CN107400381B - 色母粒专用二氧化钛制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出色母粒专用二氧化钛制备方法，对工业钛白粉进行研磨筛分、除铁，在流化床内用环烷基咪唑啉季铵盐对二氧化钛进行改性，然后通过紫外聚合包覆，得到包覆有聚甲基丙烯酸甲酯的二氧化钛，经过分散陈化后，即制得色母粒专用二氧化钛。本发明对工业钛白粉进行除铁，解决了因钛白粉中铁元素含量过高，导致制得的色母粒白度和抗黄变性能下降的问题；另外本发明通过环烷基咪唑啉季铵盐对二氧化钛进行改性以及对二氧化钛进行紫外聚合包覆，改善了二氧化钛在色母粒生产过程中的分散性能，增强了二氧化钛与色母粒基料的相容性，提高了色母粒的加工性能，同时增强了二氧化钛杀菌抑菌活性，提高了色母粒的抑菌性能。

Description

色母粒专用二氧化钛制备方法

技术领域

本发明涉及色母粒专用二氧化钛制备方法。

背景技术

随着塑料工业的发展，各种各样的塑料制品正日益广泛地应用于各行各业，而目前在塑料生产过程的塑料着色工艺中，由于色母粒具有着色效果优越、使用方便、色泽稳定、加工性能优良等优点，通过色母粒着色已成为获得高质量塑料着色制品的主要工艺。

在生产色母粒的过程中，二氧化钛作为性能优越的着色剂，具有良好的不透明性、白度和光亮度，不仅提高了色母粒的着色性能，而且在色母粒中加入二氧化钛并应用在塑料中，可以提高塑料制品的耐热、耐光、耐候性能，使塑料制品的物理化学性能得到改善，增强塑料制品的力学性能，延长使用寿命。但在色母粒的实际生产过程中，通常使用工业钛白粉，而工业钛白粉由于产品质量良莠不齐，尤其是当工业钛白粉中的铁元素含量过高时，不仅影响钛白粉的白度及色相，使得色母粒的白度下降，影响色母粒及相关塑料制品的质量；而且不利于提高色母粒及相关塑料制品的抗黄变性能。

同时，由于钛白粉具有较高的表面极性和亲水排油性，容易团聚，不易分散，这使得工业钛白粉在色母粒的加工生产过程中分散性能较差，在色母粒内部容易发生团聚，不仅影响钛白粉的光学性能，不利于提高色母粒及相关塑料制品的白度，而且不利于提高色母粒的加工性能，影响塑料的生产效率，降低塑料制品的机械性能，影响塑料制品的产品质量。

申请号为CN200810045510.5的专利文件公开了一种色母粒钛白粉有机包膜方法，使用一种或多种有机硅材料复配物，通过气流粉碎机作用于钛白粉粒子，对钛白粉进行表面处理。但该申请在对钛白粉的处理过程中，并未对钛白粉中掺杂的铁元素含量进行限制，这不仅影响钛白粉的白度及色相，使得色母粒的白度下降，影响色母粒及相关塑料制品的质量；而且不利于提高色母粒及相关塑料制品的抗黄变性能。

申请号为CN201110364750.3的专利文件公开了一种色母粒钛白粉的制备方法。它依次经过以下步骤：(1)使用未经表面处理的硫酸法金红石型二氧化钛，加入去离子水和硅酸钠，砂磨分散；(2)将分散好的浆料加入去离子水稀释，通过300目筛网；(3)将浆料升温到60-70℃，用H₂SO₄溶液调节至pH 5-8，在此pH条件下同时加入硫酸铝溶液和氢氧化钠溶液；(4)在pH5-8熟化浆料30-120分钟，温度60-75℃；(5)熟化结束，加入NaOH溶液调节终点pH为6.5-8.5；(6)对无机处理好的浆料进行水洗、干燥；在汽流粉碎阶段，以喷雾方式从物料进口加入有机处理剂进行有机处理。但该申请中整体工艺采用湿法工艺，不仅工艺复杂，增大了生产的操作量，不利于提高生产效率，而且湿法处理过程中存在有较多的能源及物料的浪费；同时该申请在对钛白粉的处理过程中，并未对钛白粉中掺杂的铁元素含量进行限制，这不仅影响钛白粉的白度及色相，使得色母粒的白度下降，影响色母粒及相关塑料制品的质量；而且不利于提高色母粒及相关塑料制品的抗黄变性能。

发明内容

本发明提供一种色母粒专用二氧化钛制备方法，具体为以工业钛白粉为原料，通过干法处理制备色母粒专用二氧化钛，以解决工业钛白粉在色母粒的生产过程中，因二氧化钛中铁元素含量较高、分散性能较差，所导致的色母粒制品白度、抗黄变性能、加工性能较差等问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

色母粒专用二氧化钛制备方法，对工业钛白粉进行研磨筛分、除铁，在流化床内用环烷基咪唑啉季铵盐对二氧化钛进行改性，然后通过紫外聚合包覆，得到包覆有聚甲基丙烯酸甲酯的二氧化钛，经过分散陈化后，即制得色母粒专用二氧化钛。

进一步的，所述色母粒专用二氧化钛制备方法包括以下步骤：

S1、将工业钛白粉加入研磨装置中，进行研磨筛分后，对筛分合格的钛白粉进行除铁；

S2、将除铁后的二氧化钛加入流化床内，在90-110℃的环境下，加入环烷基咪唑啉季铵盐水溶液，进行表面改性；

S3、改性完毕后，流化床反应器腔体降温，在55-65℃的环境下，向流化床中加入甲基丙烯酸甲酯和甲基乙烯基酮，开启紫外光照射，反应1-3h，即得包覆有聚甲基丙烯酸甲酯的二氧化钛；

