CN105860592A - 一种包覆有聚丙烯酸的改性钛白粉 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种包覆有聚丙烯酸的改性钛白粉及其制备方法，该改性钛白粉由钛白粉、聚丙烯酸、粘合剂制备而成，采用流化床进行包覆，包覆后进行烘干处理，即得改性的钛白粉。本发明制备的改性钛白粉既保证了钛白粉良好的遮盖力和光泽，同时在有机溶剂中具有良好的分散性，并且通过本发明的制备方法制备的改性钛白粉的分散稳定性更高，且操作简单，反应条件温和，实用性更强。

Description

一种包覆有聚丙烯酸的改性钛白粉
技术领域
本发明涉及钛白粉生产领域，具体涉及一种包覆聚丙烯酸的改性钛白粉及其制备方法。
背景技术
钛白粉作为一种白色颜料因其高折射率和优异的颜料性能，被认为是世界上最好的白色颜料，广泛应用于涂料、塑料、造纸、油墨等行业。钛白粉具有高的光催化活性，但是，未经表面处理的二氧化钛存在着一些晶格缺陷，使其粒子表面上存在着许多光活化点，极易引发应用体系中的有机介质分子降解，从而产生粉化、失光等现象，严重影响产品的使用寿命和性能。为了提高钛白粉的使用性能，必须对钛白粉进行表面处理改性。近年来，人们通常无机、有机包覆的方式，对钛白粉进行改性处理，包膜能够有效的防止二氧化钛光化学活性，从而降低初级钛白粉的降解，提高其性能。有机包膜方面，采用直接干法包膜时有机改性剂与Ti02颗粒结合力较差，容易脱离；采用湿法包膜时，传统的有机改性剂一般不溶于水，而湿法包膜在水相中进行，有机改性剂与Ti02颗粒结合力仍相对较弱，包膜后的有机膜层容易脱离，特别在油性体系中有机改性剂容易被萃取而与钛白粉分离，使得改性钛白粉在油性体系中分散性很差。
中国专利CN102295846B公开了一种改性钛白粉，所述改性钛白粉包括二氧化钛和包覆在二氧化钛表面的聚丙烯酸；所述聚丙烯酸的分子量为6000-8000。本发明还提供了所述改性钛白粉的制备方法和含有该改性钛白粉的汽车中涂涂料。本发明的改性钛白粉的二氧化钛与聚丙烯酸的结合力很强，在有机体系中分散性很好，但是遮盖力与光泽度较低，并且长期放置，分散性下降，从而影响产品的应用。
中国专利CN1680491A公开了一种干法制备化纤钛白的方法，以二氧化钛为原料，通过超细粉碎、分级加工处理后得到超细钛白粉，然后藉助压缩空气载带将超细铁白粉和表面活性剂分别分散成气一固物流和气雾物流，然后切向导入管式旋流器中，进行高速旋流运动，完成高效混合碰撞、粘附以及分级等多个过程，从而获得二个级别的铁白粉粘附体，最后再分别通过气固分离、陈化处理获得优质的粒径<1μm化纤钛白产品和粒径≥1μm至≤2μm的化纤钛白产品。但是 该化纤钛白的改性工艺复杂，需要先对超细钛白粉和表面活性剂均通过压缩空气分散，最后还需旋流碰撞分级以及气固、陈化分离，设备成本也较高。
有签于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的是提供一种包覆有聚丙烯酸的改性钛白粉及其制备方法。既保证了钛白粉良好的遮盖力和光泽，同时在有机溶剂中具有良好的分散性，并且通过本发明的制备方法制备的改性钛白粉的分散稳定性更高，且操作简单，反应条件温和，实用性更强。
为了解决上述问题，实现本发明的发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种包覆有聚丙烯酸的改性钛白粉，所述改性钛白粉由钛白粉、聚丙烯酸、粘合剂组成，其中，所述钛白粉、聚丙烯酸和粘合剂的重量配比为：1：0.015～0.018：0.004～0.006。
具体的，所述的粘合剂为硅酸钠。
一种包覆有聚丙烯酸的改性钛白粉的制备方法，所述改性钛白粉的制备方法包括以下步骤：
