CN107474314A - 塑料型材专用二氧化钛制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种塑料型材专用二氧化钛的制备方法,将工业钛白粉依次进行粉碎、筛分处理,对处理后的钛白粉在流化床中进行SiO2无机包覆,再进行有机表面改性,制得塑料型材专用二氧化钛。有效的提高了二氧化钛的耐热性、耐光性、改善了二氧化钛在塑料加工过程中的塑化性能。同时,制备的塑料型材力学性能更优。
Description
技术领域
本发明涉及塑料领域,具体的涉及一种塑料型材专用二氧化钛制备方法。
背景技术
二氧化钛俗称钛白粉,是最佳的白色颜料,具有白度极高、消色力强、不透明性和化学稳定性好的优点,广泛应用于涂料、塑料、陶瓷和造纸等行业。但由于钛白粉颗粒本身具有光催化活性,使含钛白粉的塑料制品在波长小于387.5nm的光波中生成高化学活性的过氧化物和自由基,导致塑料发生氧化降解并加速塑料老化,具有耐候性差的严重缺陷。表面进行无机包覆处理的改性钛白粉用于塑料制品时,有利于钛白粉颗粒表面与塑料制品有机物隔开,大幅度降低钛白粉的光催化活性,有效提高塑料制品耐候性。目前,钛白粉的改性分为湿法和干法两种:湿法即将钛白粉分散成悬浮液,然后对其表面进行无机包膜和有机包膜;干法即直接对粉体状的二氧化钛进行包膜。
中国专利CN101602897A公开了塑料和涂料用钛白粉表面处理的改性方法,将钛白粉在离子型聚丙烯酰胺水溶液中分散,无机复合氧化物和有机化合物的双层包覆,陈化,过滤,干燥等。无机内层包膜采用溶胶-凝胶的方法包覆氧化硅与氧化铝,或者氧化铝与氧化锆,有机外层包覆是极性化学键吸附,两层包覆均在溶液中进行。
中国专利CN101870829A公开了PVC塑料型材用钛白粉有机包膜技术,通过湿法(醋酸乙酯为稀释剂将有机硅材料进行混合),对钛白粉进行表面改性处理,能够提高钛白粉在塑料型材生产体系中的耐黄性能和加工方便性。
中国专利CN102216398A公开了应用于塑料的经表面处理的二氧化钛颜料及其制备方法,将TiO2制成水悬浮液,用NaOH调PH至11,在搅拌下添加SiO2,调节PH至4,继续在搅拌下,添加呈铝酸钠的0.4重量%的Al2O3,,通过平行添加HCl将PH维持在4,继续搅拌15min后,用呈铝酸钠的0.1重量%的Al2O3将PH调整至5.5,继续搅拌30min,过滤,干燥,通过蒸汽研磨的方式继续包覆有机层。
中国专利CN103013184A公开了一种塑料色母粒专用型二氧化钛颜料的制备方法,采用将二氧化钛初品配制成二氧化铁浆料,用碱性溶液调节pH值,加入磷酸盐或磷酸,分散并研磨处理,加热升温,加入酸性铝盐化合物或碱性铝盐化合物,同时加入无机酸或无机碱,维持浆料pH值,熟化,在二氧化钛粒子表面形成第一层水合氧化铝包覆层;继续加入无机酸或无机碱,调节pH值,熟化;用去离子水洗,过滤;向滤饼中加入改性聚硅氧烷,高速分散,使得在水合氧化铝包覆层上形成第二层有机硅包覆层,干燥、气流粉碎处理,得塑料色母粒专用型二氧化铁颜料。
总之,湿法的工艺流程一般为:制浆-分散-添加包覆浆料-调节PH-熟化-干燥-粉碎-包装。如果多次包覆不仅工艺复杂,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,尤其在浆料中进行多层包覆时,多次调解PH值,多层包覆相互影响,包覆效果差。此外,因为采用常规的水合氧化铝这类无机物包膜的钛白粉,在相对湿度60%时,其吸附平衡水在1%左右,当塑料在高温挤出加工时,水分蒸发会导致光滑的塑料表面出现气孔。
现有技术采用干法包膜时,改性剂与TiO2颗粒结合力较差,容易脱离、易团聚,且改性工艺复杂、条件苛刻。
有鉴于此,特提出本发明。
发明内容
本发明提供了一种塑料型材专用二氧化钛制备方法,具体为以工业钛白粉为原料,通过干法处理制备塑料专用二氧化钛,以解决现有技术中采用干法对二氧化钛表面处理时,包覆剂与工业钛白粉的结合力差,容易脱落、易团聚等问题。
为解决上述技术问题,本发明的技术方案如下:
将工业钛白粉依次进行粉碎、筛分处理,对处理后的钛白粉在流化床中进行SiO2无机包覆,再进行有机表面改性,制得塑料型材专用二氧化钛。
具体的,所述的制备方法包括:
(1)将工业钛白粉置于粉碎-筛分装置中进行多级粉碎、筛分处理;
(2)将粉碎筛分后的二氧化钛加入流化床中,通入流化床气体,调节气流流量2.0-3.0m3/h,使二氧化钛处于悬浮状态,控制温度在220-250℃下,喷入正硅酸丁酯,形成SiO2包覆的初级改性二氧化钛;