S4、步骤S3制得的二氧化钛在载气的带动下，进入陈化装置进行分散陈化后，即得到色母粒专用二氧化钛。

优选的，在步骤S1中，所述筛分合格的钛白粉的中位粒径在70-90nm之间，除铁后钛白粉的铁元素含量≤30ppm。

进一步的，在步骤S2中，以10重量份的钛白粉为基准，环烷基咪唑啉季铵盐水溶液中环烷基咪唑啉季铵盐为0.2-0.5重量份，去离子水为3-5重量份。

作为优选，在步骤S3中，以10重量份的钛白粉为基准，加入的甲基丙烯酸甲酯为3-4重量份，加入的甲基乙烯基酮为0.05-0.10重量份。

进一步的，色母粒专用二氧化钛制备方法的色母粒专用二氧化钛制备系统，所述制备系统包括：

行星球磨机，用于对工业钛白粉进行研磨，所述行星球磨机上设置有研磨进料仓；

筛分机，分别于行星球磨机的出料口、研磨进料仓、除铁装置的进料管连接；

流化床系统，分别与除铁装置的出料管、陈化装置的进料管连接；

陈化装置，内部设置有盘管式通路及热源，通过热源对盘管式通路内的物料进行加热陈化；

旋风分离器，分别与陈化装置的出料管，布袋除尘器、物料收集仓连接；

布袋除尘器，分别与物料收集仓、尾气风机连接。

进一步的，所述除铁装置包括：

除铁进料管，设置在除铁装置的壳体上，并延伸至除铁装置内部；

传送机构，所述传送机构包括驱动装置、主动辊、从动辊、传送带，所述驱动装置与主动辊或者从动辊连接，为传送机构提供动力，主动辊与从动辊之间通过传送带连接，在所述从动辊的轴向外沿上设置有永磁套，所述永磁套具有磁性；

所述传送机构在靠近主动辊的一侧为进料端，位于除铁进料管的下方，并通过传送带承接物料，所述传送机构在靠近从动辊的一侧为出料端，从动辊下方设置废料箱和除铁出料口，废料箱位于从动辊中心轴线靠近主动辊的一侧，除铁出料口位于从动辊中心轴线远离主动辊的一侧，所述除铁出料口与除铁出料管连接；

除铁机构，所述除铁机构包括电磁体，在传送机构的进料端与出料端之间，电磁体设置在传送带上方，所述电磁体在通电的情况下具有磁性。

优选的，所述流化床系统包括流化床反应器，鼓风机通过气路管道与流化床反应器底部连接，为流化床反应器提供流化载气；

在靠近鼓风机一侧的气路管道上设置有空气加热器，在靠近流化床反应器一侧的气路管道上设置有空气过滤器；

所述流化床反应器内部具有空腔结构，在流化床反应器的腔体下部设置有流化床板，所述流化床板为多孔结构，用以均匀分散流化载气；

在流化床反应器的侧壁上设置有流化床进料管，所述流化床进料管上设置有流化床进料阀，所述流化床进料管的进料口设置在流化床板上方；

在流化床反应器的侧壁上设置有流化床出料管，所述流化床出料管上设置有流化床出料阀，所述流化床出料管的出料口设置在流化床板上方；

在流化床反应器的侧壁上设置有流化床进液管，所述流化床进液管上设置有流化床进液阀；在流化床反应器的腔体内部，所述流化床进液管至少与一个雾化喷嘴连接，所述雾化喷嘴设置在流化床板上方；

在流化床反应器的腔体内部设置有至少一个紫外灯，所述紫外灯设置在流化床板上方；

流化床反应器顶部通过气流管路与气固分离器连接，所述气固分离器顶部与排风机连接，所述气固分离器底部设置有循环下料管，所述循环下料管延伸至流化床反应器的腔体内部，循环下料管的出料口设置在流化床板上方。

作为优选，所述流化床系统还包括中央控制器，在流化床反应器的腔体内部设置有温度检测器，所述温度检测器与中央控制器连接，用于检测流化床反应器内部的温度；流化床进料阀、流化床出料阀、流化床进液阀均为电动阀，与中央控制器连接，在中央控制器的控制下执行阀门启闭动作；紫外灯、空气加热器分别与中央控制器连接，在中央控制器的控制下进行装置的启闭；

具体的流化床控制过程包括以下步骤：

A、在流化床系统开启后，中央控制器打开流化床进料阀，向流化床反应器内部进料，在流化载气的带动下，使物料处于悬浮状态，同时中央控制器打开空气加热器，对流化载气进行加热；

B、通过温度检测器检测流化床反应器内部的温度，当达到90-110℃时，中央控制器开启流化床进液阀，通过雾化喷嘴向流化床反应器内部喷入环烷基咪唑啉季铵盐水溶液，对物料进行改性；

C、改性完成后，中央控制器关闭空气加热器，当流化床反应器内部温度降至55-65℃后，中央控制器再次开启空气加热器，使流化床反应器内部温度稳定在55-65℃之间；

D、中央控制器开启流化床进液阀，通过雾化喷嘴向流化床反应器内部喷入甲基丙烯酸甲酯；

E、待甲基丙烯酸甲酯与物料通过流化载气混合均匀后，向流化床反应器内部喷入甲基乙烯基酮，中央控制器开启紫外灯，进行紫外固化处理1-3h后，即得到包覆有聚甲基丙烯酸甲酯的二氧化钛；

F、中央控制器打开流化床出料阀，物料在载气的带动下通过流化床出料管排出流化床反应器。

与现有技术相比，本发明提出色母粒专用二氧化钛制备方法，通过对工业钛白粉进行除铁，降低了其中铁元素含量以提高钛白粉的白度及色相，避免了因铁元素含量过高而导致色母粒白度、抗黄变性能下降的情况；

通过环烷基咪唑啉季铵盐对二氧化钛进行改性，不仅增强了二氧化钛抑菌活性，提高了色母粒制品的抑菌防霉变性能，避免了色母粒在存储过程中发生霉变，而且可以实现塑料制品的抑菌功能；同时通过环烷基咪唑啉季铵盐对二氧化钛进行改性，在一定程度上也提高了色母粒及相关塑料制品的白度，也使得二氧化钛从亲水性变为亲油性，使得二氧化钛与甲基丙烯酸甲酯更为均匀地接触，有利于提高紫外聚合包覆过程的包覆均匀度以及包覆效率。

