CN105086521A - 一种利用超声振动进行表面包覆生产化纤钛白的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用超声振动进行表面包覆生产化纤钛白的方法，在超声振动的机械力作用下，将普通钛白在溶剂相中进行表面包覆生产化纤钛白，具体地，以国产锐钛型普通钛白为原料，通过将钛白TiO₂和液相溶剂按一定比例混合、振动、分散、过滤等诸化工单元操作；在振动分散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活性剂，并通过超声振动的机械力作用，使钛白能够均匀地分散在液相溶剂中，并将表面活性剂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、适合于化纤生产的化纤钛白产品，操作简单易行、无污染、成本低。

Description

一种利用超声振动进行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，具体涉及一种利用超声振动进行表面包覆生产化纤钛白的方法，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。

背景技术

众所周知，通常的化学纤维，由于其表面光滑而具有一定的透明度。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，TiO₂已被作为公认的消光剂而得到广泛应用。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通过表面处理成为可用于化纤工业的化纤钛白，即消光剂，有以下两种方法：

其一为湿法生产工艺，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US350588A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，是在水相中，将铝化合物和硅化合物与硅酸锰同时沉淀(或包覆)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子水的悬浮液中进行。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，需要通过干燥才能得到粉体产品，故每生产一吨化纤钛白，至少要干燥除去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。

其二为干法生产工艺，这是针对湿法生产技术存在的缺点，旨在降低生产成本，减少碳排放而进行的一种改造。中国专利CN200510023592“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，而且不可避免地造成粉尘污染。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。

不管是湿法还是干法生产工艺，进行表面包覆多采用搅拌的形式增加表面包覆的均匀性，但搅拌所产生的离心力大小是随着搅拌半径而变化的，离心力的不断变化会降低表面包覆的均匀性。

发明内容

本发明的目的是为解决目前化纤钛白生产方法表面包覆的均匀性差、能耗高和污染大的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种利用超声振动进行表面包覆生产化纤钛白的方法，包括如下工艺步骤：

(1)首先以普通锐钛型钛白TiO₂为原料，按重量百分比TiO₂：溶剂＝10％～60％：90％～40％将TiO₂和溶剂一起置于第一超声振动器中，高频振动10分钟，分散成固/液浆料；然后过滤除去浆料中的杂质和粒径大于3～5μm的钛白粗颗粒，再将浆料泵入具有搅拌器的储罐中；

(2)将所述储罐中的浆料泵入第二超声振动器中，高频振动10分钟；然后加入pH值调节剂，pH值调节剂的加入量为TiO₂重量的0.01～1.0％，将物系的pH值调控至7～9；再高频振动10分钟后，加入表面活性剂，表面活性剂的加入量为TiO₂重量的0.1～1.0％，然后再高频振动20分钟，将TiO₂振动粉碎至粒径≤0.5μm，且TiO₂表面被表面活性剂充分稳定包覆，得到含TiO₂浆料的化纤钛白。

进一步地，所述普通锐钛型钛白通过如下指标精选所得：

(1)含量TiO₂≥98.5％；

(2)色调：L≥92、a≤1、b≤0.4；

(3)电阻率≥2500Ω·㎝。

进一步地,所述溶剂为去离子水、乙二醇、丙三醇和石油醚中的任意一种。

进一步地，所述pH值调节剂为2-氨基甲基丙醇和代号AMP-95类pH值调节剂中的任意一种。

进一步地,所述表面活性剂为聚丙烯聚合物、丙烯酸与甲基丙烯酸的共聚物、代号CH-2、CH7、CH-10B、CH-18、CH-18C类的超分散剂、三羟基甲烷和司本20中的一种或一种以上组成的混合物。

进一步地,在所述步骤(2)后还包括：通过离心沉降分离或真空抽滤，除去所述溶剂，生成水分散性大于95％的化纤钛白粉体。

进一步地,所述第一和第二超声振动器为超声研磨设备，或采用两种超声振动装置实行串联研磨，无需磨球。

本发明以国产锐钛型钛白为原料，先在溶剂相中进行超声振动使钛白受到均匀的振动力而分散，再用表面活性剂包覆处理；然后再进行超声振动，使得振动产生的机械力化学作用于钛白颗粒表面；在表面处理过程中进行超声振动，促进表面处理剂对钛白颗粒的吸附，不再需要进行研磨而成合格的化纤钛白产品浆料，可直接用于聚酯工业；也可通过离心分离，回收溶剂后，得到合格的粉体状化纤钛白产品。通过本发明所述方法生产的化纤钛白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。

