为25％的单乙醇胺溶液加入上述加热后的钛白粉浆料中，搅拌均匀，其中，分散剂单乙醇胺钠的加入量为钛白粉浆料中的TiO₂质量的0.20％；再加入焦磷酸钠溶液，磷酸三钠溶液的加入量以P₂O₅计算并且按照质量比为P₂O₅：TiO₂＝3.2:100计算，熟化30min；再加入硫酸铝溶液，其中，硫酸铝溶液的加入量以Al₂O₃计算并且按照Al₂O₃为钛白粉浆料中的TiO₂质量的2.6％计算，控制钛白粉浆料的pH值为3，熟化110min；再加入偏铝酸钠溶液，偏铝酸钠溶液的加入量以Al₂O₃计算并且按照Al₂O₃为钛白粉浆料中的TiO₂质量的2.2％计算，控制钛白粉浆料的pH值为9.56，熟化10min；使用质量浓度为20％的稀盐酸调节钛白粉浆料的pH值为7.8，熟化120min；最后将上述溶液过滤、洗涤、干燥、粉碎得到钛白粉产品。经检测，所得钛白粉的水分散性为96.30％。

综上所述，本发明通过在包膜前加入分散剂改善钛白粉浆料的分散状况，之后采用含磷溶液、含铝溶液做包膜剂，包膜剂以磷酸铝、水合氧化铝的形式沉积在二氧化钛的表面，从而提高产品的水分散性。

尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。

Claims

1.一种制备高水分散性钛白粉的方法，其特征在于，所述方法包括依次进行的以下步骤：

a、向钛白粉浆料中加入分散剂，搅拌均匀；

b、加入含磷溶液，熟化，其中，所述含磷溶液的加入量以P₂O₅计算，并且按照P₂O₅与所述钛白粉浆料中的TiO₂的质量比为2:100～4:100计算；

c、加入硫酸铝溶液以将钛白粉浆料的pH值控制为1.5～4.5，熟化，其中，所述硫酸铝溶液的加入量以Al₂O₃计算，并且按照Al₂O₃为所述钛白粉浆料中的TiO₂质量的1.0～3.2％计算；

d、加入偏铝酸钠溶液以将钛白粉浆料的pH值控制为8.5～10.5，熟化，其中，所述偏铝酸钠溶液的加入量以Al₂O₃计算，并且按照Al₂O₃为钛白粉浆料中TiO₂质量的1.3～3.5％计算；

e、调节钛白粉浆料的pH值为7.0～7.8，熟化；

f、过滤、洗涤、干燥、粉碎后得到高水分散性钛白粉。

2.根据权利要求1所述的制备高水分散性钛白粉的方法，其特征在于，在步骤a中，所述钛白粉浆料是将金红石型钛白粉初品用脱盐水打浆后获得，所述钛白粉浆料的浓度为220～380g/l。

3.根据权利要求1所述的制备高水分散性钛白粉的方法，其特征在于，在步骤a中，所述钛白粉浆料的温度为50～90℃。

4.根据权利要求1所述的制备高水分散性钛白粉的方法，其特征在于，所述分散剂为硅酸钠、六偏磷酸钠、单乙醇铵、磷酸二氢铵中的一种或多种。

5.根据权利要求1或4所述的制备高水分散性钛白粉的方法，其特征在于，所述分散剂的加入量为所述钛白粉浆料中的TiO₂质量的0.05～0.25％。

6.根据权利要求1所述的制备高水分散性钛白粉的方法，其特征在于，在步骤b中，所述含磷溶液为磷酸溶液、六偏磷酸钠溶液、磷酸三钠溶液、焦磷酸钠溶液中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的制备高水分散性钛白粉的方法，其特征在于，在步骤e中，采用质量浓度为10～20％的稀酸调节钛白粉浆料的pH值。

8.根据权利要求1所述的制备高水分散性钛白粉的方法，其特征在于，所述步骤b至步骤e的熟化时间依次为5～60min、10～110min、10～110min、60～180min。