另外，本发明通过对钛白粉进行紫外聚合包覆，对钛白粉表面进行有机改性处理，改善了二氧化钛在色母粒生产过程中的分散性能，避免了二氧化钛团聚现象的发生，使二氧化钛在色母粒中分散得更为均匀，增强了二氧化钛与色母粒基料的相容性，有利于提高色母粒的白度及加工性能；同时紫外聚合包覆中，由于甲基丙烯酸甲酯并未完全进行聚合，钛白粉外部存有一定的活性基团，使得二氧化钛表面与塑料基料能够进行部分接枝，增强了钛白粉与色母粒及塑料基料之间的结合作用，从而提高了色母粒的加工性能，增强了相关塑料制品的机械性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明中的技术方案，下面将对实施例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，对于本领域的普通技术人员来讲，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是本发明所述的色母粒专用二氧化钛制备方法的色母粒专用二氧化钛制备系统的结构示意图；

图2是本发明所述的色母粒专用二氧化钛制备方法的除铁装置的结构示意图；

图3是本发明所述的色母粒专用二氧化钛制备方法的流化床系统的结构示意图。

附图标记

1、行星球磨机；11、研磨进料仓；2、筛分机；3、除铁装置；301、除铁进料管；302、电磁体；303、主动辊；304、驱动装置；305、传送带；306、从动辊；3061、永磁套；307、除铁出料口；308、废料箱；309、除铁出料管；4、流化床系统；401、流化床反应器；402、流化床进料管；4021、流化床进料阀；403、流化床板；404、流化床出料管；4041、流化床出料阀；405、流化床进液管；4051、流化床进液阀；4052、雾化喷嘴；406、紫外灯；407、气固分离器；408、循环下料管；409、排风机；410、鼓风机；411、空气加热器；412、空气过滤器；413、中央控制器；414、温度检测器；5、陈化装置；6、旋风分离器；7、布袋除尘器；8、物料收集仓；9、尾气风机。

具体实施方式

下面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作进一步描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。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的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。

色母粒专用二氧化钛制备方法，包括以下步骤：

S1、将工业钛白粉加入研磨装置中，进行研磨筛分后，对筛分合格的钛白粉进行除铁；

S2、将除铁后的二氧化钛加入流化床内，在90-110℃的环境下，加入环烷基咪唑啉季铵盐水溶液，进行表面改性；

S3、改性完毕后，将流化床反应器腔体温度降至55-65℃后，向流化床中加入甲基丙烯酸甲酯和甲基乙烯基酮，开启加热和紫外光照射，反应1-3h，即得包覆有聚甲基丙烯酸甲酯的二氧化钛；

S4、步骤S3制得的二氧化钛在载气的带动下，进入陈化装置进行分散陈化后，即得到色母粒专用二氧化钛。

在本发明中采用工业钛白粉作为原料，而工业钛白粉由于产品质量良莠不齐，尤其是当工业钛白粉中的铁元素含量过高时，不仅影响钛白粉的白度及色相，使得色母粒的白度下降，影响色母粒及相关塑料制品的质量；而且不利于提高色母粒及相关塑料制品的抗黄变性能。

在步骤S1中，为了改善工业钛白粉的粒度分布情况，同时便于钛白粉的后续处理过程的进行，提高除铁效率，钛白粉在研磨筛分后，经过筛分合格的钛白粉的中位粒径在70-90nm之间。

同时在经过步骤S1的除铁过程，使得除铁后钛白粉的铁元素含量≤30ppm，从而解决了工业钛白粉中铁元素含量过高的问题，提高了色母粒制品的白度和抗黄变性能。

本发明中所采用的工业钛白粉包括：板钛型二氧化钛、金红石型二氧化钛、锐钛型二氧化钛中的任一种。

在步骤S2中，通过环烷基咪唑啉季铵盐对二氧化钛进行改性，其中，以10重量份的钛白粉为基准，环烷基咪唑啉季铵盐水溶液中环烷基咪唑啉季铵盐为0.2-0.5重量份，去离子水为3-5重量份。将环烷基咪唑啉季铵盐对二氧化钛进行改性，不仅增强了二氧化钛抑菌活性，提高了色母粒制品的抑菌防霉变性能，避免了色母粒在存储过程中发生霉变，而且可以实现塑料制品的抑菌功能；同时通过环烷基咪唑啉季铵盐对二氧化钛进行改性，在一定程度上也提高了色母粒及相关塑料制品的白度，也使得二氧化钛从亲水性变为亲油性，使得二氧化钛与甲基丙烯酸甲酯更为均匀地接触，有利于提高紫外聚合包覆过程的包覆均匀度以及包覆效率。

在步骤S3中，由于环烷基咪唑啉季铵盐对二氧化钛进行改性，确保甲基丙烯酸甲酯与二氧化钛均匀充分地接触之后，开启紫外光照射，由甲基乙烯基酮作为紫外引发剂，使甲基丙烯酸甲酯在二氧化钛粒子表面进行聚合包覆过程，对钛白粉表面进行有机改性处理，改善了二氧化钛在色母粒生产过程中的分散性能，避免了二氧化钛团聚现象的发生，使二氧化钛在色母粒中分散得更为均匀，增强了二氧化钛与色母粒基料的相容性，从而提高色母粒制品的白度及加工性能；

更进一步的，在步骤S3中，以10重量份的钛白粉为基准，加入的甲基丙烯酸甲酯为3-6重量份，加入的甲基乙烯基酮为0.05-0.10重量份，同时紫外聚合过程温度在55-65℃之间，聚合时间为1-3h，在此过程的条件下，甲基丙烯酸甲酯并未完全进行聚合，钛白粉外部存有一定的活性基团，使得二氧化钛表面与塑料基料能够进行部分接枝，增强了钛白粉与色母粒及塑料基料之间的结合作用，从而提高了色母粒的加工性能，增强了相关塑料制品的机械性能。

由于现有技术中，制备色母粒专用二氧化钛的工艺通常为湿法工艺，具体工艺流程为：制浆－湿磨－稀释－筛分－表面处理－洗涤－过滤—干燥－粉碎。这使得生产过程中不仅工艺复杂，增大了生产的操作量，不利于提高生产效率，而且湿法处理过程中存在有较多的能源及物料的浪费；因此本发明提出了一锅端式的干法工艺对二氧化钛进行处理，以简化生产工艺及生产设备，降低生产成本及设备投入，提高生产效率；具体的，在本发明提出的干法工艺的基础上，本发明还提出一种色母粒专用二氧化钛的制备系统，如附图1所示，包括：