(3)调整流化床温度于110-140℃下,喷入阳离子单体溶液,进行阳离子表面改性;
(4)初级改性完成后,流化床降温,在60-80℃下,向流化床中喷入有机单体和紫外助剂,开启紫外光照射,反应0.5-1h,即得改性二氧化钛;
(5)经步骤(4)处理后的二氧化钛分散处理20-30min后,在引风机的作用下,经旋风分离器收集产品至物料收集仓,过细的粉体通过布袋除尘器收集返回至物料收集仓,即得塑料型材专用二氧化钛。
进一步,步骤(3)中所述的阳离子单体为单体甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酸N,N-二甲基氨基乙酯其中的任一种。
进一步,步骤(4)中所述的有机单体可以为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、乙烯基羧酸酯、α-甲基丙烯酸中一种或其组合。
优选的,步骤(4)中所述的有机单体为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、乙烯基羧酸酯三者的混合,其重量比为1:1:1。
进一步,步骤(4)中,所述的紫外助剂为甲基乙烯基酮、苯甲酸二甲氨基乙酯、二苯甲酮、N’N-二甲基乙醇胺、N’N-二乙基乙醇胺任一种。
根据本发明的具体实施方式,本发明还提供了一种制备塑料型材专用二氧化钛的生产装置,所述的生产装置包括:
粉碎-筛分装置,用于对工业钛白粉进行研磨和筛分;
流化床系统,包括流化床进料口和流化床出料口,所述流化床进料口与粉碎-筛分装置的出料管连接,所述流化床出料口与旋风分离器连接;
旋风分离器,分别与流化床出料口、物料收集仓、布袋除尘器连接;以及引风机。
进一步,所述流化床系统依次包括空压机、加热器、流化床反应器、物料储罐、液相储罐、其中所述的物料储罐、液相储罐分别通过进料管和进液管与流化床反应器相连,用于输送固体物料和液体物料;所述的空压机通过第三气路管道与加热器相连,所述的加热器通过第二气路管道与流化床反应器底部连接,所述的流化床系统还包括中央处理器。
进一步,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,在流化床反应器的侧壁上位于流化床板上方设置有流化床进料口和流化床出料口,在流化床反应器的腔体内部设置有至少一个紫外灯。
具体的,流化床系统的控制过程包括以下步骤:
A、开启流化床系统,由流化床进料口添加经过粉碎筛分处理后的二氧化钛,打开第一气体控制阀通入流化床气体,使物料处于悬浮状态,同时中央控制器打开空气加热器,对流化床气体进行加热;
B、通过温度检测器检测流化床反应器内部的温度,当达到220-250℃时,中央控制器开启流化床进液阀,处于液相储罐的正硅酸丁酯溶液,经汽化处理之后,通过雾化喷嘴向流化床反应器内部喷洒,对物料进行SiO2包覆处理,即得初级改性二氧化钛;
C、初级改性完成后,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110-140℃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维持在110-140℃之间,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阳离子单体溶液;
D、初级改性完成后,中央控制器(213)关闭空气加热器,当流化床反应器内部温度降至 60-80℃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维持在60-80℃之间,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床气体混合均匀后,向流化床反应器内部喷入紫外助剂,中央控制器开启紫外灯,进行紫外固化处理0.5-1h后,即得改性二氧化钛;分散处理20-30min,通过流化床出料口排出流化床反应器。
本发明的有益效果:
1、本发明采用干法的方式对工业钛白粉进行改性处理,解决现有技术中采用干法对二氧化钛表面处理时,包覆剂与工业钛白粉的结合力差,容易脱落、易团聚等问题。
