CN104119703A - 一种高光泽金红石型钛白粉的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高光泽金红石型钛白粉的制备方法，它包括将经过硫酸法或氯化法得到的钛白粉浆料经砂磨工序粉碎后，依次通过加热步骤，锆包膜步骤，铝包膜步骤和后续水洗、有机处理、气流粉碎步骤制得成品，其中在所述锆包膜步骤后，本发明采用间接换热方式将浆料降温，然后砂磨5分钟以上，之后再升温至45-55℃再进行铝包膜。本发明方法将由于pH改变形成的二氧化钛团聚体解聚，提高二氧化钛颗粒的分散性，使后续的铝包膜能够在二氧化钛颗粒充分分散的状态下进行，使二氧化钛颗粒充分得到铝包覆，从而提高钛白粉的分散性，进而提高钛白粉的光泽度，得到高光泽的金红石型钛白粉。

Description

一种高光泽金红石型钛白粉的制备方法

技术领域

本发明涉及钛白粉生产技术领域，特别涉及一种高光泽金红石型钛白粉的生产方法。

背景技术

钛白粉，俗称二氧化钛，被认为是目前世界上性能最好的一种白色颜料，广泛应用于涂料、塑料、造纸、印刷油墨、化纤、橡胶、化妆品等工业。在自然界中二氧化钛存在三种晶型：板钛型、锐钛型和金红石型。板钛型是不稳定的晶型，无工业利用价值，锐钛型和金红石型都具有稳定的晶格，是重要的白色颜料和瓷器釉料，与其他白色颜料比较有优越的白度、着色力、遮盖力、耐候性、耐热性、和化学稳定性，特别是没有毒性。

钛白粉的工业化生产方法一般分为硫酸法和氯化法。其中硫酸法是一种常见的传统的生产方法，其步骤一般包括：钛精矿与浓硫酸进行酸解反应生产硫酸氧钛、经沉降、结晶、水解生成偏钛酸；偏钛酸经一洗、漂白、二洗，盐处理、锻烧得到金红石型二氧化钛粗品；二氧化钛粗品经湿磨、砂磨、包膜和气粉，得到钛白粉产品。

为了提高钛白粉的耐候性和化学稳定性，改善二氧化钛在各种不同介质中的分散性，通常要对TiO₂进行表面处理。无机表面处理是在TiO₂粒子表面形成一层均匀的无色或白色无机氧化物膜，以堵塞TiO₂的光活化点，提高耐候性。有机处理是在TiO₂表面包膜一层有机氧化物膜或表面活性剂，使TiO₂粒子保持分散状态并可以在有机介质中更好地相容均匀地分散。对TiO₂进行表面处理，一般先进行无机表面处理，后进行有机表面处理。无机表面处理的材料一般用SiO₂(二氧化硅)、Al₂0₃(氧化铝)、ZrO(氧化锆)、ZnO(氧化锌)。国内通用产品常见包膜方式为锆铝包膜，其典型包膜过程包括加热步骤、锆包膜步骤、铝包膜步骤和后续水洗、有机处理、气流粉碎步骤，也就是将经砂磨工序粉碎合格的TiO₂料浆加热至50℃左右，加入分散剂，调整pH，在一定时间内一次性加入计量的硫酸锆完成锆包膜步骤，然后采用氢氧化钠缓慢调整体系pH在8-11之间，并流加入偏铝酸钠和硫酸完成铝包膜步骤，稳定体系pH不变，熟化，调整料浆至中性，水洗，有机处理和气流粉碎，得到分散性优良的颜料级金红石型钛白粉。该包膜过程中的锆包膜步骤，采用一次性加入计量的硫酸锆，由于硫酸锆溶液是强酸性，因此包膜料浆pH会从8-11的碱性环境逐步下降至1-2的酸性环境，由于金红石型二氧化钛的一个等电点在pH值为5-7之间（所谓等电点是指颗粒表面电位为0mv，此时颗粒间的分散无法通过静电排斥作用达到，因此颗粒料浆将发生失稳，絮凝，沉淀等一系列恶化分散性能的后果），因此随着硫酸锆的加入，在体系酸度降低而逐渐跃过等电点的过程中，二氧化钛颗粒发生团聚，后续的锆、铝包覆过程也仅仅是发生在二氧化钛的团聚体上，随着最终团聚体经气流粉碎解聚得到大量裸露，大量未经铝包膜处理的二氧化钛颗粒严重影响到钛白粉的分散性能和耐候性能。