行星球磨机1，用于对工业钛白粉进行研磨，所述行星球磨机1上设置有研磨进料仓11；

筛分机2，分别于行星球磨机1的出料口、研磨进料仓11、除铁装置3的进料管连接；

流化床系统4，分别与除铁装置3的出料管、陈化装置5的进料管连接；

陈化装置5，内部设置有盘管式通路及热源，通过热源对盘管式通路内的物料进行加热陈化；

旋风分离器6，分别与陈化装置5的出料管，布袋除尘器7、物料收集仓8连接；

布袋除尘器7，分别与物料收集仓8、尾气风机9连接。

为了确保除铁装置3对工业钛白粉进行高效地除铁，在除铁装置3中设置两级磁化除铁过程，具体的，如附图2所示，所述除铁装置3包括：

除铁进料管301，设置在除铁装置3的壳体上，并延伸至除铁装置3内部；

传送机构，所述传送机构包括驱动装置304、主动辊303、从动辊306、传送带305，所述驱动装置304与主动辊303或者从动辊306连接，为传送机构提供动力，主动辊303与从动辊306之间通过传送带305连接，在所述从动辊306的轴向外沿上设置有永磁套3061，所述永磁套3061具有磁性；

所述传送机构在靠近主动辊303的一侧为进料端，位于除铁进料管301的下方，并通过传送带305承接物料，所述传送机构在靠近从动辊306的一侧为出料端，从动辊306下方设置废料箱308和除铁出料口307，废料箱308位于从动辊306中心轴线靠近主动辊303的一侧，除铁出料口307位于从动辊306中心轴线远离主动辊303的一侧，所述除铁出料口307与除铁出料管309连接；

除铁机构，所述除铁机构包括电磁体302，在传送机构的进料端与出料端之间，电磁体302设置在传送带305上方，所述电磁体302在通电的情况下具有磁性。

由于本发明在同一个流化床内对二氧化钛进行了两次改性处理，故此流化床设备及其操作工艺对二氧化钛的改性过程存有较大的影响，另外在工艺简化、降低成本的基础上，为了进一步充分对生产设备及其附件进行简化，同时确保二氧化钛改性过程较为高效地进行，具体的，如附图3所示，所述流化床系统4包括流化床反应器401，鼓风机410通过气路管道与流化床反应器401底部连接，为流化床反应器提供流化载气；

在靠近鼓风机410一侧的气路管道上设置有空气加热器411，在靠近流化床反应器401一侧的气路管道上设置有空气过滤器412；

所述流化床反应器401内部具有空腔结构，在流化床反应器401的腔体下部设置有流化床板403，所述流化床板403为多孔结构，用以均匀分散流化载气；

在流化床反应器401的侧壁上设置有流化床进料管402，所述流化床进料管402上设置有流化床进料阀4021，所述流化床进料管402的进料口设置在流化床板403上方；

在流化床反应器401的侧壁上设置有流化床出料管404，所述流化床出料管404上设置有流化床出料阀4041，所述流化床出料管404的出料口设置在流化床板403上方；

在流化床反应器401的侧壁上设置有流化床进液管405，所述流化床进液管405上设置有流化床进液阀4051；在流化床反应器401的腔体内部，所述流化床进液管405至少与一个雾化喷嘴4052连接，所述雾化喷嘴4052设置在流化床板403上方；

在流化床反应器401的腔体内部设置有至少一个紫外灯406，所述紫外灯406设置在流化床板403上方；

流化床反应器401顶部通过气流管路与气固分离器407连接，所述气固分离器407顶部与排风机409连接，所述气固分离器407底部设置有循环下料管408，所述循环下料管408延伸至流化床反应器401的腔体内部，循环下料管408的出料口设置在流化床板403上方。

进一步的，为了实现流化床系统4在运作过程中的自动化控制，降低生产中的人力成本，提高生产效率，所述流化床系统4还包括中央控制器413，在流化床反应器401的腔体内部设置有温度检测器414，所述温度检测器414与中央控制器413连接，用于检测流化床反应器401内部的温度；流化床进料阀4021、流化床出料阀4041、流化床进液阀4051均为电动阀，与中央控制器413连接，在中央控制器413的控制下执行阀门启闭动作；紫外灯406、空气加热器411分别与中央控制器413连接，在中央控制器413的控制下进行装置的启闭；

具体的流化床控制过程包括以下步骤：

A、在流化床系统开启后，中央控制器413打开流化床进料阀4021，向流化床反应器401内部进料，在流化载气的带动下，使物料处于悬浮状态，同时中央控制器413打开空气加热器411，对流化载气进行加热；

B、通过温度检测器414检测流化床反应器401内部的温度，当达到90-110℃时，中央控制器413开启流化床进液阀4051，通过雾化喷嘴4052向流化床反应器401内部喷入环烷基咪唑啉季铵盐水溶液，对物料进行改性；

C、改性完成后，中央控制器413关闭空气加热器411，当流化床反应器401内部温度降至55-65℃后，中央控制器413再次开启空气加热器411，使流化床反应器401内部温度稳定在55-65℃之间；

D、中央控制器413开启流化床进液阀4051，通过雾化喷嘴4052向流化床反应器401内部喷入甲基丙烯酸甲酯；

E、待甲基丙烯酸甲酯与物料通过流化载气混合均匀后，向流化床反应器401内部喷入甲基乙烯基酮，中央控制器开启紫外灯406，进行紫外固化处理1-3h后，即得到包覆有聚甲基丙烯酸甲酯的二氧化钛；

F、中央控制器413打开流化床出料阀4041，物料在载气的带动下通过流化床出料管404排出流化床反应器401。

以下结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围内。

实施例1

色母粒专用二氧化钛制备方法，包括以下步骤：

S1、将工业钛白粉加入研磨装置中，进行研磨筛分，对筛分后的钛白粉进行抽样，并在马尔文激光粒度仪中测得钛白粉的中位粒径为83nm；对筛分后的钛白粉进行除铁，然后对钛白粉抽样，进行铁元素含量分析测得铁元素含量为25ppm；