2、本发明采用干法对二氧化钛表面进行改性,首先包覆SiO2涂层,有效了提高了二氧化钛的分散性能,再用带双键的阳离子单体对初步改性二氧化钛表面进行改性,由于初步改性后的二氧化钛表面带有大量的负电荷,带双键的阳离子单体一端带有正电荷,通过电荷作用吸附到初步改性二氧化钛表面,另一端含有不饱和双键乙烯基的基团还留在二氧化钛表面,在紫外助剂的作用下引发与有机单体共聚,完成有机包覆。有效的提高了二氧化钛的耐热性、耐光性、改善了二氧化钛在塑料加工过程中的塑化性能。同时,制备的塑料型材力学性能优。
3、本发明提出了一锅式的干法工艺对二氧化钛进行两次表面处理以及悬浮分散混合,简化了生产工艺及生产设备,降低设备投入,提高生产效率。
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是本发明所述的塑料专用二氧化钛制备方法的工艺流程图;
图2是本发明所述的塑料专用二氧化钛制备方法的流化床系统的结构示意图。
1、粉碎-筛分装置;2、流化床系统;3、旋风分离器;4、物料收集仓;5、布袋除尘器;6、引风机;101、干磨机;102、振荡筛;103、风机;104、气流分级机;105、湿磨机;106、分离器;1061、排气口;201、流化床反应器;202、流化床进料口;2021、第一气体控制阀;203、流化床板;204、流化床出料口;205、液相储罐;2051、进液阀;2052、雾化喷嘴;206、紫外灯;207、气固分离器;208、循环下料管;209、排风机;210、空压机; 211、空气加热器;212、过滤器;213、中央控制器;214、温度检测器;215、物料储罐。
具体实施方式
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。
在本发明的实施例中,本发明提出了一种塑料专用二氧化钛的制备方法,具体包括以下步骤:
(1)将工业钛白粉置于粉碎-筛分装置中进行多级粉碎、筛分处理;
(2)将粉碎筛分后的二氧化钛加入流化床中,通入流化床气体,调节气流流量2.0-3.0m3/h,使二氧化钛处于悬浮状态,控制温度在220-250℃下,喷入正硅酸丁酯,形成SiO2包覆的初级改性二氧化钛;
(3)调整流化床温度于110-140℃下,喷入阳离子单体溶液,进行阳离子表面改性;
(4)初级改性完成后,流化床降温,在60-80℃下,向流化床中喷入有机单体和紫外助剂,开启紫外光照射,反应0.5-1h,即得改性二氧化钛;
(5)经步骤(4)处理后的二氧化钛分散处理20-30min后,在引风机的作用下,经旋风分离器收集产品至物料收集仓,过细的粉体通过布袋除尘器收集返回至物料收集仓,即得塑料型材专用二氧化钛。
在本发明中采用工业钛白粉作为原料,工业钛白粉的粒径及粒径分布,直接影响钛白粉的白度,遮盖力以及机械性能,同时也会对分散性产生影响。粒径较小虽然可以增加钛白粉的白度,但同时也会影响钛白粉的遮盖力以及机械性能。因此选择合适的粒径以及粒径分布对二氧化钛应用于塑料领域是至关重要的。因此,在步骤(1)中控制工业钛白粉在粉碎筛分后中位粒径在100-500nm之间。优选,钛白粉的粒径为150-300nm。
在步骤(2)、(3)、(4)中,采用一锅式对二氧化钛表面进行多次改性以及物料悬浮分散处理;首先在220-250℃下,对二氧化钛表面进行SiO2层处理,以正硅酸丁酯溶液为液相,在二氧化钛为悬浮状态时,通过喷雾的方式流化床,从而在气-固的媒介中在二氧化钛表面形成SiO2涂层,结合牢固,通过SiO2的初级改性,有效了提高了二氧化钛的分散性能,同时在二氧化钛的表层形成一种保护膜,利于后续在紫外光下进行有机包覆时避免对二氧化钛的损害。完成初级改性后,使流化床降温,在110-140℃下,用带双键的阳离子单体对初步改性二氧化钛表面进行改性,由于初步改性后的二氧化钛表面带有大量的负电荷,带双键的阳离子单体一端带有正电荷,通过电荷作用吸附到初步改性二氧化钛表面,另一端含有不饱和双键乙烯基的基团还留在二氧化钛表面,继续使流化床降温,在60-80℃下,在紫外助剂的作用下引发与有机单体共聚,完成有机包覆。
其中,所述的阳离子单体甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酸N,N-二甲基氨基乙酯其中的一种或两种以上。
所述的紫外助剂可以为甲基乙烯基酮、苯甲酸二甲氨基乙酯、二苯甲酮、N,N-二甲基乙醇胺、N,N-二乙基乙醇胺任一种。
为了进一步探究有机包覆的效果,本发明对有机单体进行了选择。详见表1。
表1 有机单体包覆的效果