发明内容

本发明的目的就在于针对现有技术中不足，提供一种金红石型钛白粉的制备方法，它可以提高钛白粉的分散性能和耐候性能，得到高分散、高耐候性的金红石型钛白粉。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：

一种高光泽金红石型钛白粉的制备方法，包括将经过硫酸法或氯化法得到的钛白粉浆料经砂磨工序粉碎后，依次通过加热步骤，锆包膜步骤，铝包膜步骤和后续水洗、有机处理、气流粉碎步骤制得成品，其中在所述锆包膜步骤后，本发明采用间接换热方式将浆料降温，然后砂磨5分钟以上，之后再升温至45-55℃再进行铝包膜。

其中，上述浆料的砂磨程度为砂磨至浆料中粒径不大于5μm的粒子占比大于99%，以保证钛白粉的颜料性能，因为过大粒径的粒子会严重影响钛白粉的颜料性能和应用性能。

优选的是，上述浆料砂磨时间为5-30min，既保证了浆料得到充分必要的砂磨，团聚体充分解聚，也避免了不必要的增长砂磨时间造成能源浪费。

优选的是，浆料温度最好降至40℃以下再进行砂磨，既保证砂磨机能正常工作，也不会延长浆料的冷却时间，降低生产效率。

锆铝包膜是为了提高钛白粉耐候性和化学稳定性而对钛白粉进行的一种表面处理方法，锆与钛为同一主族元素，化学性质极为相近，锆包膜可起到良好过渡层的作用，对产品的颜料性能和应用性能的提高起到一定作用；而铝包膜主要是提高产品的分散性能，同时由于铝元素的外层电子性质，它能与大多数通用树脂发生较好的螯合作用，从而改善钛白粉与树脂的结合能力和相容性，促进产品的颜料性能的体现，改善产品的应用性能，因此决定钛白粉分散性的主要是铝包膜过程。而由于在锆包膜过程中由于pH值的改变造成二氧化钛发生团聚现象，使得后续的铝包膜过程发生在团聚体上，因此团聚体的稳定程度以及物理解聚是决定钛白粉分散性能的重要因素。

本发明通过在锆包膜步骤后增加砂磨步骤，从而将由于pH改变形成的二氧化钛团聚体解聚，提高二氧化钛颗粒的分散性，使后续的铝包膜能够在二氧化钛颗粒充分分散的状态下进行，使二氧化钛颗粒充分得到铝包覆，从而提高钛白粉的分散性，进而提高其光泽度。并且锆包膜过程是先将可溶性锆盐加入到钛白粉浆料中，在充分搅拌的前提下，即使二氧化钛因为pH值变化发生团聚，锆盐溶液也会自由扩散到料浆中的每一个角落，然后加氢氧化钠进行锆沉淀过程中，体系中的锆将逐步沉淀，包括团聚体空隙中所吸附的锆盐溶液，因此团聚对锆的均匀包膜影响较小。而铝包膜工艺要求属于恒定pH强制沉淀，因此如果团聚体未充分解聚，氢氧化铝沉淀将直接包裹在二次团聚体外表面，从而影响到铝的包覆效果，对钛白粉成品的分散性能产生致命影响。

同时锆包膜结束后，由于料浆的温度通常在50℃以上，如果直接进行砂磨，料浆温度很容易超过55℃，受砂磨机的超温保护影响，砂磨机无法工作，因此需要先对浆料进行降温操作。浆料的降温冷却必须采用间接换热方式，因为若采用加冷水直接降温的方式，加水会降低浆料的二氧化钛浓度，从而降低砂磨效率，增大能耗，而间接换热所采用的换热器必须采用不锈钢材质，以防止物料发生污染。 

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明通过在锆包膜步骤后增加砂磨步骤将由于pH改变形成的二氧化钛团聚体解聚，提高二氧化钛颗粒的分散性，使后续的铝包膜能够在二氧化钛颗粒充分分散的状态下进行，使二氧化钛颗粒充分得到铝包覆，从而提高钛白粉的分散性，进而提高钛白粉的光泽度，得到高光泽的金红石型钛白粉。

具体实施方式

为了更加清楚的理解本发明的目的、技术方案及有益效果，下面结合具体实施方式对本发明做进一步的说明，但并不将本发明的保护范围限定在以下实施例中。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，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的范围内。