S2、将除铁后的二氧化钛500g加入流化床内，在90℃的环境下，加入环烷基咪唑啉季铵盐水溶液(环烷基咪唑啉季铵盐25g，去离子水200g)，进行表面处理；

S3、改性完毕后，将流化床反应器腔体温度降至58℃后，向流化床中加入甲基丙烯酸甲酯150g和甲基乙烯基酮3g，开启紫外光照射，反应1.5h，即得包覆有聚甲基丙烯酸甲酯的二氧化钛；

S4、步骤S3制得的二氧化钛在载气的带动下，进入陈化装置进行分散陈化后，即得到色母粒专用二氧化钛。

实施例2

色母粒专用二氧化钛制备方法，包括以下步骤：

S1、将工业钛白粉加入研磨装置中，进行研磨筛分，对筛分后的钛白粉进行抽样，并在马尔文激光粒度仪中测得钛白粉的中位粒径为90nm；对筛分后的钛白粉进行除铁，然后对钛白粉抽样，进行铁元素含量分析测得铁元素含量为30ppm；

S2、将除铁后的二氧化钛500g加入流化床内，在110℃的环境下，加入环烷基咪唑啉季铵盐水溶液(环烷基咪唑啉季铵盐10g，去离子水150g)，进行表面处理；

S3、改性完毕后，将流化床反应器腔体温度降至55℃后，向流化床中加入甲基丙烯酸甲酯180g和甲基乙烯基酮2.5g，开启紫外光照射，反应3h，即得包覆有聚甲基丙烯酸甲酯的二氧化钛；

S4、步骤S3制得的二氧化钛在载气的带动下，进入陈化装置进行分散陈化后，即得到色母粒专用二氧化钛。

实施例3

S1、将工业钛白粉加入研磨装置中，进行研磨筛分，对筛分后的钛白粉进行抽样，并在马尔文激光粒度仪中测得钛白粉的中位粒径为70nm；对筛分后的钛白粉进行除铁，然后对钛白粉抽样，进行铁元素含量分析测得铁元素含量为18ppm；

S2、将除铁后的二氧化钛500g加入流化床内，在100℃的环境下，加入环烷基咪唑啉季铵盐水溶液(环烷基咪唑啉季铵盐20g，去离子水250g)，进行表面处理；

S3、改性完毕后，将流化床反应器腔体温度降至65℃后，向流化床中加入甲基丙烯酸甲酯200g和甲基乙烯基酮5g，开启紫外光照射，反应1h，即得包覆有聚甲基丙烯酸甲酯的二氧化钛；

S4、步骤S3制得的二氧化钛在载气的带动下，进入陈化装置进行分散陈化后，即得到色母粒专用二氧化钛。

实施例4

S1、将工业钛白粉加入研磨装置中，进行研磨筛分，对筛分后的钛白粉进行抽样，并在马尔文激光粒度仪中测得钛白粉的中位粒径为72nm；对筛分后的钛白粉进行除铁，然后对钛白粉抽样，进行铁元素含量分析测得铁元素含量为17ppm；

S2、将除铁后的二氧化钛500g加入流化床内，在98℃的环境下，加入环烷基咪唑啉季铵盐水溶液(环烷基咪唑啉季铵盐20g，去离子水200g)，进行表面处理；

S3、改性完毕后，将流化床反应器腔体温度降至60℃后，向流化床中加入甲基丙烯酸甲酯180g和甲基乙烯基酮3g，开启紫外光照射，反应2h，即得包覆有聚甲基丙烯酸甲酯的二氧化钛；

S4、步骤S3制得的二氧化钛在载气的带动下，进入陈化装置进行分散陈化后，即得到色母粒专用二氧化钛。

在实施例1-4的基础上，不进行步骤S2的操作，即不进行环烷基咪唑啉季铵盐水溶液对二氧化钛改性的过程，按照本申请方法中的步骤S1-步骤S3-步骤S4的操作顺序进行，分别作为实验例1-4；

在实施例1-4的基础上，不进行步骤S3的操作，即不对二氧化钛进行聚甲基丙烯酸甲酯的紫外包覆过程，按照本申请方法中的步骤S1-步骤S2-步骤S4的操作顺序进行，分别作为实验例5-8；

在实施例1-4的基础上，对步骤S2、步骤S3的操作顺序调整，即在步骤S1之后，先对二氧化钛进行聚甲基丙烯酸甲酯的紫外包覆过程，然后进行环烷基咪唑啉季铵盐水溶液对二氧化钛改性的过程，按照本申请方法中的步骤S1-步骤S3-步骤S2-步骤S4的操作顺序进行，分别作为实验例9-12；

将实施例1-4、实验例1-12制得的二氧化钛分别应用于现有的色母粒生产工艺并制得色母粒，取相同比例的PP与色母粒混合制成相同规格的白色样板，分别对利用实施例1-4、实验例1-12制得的样板进行耐候性能检测。

具体的耐候性试验方法为，在紫外灯耐候试验箱中，分别放入样板，经过60个老化周期(共720h)的紫外光老化试验，其中每个老化周期包括两个过程：(1)保持试验箱温度50℃，连续进行8小时的紫外照射，此过程相当于在自然条件下光对样板的作用；(2)将试验箱的温度调至60℃，采用冷凝循环过程持续4小时，此过程相当于自然条件下露水对样板的作用。其中，采用试验箱底部的升温装置来实现冷凝循环过程，也就是实现水槽里的水受热蒸发的过程，这样使在上升过程中的水蒸气分子遇到样板，迅速变冷，然后在样板表面上形成小水滴。在完成耐候性试验后，分别取出样板，然后对样板进行白度测试。具体检测数据如表1所示，包括在耐候性能检测0h、720h时的样板白度值。