a.将处方量的聚丙烯酸溶于有机溶剂中，制备得进料液1；
b.将处方量的硅酸钠溶于有机溶剂中，制备得进料液2；
c.取处方量未经处理的钛白粉原料经超微粉碎装置后进入筛选装置，将粒度大于预定粒径的颗粒返回超微粉碎装置进行再次粉碎，将粒度小于预定粒径的颗粒通过流化床反应器的加料口置于流化床反应器腔体内；
d.开启真空泵，将流化床反应器抽真空，从气体注入口通入氮气，通过压力表控制通入量，调节气体流量大小，使钛白粉颗粒处于悬浮状态；
e.先开启进样泵2，将进料液2吸入液体汽化器，汽化处理之后通入流化床反应器，喷洒一段时间后，开启进样泵1，将进料液1吸入液体汽化器，汽化处理之后通入流化床反应器进行喷洒；
f.将步骤e得到的物质转入烘干装置，进行烘干处理，得到产品。
优选的，所述的有机溶剂为乙醇或者丙二醇中的至少一种。
根据本发明的一些实施例，所述的预定粒径为300nm。
具体的，d步骤中气体流量大小为4～4.5L/min。
具体的，e步骤中进料液2的通入速度为1g～1.5g/min，进料液1的通入速度为3g～4g/min。
步骤f中对混合液的烘干在70℃～80℃下进行，烘干时间为20min～30min。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)本发明首先对钛白粉进行超微粉碎，颗粒可达到纳米级，并且采用流化床进行包覆，在初级钛白粉处于气-固的悬浮状态时进行喷洒包覆改性剂，使得改性钛白粉包覆致密、均匀。
(2)本发明在进行聚丙烯酸喷洒前先对初级钛白粉进行了表面处理，通过喷洒硅酸钠粘合剂，增强了聚丙烯酸与钛白粉的结合力，提高了改性钛白粉的分散稳定性，同时提高了改性钛白粉的光泽和遮盖力。
(3)采用本发明的制备方法制备的改性钛白粉在有机体系中的分散性好。
(4)本发明对包覆完的初期产品，转入烘干装置中，采用本发明所述的烘干装置进行烘干，提高了改性钛白粉的分散稳定性。
(5)本发明中的流化床反应器配置有2条液体进样线路，可实现基材表面两种物质的复合包覆。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明所述的一种包覆有聚丙烯酸的改性钛白粉的制备方法的制备流程图；
图2是本发明一种包覆有聚丙烯酸的改性钛白粉的制备方法所述的烘干装置的侧视图；
图3为本发明一种包覆有聚丙烯酸的改性钛白粉的制备方法所述的烘干装置的正视图；
图4为本发明一种包覆有聚丙烯酸的改性钛白粉的制备方法所述的烘干装置的左视图。
附图标记：
1、盛放装置；2、通气管；3、出料口；通气管；4、开关阀；201、进气孔； 202、出气孔。
具体实施例
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明所述改性钛白粉包括钛白粉、聚丙烯酸和粘合剂。本发明提供的改性钛白粉，聚丙烯酸包覆在二氧化钛表面，聚丙烯酸支链上有大量羧基，二氧化钛表面具有亲水性呈多羟基状态，聚丙烯酸与二氧化钛通过羧基与羟基的化学键连，从而实现聚丙烯酸在二氧化钛表面的包覆，但是，在包覆较多的聚丙烯酸时，这种结合力相对来说不牢固，本发明的发明人通过大量实验发现，在二氧化钛的表面进行处理可以增强其与聚丙烯酸的结合力，制得的钛白粉稳定性好，同时增强改性钛白粉的遮盖力以及光泽。
在本发明的实施例中，本发明提出了一种包覆有聚丙烯酸的改性钛白粉的制备方法，本方法具体包括以下步骤：
a.将处方量的聚丙烯酸溶于有机溶剂中，制备得进料液1；其中，所述的聚丙烯酸与有机溶剂的质量比为1：1～1.1，所述有机溶剂可以乙醇或者丙二醇中的至少一种。
b.将处方量的硅酸钠溶于有机溶剂中，制备得进料液2；其中，所述的硅酸钠与有机溶剂的质量比为1：4～4.5，所述有机溶剂可以乙醇或者丙二醇中的至少一种。