采用对二氧化钛有机改性,所述的有机单体可以为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、乙烯基羧酸酯、α-甲基丙烯酸中一种或其组合,优选的,所述的有机单体为甲基丙烯酸甲酯和乙烯基羧酸酯,其重量比为1:1;更优选的,所述的有机单体为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、乙烯基羧酸酯三者的混合,其重量比为1:1:1。
与现有技术相比,本发明提出了一锅式的干法工艺对二氧化钛表面进行处理以及物料混合,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,本发明还提出一种制备塑料专用二氧化钛的生产装置,如附图1所示,所述的生产装置包括:
粉碎-筛分装置1,用于对工业钛白粉进行研磨和筛分;
流化床系统2,包括流化床进料口202和流化床出料口204,所述流化床进料口202与粉碎-筛分装置1的出料管连接,所述流化床出料口204与旋风分离器3连接;
旋风分离器3,分别与流化床出料口204、物料收集仓4、布袋除尘器5连接;以及引风机6。
其中,所述的粉碎-筛分装置1可以为本领域技术常见的粉碎装置和筛分装置,优选的,采用如图1所示的粉碎-筛分装置1包括:
干磨机101;
振动筛102,分别与干磨机101的出料口,干磨机101的进料口,气流分级机104进料口连接;
风机103,设置在振动筛102和气流分级机104之间的管路上;
气流分级机104,分别与湿磨机105、分离器106连接;
湿磨机105,与流化床系统2连接;
分离器106,与流化床系统2连接,分离器106上部设置有排气口1061。
具体的粉碎-筛分工艺流程如下:
首先,所述工业钛白粉经过干磨机101研磨,得到初级工业钛白粉,振动筛102对初级工业钛白粉进行第一次分级处理,得到粒度>5um的第一级粉体和粒度<5um的筛出物,所述第一级粉体返回干磨机101重新研磨筛分,所述筛出物在风机提供的风力带动下,经过气流分级机104进行第二次分级处理,得到粒度介于0.1um-0.5um之间的第二级粉体和粒度<0.1um的第三级粉体。第二级粉体进入湿磨机105中进行再次研磨,并在研磨处理后投入到流化床系统2中,第三级粉体经分离器106过滤收集后,投入到流化床系统2中。
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以及混合分散处理,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2所示,所述流化床系统2依次包括空压机210、加热器211、流化床反应器201、物料储罐215、液相储罐205、其中所述的物料储罐215、液相储罐205 分别通过进料管和进液管与流化床反应器201相连,用于输送固体物料和液体物料;所述的空压机210通过第三气路管道与加热器211相连,所述的加热器211通过第二气路管道与流化床反应器201底部连接,为流化床反应器201提供加热的流化床气体。
优选的,在加热器211,在靠近流化床反应器201与所述流化床反应器201之间设置过滤器312;
所述流化床反应器201内部具有空腔结构,在流化床反应器201的腔体下部设置有流化床板203,所述流化床板203为多孔结构,用以均匀分散流化载气;
在流化床反应器201的侧壁上设置有流化床进料口202和流化床出料口204,且均设置在流化床板203上方;
在流化床反应器201的腔体内部,至少存在与一个雾化喷嘴2052与进液管连接,所述雾化喷嘴2052设置在流化床板203上方;
在流化床反应器201的腔体内部设置有至少一个紫外灯206,所述紫外灯206设置在流化床板203上方;
流化床反应器201还包括:气固分离器207,所述气固分离器207位于流化床反应器201 顶部且与排风机209连接,所述气固分离器207底部设置有循环下料管208,所述循环下料管208延伸至流化床反应器201的腔体内部,循环下料管208的出料口设置在流化床板203上方,用于固体物料返回至流化床反应器内。
进一步的,为了实现流化床系统2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2还包括中央控制器213,在流化床反应器201的腔体内部设置有温度检测器214;所述温度检测器214与中央控制器213连接,用于检测流化床反应器201内部的温度;所述的加热器211与所述中央处理器213相连,通过温度检测器的信息反馈调控加热器211,维持流化床反应器201内处于所需的稳定温度体系。