表1 不同样板的白度值检测表

从表1中可以看出，实验例1-4、实验例5-8中的任一个检测结果，在样板的初始白度值均显著低于实施例1-4，且其数据具有统计学意义(p＜0.01)；同时在样板进行耐候性试验前后的白度变化值均显著大于实施例1-4，且其数据具有统计学意义(p＜0.01)；这说明，通过本发明中完整的技术方案，尤其是包括环烷基咪唑啉季铵盐水溶液对二氧化钛改性、对二氧化钛进行聚甲基丙烯酸甲酯的紫外包覆的处理过程，所制得的色母粒及相关塑料制品在白度及耐候性能上，要分别优于不进行环烷基咪唑啉季铵盐水溶液对二氧化钛改性的技术方案，和不对二氧化钛进行聚甲基丙烯酸甲酯的紫外包覆的技术方案，且其数据具有统计学意义(p＜0.05)，该组数据证明本发明的技术方案，获得了意想不到的技术效果；

实验例9-12中的任一个检测结果，在样板的初始白度值均低于实施例1-4，且其数据具有统计学意义(p＜0.01)；同时在样板进行耐候性试验前后的白度变化值均大于实施例1-4，且其数据具有统计学意义(p＜0.01)；这说明通过本发明中的技术方案，尤其是先利用环烷基咪唑啉季铵盐水溶液对二氧化钛改性，然后对二氧化钛进行聚甲基丙烯酸甲酯的紫外包覆的处理顺序，所制得的色母粒及相关塑料制品在白度及耐候性能上，要优于先对二氧化钛进行聚甲基丙烯酸甲酯的紫外包覆，然后利用环烷基咪唑啉季铵盐水溶液对二氧化钛改性的技术方案，且其数据具有统计学意义(p＜0.05)；

这说明本发明的制备方法中步骤S2、步骤S3中的任意一步均是不可或缺的，且本发明中相关制备步骤的组合能够获得意想不到的技术效果。

同时，在尚不明确具体作用机理的情况下，通过大量的实验对比，本申请的实验人员意外地发现，环烷基咪唑啉季铵盐除了具有良好抑菌性能外，通过环烷基咪唑啉季铵盐水溶液对二氧化钛改性，在生产色母粒及相关塑料制品的过程中，相应地提高了色母粒及相关塑料制品的白度。

对比例1

以专利申请文件CN101624481B的实施例12为对比例，具体方法如下：

取300毫升去离子水加入到带有高速搅拌装置的2000毫升的玻璃烧杯中，开动搅拌，加入5克粘度为50-1000cst的羟基封端的聚硅氧烷和5克含活性氢的聚硅氧烷，再缓慢加入1000克的钛白粉(钛白粉为已经经过硅铝无机包膜的硫酸法金红石型钛白粉)，进行打浆处理30分钟；将钛白粉在120℃的烘箱中烘烤2小时，冷却后将钛白粉用小型气流粉碎机进行粉碎，制得所需的钛白粉样品。

把制得的钛白粉按下述配方制得色母粒。

对比例2

以专利申请文件CN106750925A的实施例6为对比例，其中各组分配比如下：

聚丙烯粉41％，环烯烃共聚物6％，改性淀粉抗菌剂7％，乳糖醇0.25％，纳米二氧化钛3.15％，沉淀硫酸钡14.9％，高岭土15.7％，三[2，4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯3％，硬脂酸镁3％，聚乙烯蜡2％，N，N’-乙撑双硬脂酰胺2％，硅酮粉2％。

具体色母粒制备方法如下：

步骤一，按照所述质量配比，称取各原料，将聚丙烯粉、环烯烃共聚物粉碎至过500目筛备用；

步骤二，将粉碎后的聚丙烯粉、环烯烃共聚物、改性淀粉抗菌剂、增塑剂、纳米二氧化钛、沉淀硫酸钡、高岭土、抗氧剂、分散剂和润滑剂依次加入高混机中，混合均匀，后于37℃下送入恒温抽湿烘干箱恒温抽湿，至混合料含水率至5-10％；

步骤三，将步骤二所得混合料送入三螺杆挤出机于224℃下造粒，即得所述卫生用品包装材料用抑菌高阻隔聚丙烯色母粒。

其中所述改性淀粉抗菌剂按照如下方法制得：将阳离子淀粉和水混合搅拌均匀，得淀粉水溶液，将聚丙二醇二缩水甘油醚滴加至淀粉水溶液中，用氢氧化钠调节溶液pH为8-9，升温至74℃，搅拌35min，滴加盐酸聚六亚甲基胍，搅拌22min后，用盐酸调节溶液pH至中性，继续搅拌反应2.5h，静置冷却，减压蒸馏至粘稠状，即得所述改性淀粉抗菌剂，其中，所述阳离子淀粉、水、聚丙二醇二缩水甘油醚、盐酸聚六亚甲基胍的质量比为10：40：0.5：8。

对比例3

以专利申请文件CN102516824A的实施例3为对比例，具体方法如下：

使用未经表面处理的硫酸法金红石型二氧化钛，加入去离子水制成浓度约为700g/l左右的浆料，加入0.2～0.3％硅酸钠，通过2000rpm砂磨机砂磨分散60分钟。将分散好的浆料加入一定量的去离子水稀释到300g/l，浆料通过300目左右筛网。将浆料升温到65℃，在pH8.5下同时加入偏铝酸钠溶液和硫酸溶液，时间为60分钟，偏铝酸钠溶液的加量为以Al2O3计1％(基于TiO2质量计算)。在pH8.5熟化浆料60分钟，温度65℃，使无机包覆的水合氧化铝膜进一步陈化。熟化结束，加入硫酸溶液调节终点pH为7.0。最后对无机处理好的浆料进行水洗、干燥。在汽流粉碎阶段，以喷雾方式从物料进口加入有机处理剂进行有机处理，加入为0.6％的组成为(R1)3-[-Si-O-]n-Si-(R2)3的有机硅，制得所需的二氧化钛产品。

以对比例1中的色母粒原料配比为基础，将对比例1中制得的钛白粉，替换为本发明实施例1-4中制得的色母粒专用二氧化钛，以制备色母粒，分别作为实施例5-8，并对实施例5-8、对比例1制得的色母粒制品进行加工性能和抗黄变性能检测，具体如表2、表3所示。