具体实施方式

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。

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；电阻率＝3100Ω·㎝；符合本发明的优选要求。

(2)TiO₂/EG浆料物系的制备：

先将1000kg工业用乙二醇(即EG)和1000kg符合上述(1)中指标的普通国产锐钛型钛白，置于容积为1～2立方米的超声振动器中，控制高频振动10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)超声振动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浆料再次泵入超声振动器中，先超声振动研磨10分钟，继而加入表面预处理剂，即一种pH值调节剂，AMP-95，其加入量为TiO₂重量的0.1％～0.5％，调节pH值为8.0左右；再超声振动研磨20分钟，然后再添加由季戊四醇1.5kg及邻苯二甲酸二丁醇3.0kg组成的混合表面活性剂，继续超声振动研磨20分钟，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(即EG)100KG混合，置于超声振动设备中，超声振动10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浆料再次泵入超声振动设备中，先超声振动研磨10分钟，然后加入表面预处理剂，即pH值调节剂“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及司本20(即spen20)0.2kg组成的混合表面活性剂；继续超声研磨20分钟，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(可回收后循环使用)，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TiO₂80kg为原料，先与120kg的去离子水相混合，置于搅拌釜中，超声混合10分钟，形成钛白与去离子的浆料，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/去离子水浆料泵入研磨机中，藉用超声振动研磨的方法先研磨10分钟，然后加入表面预处理剂，即pH值调节剂“2氨基-2甲基丙醇”，使浆液物系pH调控至7.5～8.5，表面预处理剂，即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％，再至少超声振动球磨20分钟，得到粒径≤0.5μm、充分被表面活性剂包覆的钛白/去离子水浆料物系，然后将该物系进行喷雾干燥，去除去离子水，得到工业上使用的水分散性大于95％的化纤钛白粉体产品。

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所形成的钛白粉体产品，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。和其他研磨工艺相比，不仅研磨时间大大缩短，研磨的均匀性大大提高，而且生产成本也降低许多。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种利用超声振动进行表面包覆生产化纤钛白的方法，其特征在于，所述方法包括如下工艺步骤：

(1)首先以普通锐钛型钛白TiO₂为原料，按重量百分比TiO₂：溶剂＝10％～60％：90％～40％将TiO₂和溶剂一起置于第一超声振动器中，高频振动10分钟，分散成固/液浆料；然后过滤除去浆料中的杂质和粒径大于3～5μm的钛白粗颗粒，再将浆料泵入具有搅拌器的储罐中；

(2)将所述储罐中的浆料泵入第二超声振动器中，高频振动10分钟；然后加入pH值调节剂，pH值调节剂的加入量为TiO₂重量的0.01～1.0％，将物系的pH值调控至7～9；再高频振动10分钟后，加入表面活性剂，表面活性剂的加入量为TiO₂重量的0.1～1.0％，然后再高频振动20分钟，将TiO₂振动粉碎至粒径≤0.5μm，且TiO₂表面被表面活性剂充分稳定包覆，得到含TiO₂浆料的化纤钛白。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述普通锐钛型钛白通过如下指标精选所得：

(1)含量TiO₂≥98.5％；

(2)色调：L≥92、a≤1、b≤0.4；

(3)电阻率≥2500Ω·㎝。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于,所述溶剂为去离子水、乙二醇、丙三醇和石油醚中的任意一种。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述pH值调节剂为2-氨基甲基丙醇和代号AMP-95类pH值调节剂中的任意一种。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于,所述表面活性剂为聚丙烯聚合物、丙烯酸与甲基丙烯酸的共聚物、代号CH-2、CH7、CH-10B、CH-18、CH-18C类的超分散剂、三羟基甲烷和司本20中的一种或一种以上组成的混合物。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于,在所述步骤(2)后还包括以下步骤：

通过离心沉降分离或真空蒸发或喷雾干燥，除去所述溶剂，生成水分散性大于95％的化纤钛白粉体。