c.取处方量未经处理的钛白粉原料经超微粉碎装置粉碎后进入筛选装置，将粒度大于预定粒径的颗粒返回超微粉碎装置进行再次粉碎，将粒度小于预定粒径的颗粒通过流化床的加料口置于流化床腔体内；其中，所述的预定粒径为300nm，钛白粉的筛选装置可以通过旋振筛或者上下两层设置的筛选传输带实现，既满足了筛选粒径的精度要求，又提高了筛选效率。
d.开启真空泵，将流化床反应器抽真空，从气体注入口通入氮气，通过压力表控制通入量，调节气体流量大小，使钛白粉颗粒处于悬浮状态；其中，调节气体流量大小为4～4.5L/min，使超微的钛白粉在流化床中处于悬浮状态，气流太高不利于钛白粉与进料液的接触，太低钛白粉处于流化床反应器底部，喷洒不均匀， 影响包覆效果。
e.先开启进样泵2，将进料液2吸入液体汽化器，汽化处理之后通入流化床反应器，喷洒一段时间后，开启进样泵1，将进料液1吸入液体汽化器，汽化处理之后通入流化床反应器进行喷洒；其中，控制进料液2的通入速度为1g～1.5g/min，进料液1的通入速度为3g～4g/min，使得钛白粉的包覆均匀，致密，包覆效果良好。
F。将步骤e得到的物质转入烘干装置，进行烘干处理，得到产品。
需要说明的是，步骤f中用到的烘干装置如图2包括盛放装置1、通气管2、出料口3、开关阀4。具体的，在盛放装置1的外壁上设置通气管2，通气管2的下部设置进气孔201，通气管2的上部设置出气孔202，在盛放装置1的下部设置出料口3，在出料口3与盛放装置1的连接位置设置开关阀4，在通气管2内流通有热蒸汽或者热水。
所述的通气管2呈螺旋状均布的设置在盛放装置1上，通气管2的管道内壁直径为5mm～20mm。
具体的，本发明中，所述的烘干装置采用上述烘干装置，将需要烘干的改性钛白粉放入盛放装置1中，进行搅拌挥发，然后通过开关控制在通气管2的进气孔201内通入水蒸汽，水蒸气通过出气孔202流出通气管2，在通水蒸气的同时对包锆钛白粉进行匀速搅拌，搅拌速度为80～150rpm，通过开关控制调节水蒸气的流通速度保证盛放装置内的温度在80℃～120℃，进行烘干。从而使得包覆的钛白粉更加均匀、致密、增强了改性钛白粉的分散稳定性，同时也防止了过多有机溶剂残留。
在下文中，将参照具体实施例来描述根据本发明的一种包覆有聚丙烯酸的改性钛白粉的制备方法，实施例中未注明技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。
实施例1
一种包覆有聚丙烯酸的改性钛白粉的制备方法，包括以下步骤：
a.将150g聚丙烯酸和150g的乙醇混合，制备进料液1；
b.将5g硅酸钠和20g的丙二醇混合，制备进料液2；
c.取未经处理的钛白粉原料10kg经超微粉碎装置后进入筛选装置，将粒径大于 300nm的颗粒返回超微粉碎装置进行再次粉碎，将粒径小于300nm的颗粒通过流化床反应器的加料口置于流化床反应器腔体内；
d.开启真空泵，将流化床反应器抽真空，从气体注入口通入氮气，通过压力表控制通入量，调节气体流量为4L/min，使钛白粉颗粒处于悬浮状态；
e.先开启进样泵2，将进料液2吸入液体汽化器，经200℃汽化处理之后以1g/min的速度通入流化床反应器，喷洒一段时间后，开启进样泵1，将进料液1吸入液体汽化器，经200℃汽化处理之后以3g/min的速度通入流化床反应器，喷洒进料液1。
f.将步骤e得到的物质转入上述烘干装置，进行烘干处理，烘干在80℃下进行，烘干25min，即得到产品。
实施例2
一种包覆有聚丙烯酸的改性钛白粉的制备方法，包括以下步骤：
a.将180g聚丙烯酸和180g的乙醇混合，制备进料液1；
b.将4g硅酸钠和18g的乙醇混合，制备进料液2；