所述的生产装置还包括设置在所述第二气体管路上的第一气体控制阀2021以及设置在进液管上的进液阀2051,均与中央控制器213连接,在中央控制器213的控制下执行阀门启闭动作;紫外灯206与中央控制器213连接,在中央控制器213的控制下进行装置的启闭;
具体的流化床系统2的控制过程包括以下步骤:
A、开启流化床系统,由流化床进料口202添加经过粉碎筛分处理后的二氧化钛,打开第一气体控制阀2021通入流化床气体,使物料处于悬浮状态,同时中央控制器213打开空气加热器211,对流化床气体进行加热;
B、通过温度检测器214检测流化床反应器201内部的温度,当达到220-250℃时,中央控制器213开启流化床进液阀2051,处于液相储罐的正硅酸丁酯溶液,经汽化处理之后,通过雾化喷嘴2052向流化床反应器201内部喷洒,对物料进行SiO2包覆处理,即得初级改性二氧化钛;
C、初级改性完成后,中央控制器213关闭空气加热器211,当流化床反应器201内部温度降至110-140℃后,中央控制器213再次开启空气加热器211,使流化床反应器201内部温度维持在110-140℃之间,中央控制器213开启流化床进液阀2051,通过雾化喷嘴2052 向流化床反应器201内部喷入阳离子单体溶液;
D、初级改性完成后,中央控制器213关闭空气加热器211,当流化床反应器201内部温度降至60-80℃后,中央控制器213再次开启空气加热器211,使流化床反应器201内部温度维持在60-80℃之间,中央控制器213开启流化床进液阀2051,通过雾化喷嘴2052向流化床反应器201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床气体混合均匀后,向流化床反应器201内部喷入紫外助剂,中央控制器开启紫外灯206,进行紫外固化处理0.5-1h后,即得改性二氧化钛;分散处理20-30min,通过流化床出料口204排出流化床反应器201。
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
(1)将工业钛白粉置于粉碎-筛分装置中进行粉碎,筛分成粒度粒径为100-500nm的钛白粉;
(2)将粉碎筛分后100重量份的二氧化钛加入流化床中,抽真空,通入流化床气体,调节气流流量3.0m3/h,使二氧化钛处于悬浮状态,控制温度于220-250℃下,按照TiO2与SiO2重量比为10:4,吸入液态正硅酸丁酯,汽化之后经1.5g/min速度经过流化床进液管,通过雾化喷嘴喷入床体内,形成SiO2包覆的初级改性二氧化钛;
(3)初级改性完成后,流化床降温,在110-140℃下,喷入2重量份的甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵溶液,进行阳离子表面改性;
(4)调整流化床温度于60-80℃下,向流化床中喷洒12重量份的有机单体(甲基丙烯酸甲酯:丙烯酸丁酯:乙烯基羧酸酯的重量比1:1:1)和1重量份的甲基乙烯基酮,开启紫外光照射,反应1h,关闭紫外光照射,即得改性二氧化钛;
(5)经步骤(4)处理后的二氧化钛分散处理20min后,在引风机的作用下,经旋风分离器收集产品至物料收集仓,过细的粉体通过布袋除尘器收集后返回至物料收集仓,即得塑料型材专用二氧化钛,记为T1。
实施例2
(1)将工业钛白粉置于粉碎-筛分装置中进行粉碎,筛分成粒度粒径为100-500nm的钛白粉;
(2)将粉碎筛分后100重量份的二氧化钛加入流化床中,抽真空,通入流化床气体,调节气流流量2.5m3/h,使二氧化钛处于悬浮状态,控制温度于220-250℃下,按照TiO2与SiO2重量比为10:3,吸入液态正硅酸丁酯,汽化之后经1.5g/min速度经过流化床进液管,通过雾化喷嘴喷入床体内,形成SiO2包覆的初级改性二氧化钛;
(3)初级改性完成后,流化床降温,在110-140℃下,喷入2重量份的丙烯酸N,N-二甲基氨基乙酯溶液,进行阳离子表面改性;
(4)调整流化床温度于60-80℃下,向流化床中喷洒10重量份的有机单体(甲基丙烯酸甲酯:乙烯基羧酸酯的重量比1:1)和1重量份的N,N-二甲基乙醇胺,开启紫外光照射,反应 1h,关闭紫外光照射,即得改性二氧化钛;
(5)经步骤(4)处理后的二氧化钛分散处理30min后,在引风机的作用下,经旋风分离器收集产品至物料收集仓,过细的粉体通过布袋除尘器收集后返回至物料收集仓,即得塑料型材专用二氧化钛,记为T2。