实施例1：

将经砂磨工序粉碎合格的TiO₂料浆加热至45-55℃左右，加入分散剂，调整pH=10.0-10.5，在60min内一次性加入计量的硫酸锆，其加量以ZrO₂/TiO₂=0.8 %，然后采用氢氧化钠缓慢调整体系pH在10.0-10.5之间，熟化30min，将物料冷却至40℃，砂磨5 min，然后升温至45℃，并流加入偏铝酸钠和硫酸溶液，偏铝酸钠加入量为Al₂O₃/TiO₂=3.5 %，调整体系pH在10.0-10.5之间，熟化30min，调整料浆至中性，水洗，有机处理和气流粉碎，得到金红石型钛白粉样品A，测试产品的20°光泽和耐候性。

实施例2：

将经砂磨工序粉碎合格的TiO₂料浆加热至45-55℃左右，加入分散剂，调整pH=10.0-10.5，在60min内一次性加入计量的硫酸锆，其加量以ZrO₂/TiO₂=0.8 %，然后采用氢氧化钠缓慢调整体系pH在10.0-10.5之间，熟化30min，将物料冷却至35℃，砂磨20 min，然后升温至50℃，并流加入偏铝酸钠和硫酸溶液，偏铝酸钠加入量为Al₂O₃/TiO₂=3.5 %，调整体系pH在10.0-10.5之间，熟化30min，调整料浆至中性，水洗，有机处理和气流粉碎，得到金红石型钛白粉样品B，测试产品的20°光泽和耐候性。

实施例3：

将经砂磨工序粉碎合格的TiO₂料浆加热至45-55℃左右，加入分散剂，调整pH=10.0-10.5，在60min内一次性加入计量的硫酸锆，其加量以ZrO₂/TiO₂=0.8 %，然后采用氢氧化钠缓慢调整体系pH在10.0-10.5之间，熟化30min，将物料冷却至30℃，砂磨30 min，然后升温至55℃，并流加入偏铝酸钠和硫酸溶液，偏铝酸钠加入量为Al₂O₃/TiO₂=3.5 %，调整体系pH在10.0-10.5之间，熟化30min，调整料浆至中性，水洗，有机处理和气流粉碎，得到金红石型钛白粉样品C，测试产品的20°光泽和耐候性。

对比实施例1：

将经砂磨工序粉碎合格的TiO₂料浆加热至45-55℃左右，加入分散剂，调整pH=10.0-10.5，在60min内一次性加入计量的硫酸锆，其加量以ZrO₂/TiO₂=0.8 %，然后采用氢氧化钠缓慢调整体系pH在10.0-10.5之间，熟化30min，并流加入偏铝酸钠和硫酸溶液，偏铝酸钠加入量Al₂O₃/TiO₂=3.5 %，稳定体系pH不变，熟化30min，调整料浆至中性，水洗，有机处理和气流粉碎，得到金红石型钛白粉样品D，测试产品的20°光泽和耐候性。

对比实施例2：

将经砂磨工序粉碎合格的TiO₂料浆，再次经过砂磨20min，然后采用对比实施例1中工艺后处理，得到红石型钛白粉样品E，测试产品的20°光泽和耐候性。

从实验数据可以看出：本专利所提供的方法可以大幅度提高钛白粉产品的光泽，且不影响产品的干粉L值和耐候性能。而在锆包膜工序中即使对料浆砂磨得再充分，对产品的光泽度也起不到太大作用。

Claims (4)

1.一种高光泽金红石型钛白粉的制备方法，包括将经过硫酸法或氯化法得到的钛白粉浆料经砂磨工序粉碎后，依次通过加热步骤，锆包膜步骤，铝包膜步骤和后续水洗、有机处理、气流粉碎步骤制得成品，所述锆包膜步骤是在钛白粉浆料中一次性加入计量的硫酸锆，然后用氢氧化钠调整浆料至碱性，硫酸锆的加入量以ZrO₂/TiO₂=0.10-5.0%计，其特征在于：在所述锆包膜步骤后，采用间接换热方式将浆料降温，然后砂磨5分钟以上，之后再升温至45-55℃进行铝包膜。

2.根据权利要求1所述的一种高光泽金红石型钛白粉的制备方法，其特征在于：所述浆料砂磨时间为5-30min。

3.根据权利要求1所述的一种高光泽金红石型钛白粉的制备方法，其特征在于：所述锆包膜步骤后，浆料温度降至≤40℃进行砂磨。

4.根据权利要求1所述的一种高光泽金红石型钛白粉的制备方法，其特征在于：所述浆料砂磨至浆料中粒径不大于5μm的粒子占比大于99%。