表2 加工性能表

从表2中可以看出，本发明通过对钛白粉进行紫外聚合包覆，对钛白粉表面进行有机改性处理，改善了二氧化钛在色母粒生产过程中的分散性能，避免了二氧化钛团聚现象的发生，使二氧化钛在色母粒中分散得更为均匀，增强了二氧化钛与色母粒基料的相容性，提高了色母粒的加工性能。即如表2中的数据所示，在色母粒的加工性能上，利用本申请的色母粒专用二氧化钛制得的色母粒制品要优于对比例1所制得的色母粒制品，且其数据具有统计学意义(p＜0.01)。

表3抗黄变性能表

将制得的色母粒，在200℃、210℃、220℃、230℃、240℃下分别烘烤5分钟，观察其色调变化时的温度。

从表3中可以看出，由于本发明对工业钛白粉进行除铁，降低了其中铁元素含量，避免了因铁元素含量过高而导致色母粒抗黄变性能降低的情况，从而提高了色母粒的抗黄变性能。即如表3中的数据所示，在抗黄变性能上，利用本申请的色母粒专用二氧化钛制得的色母粒制品要优于对比例1所制得的色母粒制品，且其数据具有统计学意义(p＜0.01)。

以对比例2中的色母粒原料配比及制备方法为基础，将对比例2中的纳米二氧化钛，替换为本发明实施例1-4中制得的色母粒专用二氧化钛，分别作为实施例9-12，将实施例9-12、对比例2制得的色母粒分别通过吹塑成型为薄膜，对薄膜性能进行检测，具体如表4所示。

表4 薄膜性能检测表

从表4中可以看出，本发明通过对钛白粉进行紫外聚合包覆，对钛白粉表面进行有机改性处理，改善了二氧化钛在色母粒生产过程中的分散性能，避免了二氧化钛团聚现象的发生，使二氧化钛在色母粒中分散得更为均匀，增强了二氧化钛与色母粒基料的相容性，同时紫外聚合包覆中，由于甲基丙烯酸甲酯并未完全进行聚合，钛白粉外部存有一定的活性基团，使得二氧化钛表面与塑料基料能够进行部分接枝，增强了钛白粉与色母粒及塑料基料之间的结合作用，从而增强了相关塑料制品的机械性能。

另外，由于通过环烷基咪唑啉季铵盐对二氧化钛进行改性，不仅增强了二氧化钛抑菌活性，提高了色母粒制品及塑料制品的抑菌防霉变性能，避免了色母粒在存储过程中发生霉变，也使塑料制品具有良好的抑菌功能。

即如表4中的数据所示，将色母粒加工成相应的塑料制品后，在塑料制品的机械性能以及抑菌性能上，利用本申请的色母粒专用二氧化钛制得的色母粒制品要优于对比例2所制得的色母粒制品，且其数据具有统计学意义(p＜0.01)。

取对比例3中制备的二氧化钛，以常规步骤制备色母粒，称取一定量PP和色母粒混合均匀，在注塑机上200℃制成白色样板，作为对比样板1；按相同的工艺本发明实施例1-4中制得的色母粒专用二氧化钛分别制成白色样板，作为实施样板1-4，分别对各个样板进行白度检测，具体如表5所示。

表5 样板的白度检测表

	对比样板1	实施样板1	实施样板2	实施样板3	实施样板4
						样板白度值W	75.225	79.425	79.410	80.535	81.445

从表5中可以看出，本发明通过对工业钛白粉进行除铁，降低了其中铁元素含量以提高钛白粉的白度，从而提高了色母粒及相关塑料制品的白度；此外，由于通过环烷基咪唑啉季铵盐对二氧化钛进行改性，在一定程度上也提高了色母粒及相关塑料制品的白度。同时本发明通过对钛白粉表面进行有机改性处理，改善了二氧化钛在色母粒生产过程中的分散性能，避免了二氧化钛团聚现象的发生，使二氧化钛在色母粒中分散得更为均匀，增强了二氧化钛与色母粒基料的相容性，也在一定程度上提高了色母粒及其相关塑料制品的白度。

即如表5中的数据所示，将色母粒加工成相应的塑料制品后，在塑料制品的白度指标上，利用本申请的色母粒专用二氧化钛制得的色母粒制品要优于对比例3所制得的色母粒制品，且其数据具有统计学意义(p＜0.01)。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (5)