实施例3
(1)将工业钛白粉置于粉碎-筛分装置中进行粉碎,筛分成粒度粒径为100-500nm的钛白粉;
(2)将粉碎筛分后100重量份的二氧化钛加入流化床中,抽真空,通入流化床气体,调节气流流量2.5m3/h,使二氧化钛处于悬浮状态,控制温度于220-250℃下,按照TiO2与SiO2重量比为10:4,吸入液态正硅酸丁酯,汽化之后经2.0g/min速度经过流化床进液管,通过雾化喷嘴喷入床体内,形成SiO2包覆的初级改性二氧化钛;
(3)初级改性完成后,流化床降温,在110-140℃下,喷入2重量份的丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵溶液,进行阳离子表面改性;
(4)调整流化床温度于60-80℃下,向流化床中喷洒11重量份的甲基丙烯酸甲酯和1重量份的苯甲酸二甲氨基乙酯,开启紫外光照射,反应0.5h,关闭紫外光照射,即得改性二氧化钛;
(5)经步骤(4)处理后的二氧化钛分散处理25min后,在引风机的作用下,经旋风分离器收集产品至物料收集仓,过细的粉体通过布袋除尘器收集后返回至物料收集仓,即得塑料型材专用二氧化钛,记为T3。
实施例4
将实施例1制得的改性二氧化钛按下述实验用配方及工艺制备PVC复合粉料及其模压板材,并进行性能测试。
组成:聚氯乙烯PVC 100份;硬质酸钠稳定剂4份;氯化聚乙烯CPE 8份;丙烯酸酯ACR 2份;石蜡1份;二氧化钛T1 10份;
制备工艺:(1)高速混合:依次加入PVC、硬质酸钠、CPE、ACR和改性二氧化钛T1,开机混合至温度达到70-80℃,停机加入石蜡,再开机混合至温度约105℃,放料;(2)双辊炼塑:辊温175-180℃,时间6-8min,粉料包辊后打三角包薄10次;(3)模压成型:温度180℃,压力5MPa,预热2min,热压3min,冷压5min。
实施例5-6
采用与实施例4相同的步骤分别制备实施例5-6的塑料型材,不同之处在于,塑料型材专用二氧化钛分别采用实施例2-3中制备的塑料型材专用二氧化钛T2、T3,得到成品记为 ST2、ST3。
对比例1
(1)将工业钛白粉置于粉碎-筛分装置中进行粉碎,筛分成粒度粒径为100-500nm的钛白粉;
(2)将粉碎筛分后100重量份的二氧化钛加入流化床中,抽真空,通入流化床气体,调节气流流量3.0m3/h,使二氧化钛处于悬浮状态,在110-140℃下,喷入2重量份的甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵溶液,进行阳离子表面改性;
(3)调整流化床温度于60-80℃下,向流化床中喷洒10重量份的甲基丙烯酸甲酯和3重量份的甲基乙烯基酮,开启紫外光照射,反应1h,关闭紫外光照射,即得改性二氧化钛;
(4)经步骤(3)处理后的二氧化钛分散处理20min后,在引风机的作用下,经旋风分离器收集产品至物料收集仓,过细的粉体通过布袋除尘器收集后返回至物料收集仓,即得塑料型材专用二氧化钛,记为D1。
对比例2
(1)将工业钛白粉置于粉碎-筛分装置中进行粉碎,筛分成粒度粒径为100-500nm的钛白粉;
(2)将粉碎筛分后100重量份的二氧化钛加入流化床中,抽真空,通入流化床气体,调节气流流量3.0m3/h,使二氧化钛处于悬浮状态,控制温度于220-250℃下,按照TiO2与SiO2重量比为10:4,吸入液态正硅酸丁酯,汽化之后经1.5g/min速度经过流化床进液管,通过雾化喷嘴喷入床体内,形成SiO2包覆的初级改性二氧化钛;
(3)初级改性完成后,调整流化床温度于60-80℃下,向流化床中喷洒10重量份的甲基丙烯酸甲酯和3重量份的甲基乙烯基酮,开启紫外光照射,反应1h,关闭紫外光照射,即得改性二氧化钛;
(4)经步骤(3)处理后的二氧化钛分散处理20min后,在引风机的作用下,经旋风分离器收集产品至物料收集仓,过细的粉体通过布袋除尘器收集后返回至物料收集仓,即得塑料型材专用二氧化钛,记为D2。
对比例3-4
本对比例3-4与实施例4的制备方法相同,区别仅在于所制备的产品中将改性二氧化钛 M1等量替换为对比例1-2的改性二氧化钛D1、D2,制备的塑料型材记为SD1、SD2。
对比例5添加按照CN101870829A中的方法制备的改性二氧化钛制备的塑料型材