c.取未经处理的钛白粉原料10kg经超微粉碎装置后进入筛选装置，将粒径大于300nm的颗粒返回超微粉碎装置进行再次粉碎，将粒径小于300nm的颗粒通过流化床反应器的加料口置于流化床反应器腔体内；
d.开启真空泵，将流化床反应器抽真空，从气体注入口通入氮气，通过压力表控制通入量，调节气体流量为4.5L/min，使钛白粉颗粒处于悬浮状态；
e.先开启进样泵2，将进料液2吸入液体汽化器，经200℃汽化处理之后以1.5g/min的速度通入流化床反应器，喷洒一段时间后，开启进样泵1，将进料液1吸入液体汽化器，经200℃汽化处理之后以3.5g/min的速度通入流化床反应器，喷洒进料液1。
f.将步骤e得到的物质转入上述烘干装置，进行烘干处理，烘干在80℃下进行，烘干30min，即得到产品。
实施例3
一种包覆有聚丙烯酸的改性钛白粉的制备方法，包括以下步骤：
a.将160g聚丙烯酸和160g的丙二醇混合，制备进料液1；
b.将6g硅酸钠和24g的丙二醇混合，制备进料液2；
c.取未经处理的钛白粉原料10kg经超微粉碎装置后进入筛选装置，将粒径大于300nm的颗粒返回超微粉碎装置进行再次粉碎，将粒径小于300nm的颗粒通过流化床反应器的加料口置于流化床反应器腔体内；
d.开启真空泵，将流化床反应器抽真空，从气体注入口通入氮气，通过压力表控制通入量，调节气体流量为4L/min，使钛白粉颗粒处于悬浮状态；
e.先开启进样泵2，将进料液2吸入液体汽化器，经200℃汽化处理之后以1.2g/min的速度通入流化床反应器，喷洒一段时间后，开启进样泵1，将进料液1吸入液体汽化器，经200℃汽化处理之后以4g/min的速度通入流化床反应器，喷洒进料液1。
f.将步骤e得到的物质转入上述烘干装置，进行烘干处理，烘干在70℃下进行，烘干20min，即得到产品。
对比例1
采用专利CN102295846B实施例1的制备方法：
(1)将250g聚丙烯酸(分子量为7000)和300g正丁醇混合，配制表面改性剂。
(2)将25kg初级钛白粉投入到高混机中，开启搅拌；将步骤(1)的表面改性剂通过直角圆锥喷嘴喷洒在初级钛白粉上，喷嘴压力为0.7Mpa，喷雾流量为1.2L/Min；
(3)喷洒完成后继续搅拌10min后，转入对撞式气流磨中，气压1.2MPa，120℃下解聚30min，收集出料得到改性钛白粉。
对比例2
采用CN1680491A实施例9公开的方法制备本对比例2，采用的表面活性剂为：聚丙烯酸甲酯0.2kg+聚丙烯酸钠0.2kg。
油分散性是指钛白粉在应用的树脂体系中能够分散开并能持续稳定的能力，表征钛白粉在机械等外力存在时，能够在树脂体系中分散的难易程度。分散稳定性主要表征钛白粉与树脂的相容性，相似相容或通过化学键链接，使钛白粉均匀地分散在介质体系中，保持漆料稳定的性能。
下面给出本发明对改性钛白粉产品进行丙烯酸树脂体系应用性能检测。采用高速分散方式，考察改性钛白粉在溶剂型涂料中的分散状况，配方见表1；
表1配方
原料 W(％)
改性钛白粉 62
丙烯酸树脂TZB-62 31
分散剂BYK110 1
V(二甲苯)：V(醋酸丁酯)＝7：3 6
将经过振动式混合机得到的样品涂覆在基体表面，测试不同改性钛白粉的油分散性、分散稳定性、遮盖力以及光泽的影响。重点考察了在丙烯酸树脂体系中不同改性钛白粉的遮盖力、细度以及光泽的影响。具体的测定结果见表2。
其中，油分散性的测定：用刀取制备好的漆料放在刮板细度计凹槽上端，用刮板快速刮片，在3s内读取分散性数据(μm)，读数越大，表示分散性越差。本发明用“细度”表示油分散性的指标。
分散稳定性的测定：将制好的涂料在常温下放置30d，用刮板细度计检测分散状态，从而反映涂料是否存在返粗现象，未出现明显变化为分散稳定性好。