1.色母粒专用二氧化钛制备方法，其特征在于，对工业钛白粉进行研磨筛分、除铁，在

流化床内用环烷基咪唑啉季铵盐对二氧化钛进行改性，然后通过紫外聚合包覆，得到包覆有

聚甲基丙烯酸甲酯的二氧化钛，经过分散陈化后，即制得色母粒专用二氧化钛；所述方法包

括以下步骤：

S1、将工业钛白粉加入研磨装置中，进行研磨筛分后，对筛分合格的钛白粉进行除铁；

S2、将除铁后的二氧化钛加入流化床内，在90-110℃的环境下，加入环烷基咪唑啉季

铵盐水溶液，进行表面改性；

S3、改性完毕后，流化床反应器腔体降温，在55-65℃的环境下，向流化床中加入甲基

丙烯酸甲酯和甲基乙烯基酮，开启紫外光照射，反应1-3h，即得包覆有聚甲基丙烯酸甲酯

的二氧化钛；

S4、步骤S3 制得的二氧化钛在载气的带动下，进入陈化装置进行分散陈化后，即得到

色母粒专用二氧化钛；

所述方法采用色母粒专用二氧化钛制备系统，所述制备系统包括：

行星球磨机（1），用于对工业钛白粉进行研磨，所述行星球磨机（1）上设置有研磨进

料仓（11）；

筛分机（2），分别于行星球磨机（1）的出料口、研磨进料仓（11）、除铁装置（3）的

进料管连接；

流化床系统（4），分别与除铁装置（3）的出料管、陈化装置（5）的进料管连接；

陈化装置（5），内部设置有盘管式通路及热源，通过热源对盘管式通路内的物料进行加

热陈化；

旋风分离器（6），分别与陈化装置（5）的出料管，布袋除尘器（7）、物料收集仓（8）

连接；

布袋除尘器（7），分别与物料收集仓（8）、尾气风机（9）连接；

其中，所述除铁装置（3）包括：

除铁进料管（301），设置在除铁装置（3）的壳体上，并延伸至除铁装置（3）内部；

传送机构，所述传送机构包括驱动装置（304）、主动辊（303）、从动辊（306）、传送带

（305），所述驱动装置（304）与主动辊（303）或者从动辊（306）连接，为传送机构提供

动力，主动辊（303）与从动辊（306）之间通过传送带（305）连接，在所述从动辊（306）

的轴向外沿上设置有永磁套（3061），所述永磁套（3061）具有磁性；

所述传送机构在靠近主动辊（303）的一侧为进料端，位于除铁进料管（301）的下方，

并通过传送带（305）承接物料，所述传送机构在靠近从动辊（306）的一侧为出料端，从动

辊（306）下方设置废料箱（308）和除铁出料口（307），废料箱（308）位于从动辊（306）

中心轴线靠近主动辊（303）的一侧，除铁出料口（307）位于从动辊（306）中心轴线远离

主动辊（303）的一侧，所述除铁出料口（307）与除铁出料管（309）连接；

除铁机构，所述除铁机构包括电磁体（302），在传送机构的进料端与出料端之间，电磁

体（302）设置在传送带（305）上方，所述电磁体（302）在通电的情况下具有磁性；

所述流化床系统（4）包括流化床反应器（401），鼓风机（410）通过气路管道与流化床

反应器（401）底部连接，为流化床反应器提供流化载气；

在靠近鼓风机（410）一侧的气路管道上设置有空气加热器（411），在靠近流化床反应

器（401）一侧的气路管道上设置有空气过滤器（412）；

所述流化床反应器（401）内部具有空腔结构，在流化床反应器（401）的腔体下部设置

有流化床板（403），所述流化床板（403）为多孔结构，用以均匀分散流化载气；

在流化床反应器（401）的侧壁上设置有流化床进料管（402），所述流化床进料管（402）

上设置有流化床进料阀（4021），所述流化床进料管（402）的进料口设置在流化床板（403）

上方；

在流化床反应器（401）的侧壁上设置有流化床出料管（404），所述流化床出料管（404）

上设置有流化床出料阀（4041），所述流化床出料管（404）的出料口设置在流化床板（403）

上方；

在流化床反应器（401）的侧壁上设置有流化床进液管（405），所述流化床进液管（405）

上设置有流化床进液阀（4051）；在流化床反应器（401）的腔体内部，所述流化床进液管（405）

至少与一个雾化喷嘴（4052）连接，所述雾化喷嘴（4052）设置在流化床板（403）上方；

在流化床反应器（401）的腔体内部设置有至少一个紫外灯（406），所述紫外灯（406）

设置在流化床板（403）上方；

流化床反应器（401）顶部通过气流管路与气固分离器（407）连接，所述气固分离器（407）

顶部与排风机（409）连接，所述气固分离器（407）底部设置有循环下料管（408），所述循

环下料管（408）延伸至流化床反应器（401）的腔体内部，循环下料管（408）的出料口设

置在流化床板（403）上方。

2.如权利要求1 所述的色母粒专用二氧化钛制备方法，其特征在于，在步骤S1 中，所

述筛分合格的钛白粉的中位粒径在70-90nm 之间，除铁后钛白粉的铁元素含量≤30ppm。

3.如权利要求1 所述的色母粒专用二氧化钛制备方法，其特征在于，在步骤S2 中，以

10 重量份的钛白粉为基准，环烷基咪唑啉季铵盐水溶液中环烷基咪唑啉季铵盐为0.2-0.5 重

量份，去离子水为3-5 重量份。

4.如权利要求1 所述的色母粒专用二氧化钛制备方法，其特征在于，在步骤S3 中，以

10 重量份的钛白粉为基准，加入的甲基丙烯酸甲酯为3-4 重量份，加入的甲基乙烯基酮为

0.05-0.10 重量份。

5.如权利要求1 所述的色母粒专用二氧化钛制备方法，其特征在于，所述流化床系统（4）

还包括中央控制器（413），在流化床反应器（401）的腔体内部设置有温度检测器（414），

所述温度检测器（414）与中央控制器（413）连接，用于检测流化床反应器（401）内部的

温度；流化床进料阀（4021）、流化床出料阀（4041）、流化床进液阀（4051）均为电动阀，

与中央控制器（413）连接，在中央控制器（413）的控制下执行阀门启闭动作；紫外灯（406）、

空气加热器（411）分别与中央控制器（413）连接，在中央控制器（413）的控制下进行装

置的启闭；

具体的流化床控制过程包括以下步骤：

A、在流化床系统开启后，中央控制器（413）打开流化床进料阀（4021），向流化床反

应器（401）内部进料，在流化载气的带动下，使物料处于悬浮状态，同时中央控制器（413）

打开空气加热器（411），对流化载气进行加热；

B、通过温度检测器（414）检测流化床反应器（401）内部的温度，当达到90-110℃时，

中央控制器（413）开启流化床进液阀（4051），通过雾化喷嘴（4052）向流化床反应器（401）

内部喷入环烷基咪唑啉季铵盐水溶液，对物料进行改性；

C、改性完成后，中央控制器（413）关闭空气加热器（411），当流化床反应器（401）

内部温度降至55-65℃后，中央控制器（413）再次开启空气加热器（411），使流化床反应器

（401）内部温度稳定在55-65℃之间；

D、中央控制器（413）开启流化床进液阀（4051），通过雾化喷嘴（4052）向流化床反

应器（401）内部喷入甲基丙烯酸甲酯；

E、待甲基丙烯酸甲酯与物料通过流化载气混合均匀后，向流化床反应器（401）内部

喷入甲基乙烯基酮，中央控制器开启紫外灯（406），进行紫外固化处理1-3h 后，即得到包

覆有聚甲基丙烯酸甲酯的二氧化钛；

F、中央控制器（413）打开流化床出料阀（4041），物料在载气的带动下通过流化床出料管

（404）排出流化床反应器（401）。