本对比例5与实施例4的制备方法相同,区别仅在于所制备的产品中将改性二氧化钛 M1等量替换为按照CN101870829A中实施例1的方法制备的钛白粉D3,制备的塑料型材记为SD3。
对比例6添加按照CN102216398A中的方法制备的改性二氧化钛制备的塑料型材
本对比例6与实施例4的制备方法相同,区别仅在于所制备的产品中将塑料型材专用二氧化钛T1等量替换为按照CN102216398A中实施例3的方法制备的改性二氧化钛D4,制备的塑料型材记为SD4。
对比例7加入未经处理的二氧化钛制备的塑料型材(市售的普通二氧化钛)
本对比例7与实施例4的制备方法相同,区别仅在于所制备的产品中将塑料型材专用二氧化钛T1等量替换为未经处理的二氧化钛D5,制备的塑料型材记为SD5。
试验例
(1)改性二氧化钛性能测试:
耐光性△E检测是在紫(UVA)灯照射10h的结果;
耐热性△E检测是在240℃下恒温3h颜色变化;
熔融指数采用熔融指数测定仪检测;
表2 改性二氧化钛性能测试
组别 | 白度 | 耐光性△E | 耐热性△E | 熔融指数 |
T1 | 47.3 | 2.01 | 0.61 | 6.8 |
T2 | 46.4 | 2.03 | 0.62 | 6.6 |
T3 | 47.0 | 2.02 | 0.62 | 6.7 |
D1 | 45.6 | 1.91 | 0.58 | 5.9 |
D2 | 44.6 | 1.85 | 0.54 | 6.0 |
D3 | 41.5 | 1.76 | 0.56 | 5.1 |
D4 | 40.7 | 1.85 | 0.51 | 5.8 |
D5 | 39.8 | 1.67 | 0.48 | 4.8 |
(2)塑料型材力学性能测试
表3 塑料型材力学性能测试
注:按GB/T1040-92测定
由表2、表3所示的技术指标来看,实施例1-3中制备的改性二氧化钛外观白度、耐热性、耐光性以及熔融指数相当,这与二氧化钛表面材质以及包覆量有关。就对比例1而言,未进行二氧化硅包覆,产品的加工塑性能,熔融指数明显低于实施例1,对比例2中未进行阳离子改性,直接在改性的硅层表面进行有机包覆,包覆效果差,影响二氧化钛的耐光性能。
对比例3采用湿法对二氧化钛进行有机硅改性,在一定程度虽然提高了加工方便性能、耐黄变以及塑料型材制品中的力学性性能,但是提高能力有效,与本发明的实施例1相比,熔融指数较低。对比例4采用湿法在二氧化钛表面包覆SiO2、Al2O3和有机层,影响产品白度,并且影响塑料型材的力学性能。对比例5中采用市售的二氧化钛,其与本发明制备的改性二氧化钛相比,性能较差。因此,本发明所制备的改性为氧化钛在塑料型材中的综合性能好,是一种新型的功能性塑料型材填料,具有极高的应用价值和市场推广前景。
最后需要说明,以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而并非限制,尽管参照较佳实施例对本发明的技术方案进行了详细说明,本领域技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的保护范围当中。
Claims (10)
1.一种塑料型材专用型二氧化钛的制备方法,其特征在于:所述的制备方法包括如下步骤:将工业钛白粉依次进行粉碎、筛分处理,对处理后的钛白粉在流化床中进行SiO2无机包覆,再进行有机表面改性,制得塑料型材专用二氧化钛。
2.根据权利要求1所述的一种塑料型材专用型二氧化钛的制备方法,其特征在于:所述的制备方法具体包括如下步骤:
(1)将工业钛白粉置于粉碎-筛分装置中进行多级粉碎、筛分处理;
(2)将粉碎筛分后的二氧化钛加入流化床中,通入流化床气体,调节气流流量2.0-3.0m3/h,使二氧化钛处于悬浮状态,控制温度在220-250℃下,喷入正硅酸丁酯,形成SiO2包覆的初级改性二氧化钛;
(3)调整流化床温度于110-140℃下,喷入阳离子单体溶液,进行阳离子表面改性;
(4)初级改性完成后,流化床降温,在60-80℃下,向流化床中喷入有机单体和紫外助剂,开启紫外光照射,反应0.5-1h,即得改性二氧化钛;
(5)经步骤(4)处理后的二氧化钛分散处理20-30min后,在引风机的作用下,经旋风分离器收集产品至物料收集仓,过细的粉体通过布袋除尘器收集返回至物料收集仓,即得塑料型材专用二氧化钛。
3.根据权利要求2所述的一种塑料型材专用型二氧化钛的制备方法,其特征在于:步骤(3)中所述的阳离子单体为单体甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酸N,N-二甲基氨基乙酯其中的任一种。