遮盖力的测定：遮盖力板采用自动涂布机制备，保证数据准确，减少误差；
光泽的测定：采用光泽仪测量上述制备好的涂料的光泽。
表2性能试验结果
钛白粉的细度较好，即分散性较好，更适合应用在丙烯酸树脂体系中。结合表2可以看出本发明的实施例制备的改性钛白粉的分散性能优于对比例1和对比例2，并且放置一个月后，本发明改性钛白粉的分散性变化最小，表明本发明制备的改性钛白粉的分散稳定性高，具有更高的应用价值。钛白粉在涂料中的分散状态越好，则遮盖性能越高，分散性决定了钛白粉的应用性能，因此提高产品的分散性是改善钛白粉应用性能的关键。同时，本发明制备的钛白粉的光泽相对于对比例2也未降低，还优于对比例1制备的改性钛白粉的光泽。因此，在钛白粉 生产过程中要选择合适的有机表面处理剂以及合理的制备方法，更好的满足应用体系要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种包覆有聚丙烯酸的改性钛白粉，其特征在于：所述改性钛白粉由钛白粉、
聚丙烯酸、粘合剂组成，其中所述钛白粉、聚丙烯酸和粘合剂的重量配比为：
1：0.015~0.018：0.004~0.006。
2.根据权利要求1所述的一种包覆有聚丙烯酸的改性钛白粉，其特征在于：所述粘合剂为硅酸钠。
3.一种包覆有聚丙烯酸的改性钛白粉的制备方法，其特征在于：所述改性钛白粉的制备方法包括以下步骤：
a. 将处方量的聚丙烯酸溶于有机溶剂中，制备得进料液1；
b. 将处方量的硅酸钠溶于有机溶剂中，制备得进料液2；
c. 取处方量未经处理的钛白粉原料经超微粉碎装置粉碎后进入筛选装置，将粒度大于预定粒径的颗粒返回超微粉碎装置进行再次粉碎，将粒度小于预定粒径的颗粒通过流化床反应器的加料口置于流化床反应器腔体内；
d. 开启真空泵，将流化床反应器抽真空，从气体注入口通入氮气，通过压力表控制通入量，调节气体流量大小，使钛白粉颗粒处于悬浮状态；
e. 先开启进样泵2，将进料液2吸入液体汽化器，汽化处理之后通入流化床反应器，喷洒一段时间后，开启进样泵1，将进料液1吸入液体汽化器，汽化处理之后通入流化床反应器进行喷洒；
f．将步骤e得到的物质转入烘干装置，进行烘干处理，得到产品。
4.根据权利要求3所述的一种包覆有聚丙烯酸的改性钛白粉的制备方法，其特征在于：所述的有机溶剂为乙醇或者丙二醇中的至少一种。
5.根据权利要求3所述的一种包覆有聚丙烯酸的改性钛白粉的制备方法，其特征在于：所述的预定粒径为300nm。
6.根据权利要求3所述的一种包覆有聚丙烯酸的改性钛白粉的制备方法，其特征在于：d步骤中气体流量大小为4-4.5L/min。
7.根据权利要求3所述的一种包覆有聚丙烯酸的改性钛白粉的制备方法，其特征在于：e步骤中进料液2的通入速度为1g~1.5g/min，进料液1的通入速度为3g~4g/min。
8.根据权利要求3所述的一种包覆有聚丙烯酸的改性钛白粉的制备方法，其特征在于：f步骤中对混合液的烘干在70℃~80℃下进行，烘干时间为20min~30min。
9.根据权利要求3所述的一种包覆有聚丙烯酸的改性钛白粉的制备方法，其特征在于: f步骤中所用烘干装置为在盛放装置（1）的外壁上设置通气管（2），通气管（2）的下部设置进气孔（201），通气管（2）的上部设置出气孔（202），在盛放装置（1）的下部设置出料口（3），在出料口（3）与盛放装置（1）的连接位置处设置开关阀（4），在通气管（2）内流通有热蒸汽或者热水。
10.根据权利要求8所述的一种包覆有聚丙烯酸的改性钛白粉的制备方法，其特征在于：所述的通气管（2）呈螺旋状均匀的设置在盛放装置（1）上，通气管（2）的管道内壁直径为5mm~20mm。
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