4.根据权利要求2-3中任一种所述的一种塑料型材专用型二氧化钛的制备方法,其特征在于:步骤(4)中所述的有机单体可以为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、乙烯基羧酸酯、α-甲基丙烯酸中一种或其组合。
5.根据权利要求4所述的一种塑料型材专用型二氧化钛的制备方法,其特征在于:步骤(4)中所述的有机单体为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、乙烯基羧酸酯三者的混合,其重量比为1:1:1。
6.根据权利要求2-5中任一种所述的一种塑料型材专用型二氧化钛的制备方法,其特征在于:步骤(4)中,所述的紫外助剂为甲基乙烯基酮、苯甲酸二甲氨基乙酯、二苯甲酮、N’N-二甲基乙醇胺、N’N-二乙基乙醇胺任一种。
7.一种如权利要求1-6任一项所述制备方法制备塑料型材专用二氧化钛的生产装置,其特征在于:所述的生产装置包括:
粉碎-筛分装置(1),用于对工业钛白粉进行研磨和筛分;
流化床系统(2),包括流化床进料口(202)和流化床出料口(204),所述流化床进料口(202与粉碎-筛分装置(1)的出料管连接,所述流化床出料口(204)与旋风分离器(3)连接;
旋风分离器(3),分别与流化床出料口(204)、物料收集仓(4)、布袋除尘器(5)连接;以及引风机(6)。
8.根据权利要求7所述的生产装置,其特征在于:所述流化床系统(2)依次包括空压机(210)、加热器(211)、流化床反应器(201)、物料储罐(215)、液相储罐(205)、其中所述的物料储罐(215)、液相储罐(205)分别通过进料管和进液管与流化床反应器(201)相连,用于输送固体物料和液体物料;所述的空压机(210)通过第三气路管道与加热器(211)相连,所述的加热器(211)通过第二气路管道与流化床反应器(201)底部连接,所述的流化床系统(2)还包括中央处理器(213)。
9.根据权利要求8所述的生产装置,其特征在于:所述流化床反应器(201)内部具有空腔结构,在流化床反应器(201)的腔体下部设置有流化床板(203),在流化床反应器(301)的侧壁上位于流化床板(203)上方设置有流化床进料口(202)和流化床出料口(204),在流化床反应器(201)的腔体内部设置有至少一个紫外灯(206)。
10.根据权利要求9所述的生产装置,其特征在于:流化床系统(2)的控制过程包括以下步骤:
A、开启流化床系统,由流化床进料口(202)添加经过粉碎筛分处理后的二氧化钛,打开第一气体控制阀(2021)通入流化床气体,使物料处于悬浮状态,同时中央控制器(213)打开空气加热器211,对流化床气体进行加热;
B、通过温度检测器(214)检测流化床反应器(201)内部的温度,当达到220-250℃时,中央控制器(213)开启流化床进液阀(2051),处于液相储罐的正硅酸丁酯溶液,经汽化处理之后,通过雾化喷嘴(2052)向流化床反应器(201)内部喷洒,对物料进行SiO2包覆处理,即得初级改性二氧化钛;
C、初级改性完成后,中央控制器(213)关闭空气加热器(211),当流化床反应器(201)内部温度降至110-140℃后,中央控制器(213)再次开启空气加热器(211),使流化床反应器(201)内部温度维持在110-140℃之间,中央控制器(213)开启流化床进液阀(2051),通过雾化喷嘴(2052)向流化床反应器(201)内部喷入阳离子单体溶液;
D、初级改性完成后,中央控制器(213)关闭空气加热器(211),当流化床反应器(201)内部温度降至60-80℃后,中央控制器(213)再次开启空气加热器(211),使流化床反应器(201)内部温度维持在60-80℃之间,中央控制器(213)开启流化床进液阀(2051),通过雾化喷嘴(2052)向流化床反应器(201)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床气体混合均匀后,向流化床反应器(201)内部喷入紫外助剂,中央控制器开启紫外灯(206),进行紫外固化处理0.5-1h后,即得改性二氧化钛;分散处理20-30min,通过流化床出料口(204)排出流化床反应器(201)。
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