CN109916930A - 一种测试钛白粉内层硅膜形貌的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于钛白粉检测技术领域，具体公开一种测试钛白粉内层硅膜形貌的方法，包括以下步骤：1）将钛白粉分散在溶剂中，并超声处理20‑30min；2）用去离子水清洗步骤1）超声处理后的钛白粉，烘干至恒重；3）将步骤2）所得钛白粉进行研磨粉碎；4）将步骤3）得到的钛白粉溶解在浓硫酸中，充分混匀，在150‑185℃条件下反应3.5‑7.5h；5）将步骤4）溶解后的样品过滤洗涤，然后分散制浆，对制得的浆料进行形貌分析。本发明方法通过溶解钛白粉表面除内硅膜层外的所有膜层，分离提取出样品，并进行分散，再采用透射电镜测试钛白粉内层硅膜形貌。

Description

一种测试钛白粉内层硅膜形貌的方法

技术领域

本发明属于钛白粉检测技术领域，具体涉及一种测试钛白粉内层硅膜形貌的方法。

背景技术

钛白粉是一种无毒且性能稳定的无机白色颜料，广泛应用于塑料、涂料、造纸和油墨等领域。钛白粉具有一定的光化学活性，在光照射下会发生复杂的光催化反应，导致基体物质降解，从而降低体系耐候性。国内外厂家通过在钛白粉表面形成致密硅膜层，来制备高耐候和超耐候钛白粉。钛白粉下游客户最认可佛罗里达或海南岛等暴晒场暴晒数据，一些钛白粉生厂商研发过程也采用自然暴晒，不论佛罗里达或海南岛等暴晒场暴晒，还是自然条件暴晒，耗时较长，通常在一年以上，更高耐候性级别甚至需要几年时间，较长的评价时间给耐候性钛白粉的开发带来了很大的困难。因而相继出现了酸溶率、氙灯快速老化实验，酸溶率测试在一定程度上仅能够反映包硅钛白粉耐候性级别的好坏，但是不能区分重硅包覆和包覆完整度较高的低硅产品，而氙灯快速老化实验，长时间老化的数据与佛罗里达暴晒数据对应性不是很好。

硅膜包覆完整性、连续性决定了钛白粉耐候性的级别，能够快速直观看清楚钛白粉硅膜层连续性、完整性和致密度方法的建立，对钛白粉耐候性评价和高耐候性钛白粉的研发具有重要意义。目前能够观测钛白粉微观结构的仪器有扫描电镜和透射电镜，由于大多牌号的钛白粉表面包覆多层膜层，透射电镜能看到多层的膜层状态，不同膜层的相互干扰，使得无法清晰的看到里层硅膜层形貌，透射电镜可监控包膜过程，但不同膜层包覆条件相互干扰、结合水、盐度、粉碎过程影响，导致包膜过程膜层与最终成品膜层有差异，因此，一种快速测试钛白粉成品内层硅膜形貌方法建立，一方面能够直观清晰通过硅膜层连续、完整性的好坏，评价钛白粉耐候性好坏，从而优化工艺，提升产品质量，另一方面可以与同行样品进行对比，进一步提高性能，打破国外技术封锁。

发明内容

针对上述情况，本发明的目的是提供一种测试钛白粉内层硅膜形貌的方法，该方法通过一种特殊的预处理方式，溶解钛白粉表面除内硅膜层外的所有膜层，分离提取出样品，并进行分散，再采用透射电镜测试钛白粉内层硅膜形貌。

本发明提供了一种测试钛白粉内层硅膜形貌的方法，包括以下步骤：

1）将钛白粉分散在溶剂中，并超声处理20-30min；

2）用去离子水清洗步骤1）超声处理后的钛白粉，烘干至恒重；

3）将步骤2）所得钛白粉进行研磨粉碎；

4）将步骤3）得到的钛白粉溶解在浓硫酸中，充分混匀，在150-185℃条件下反应3.5-7.5h；

5）将步骤4）溶解后的样品过滤洗涤，然后分散制浆，对制得的浆料进行形貌分析。

本发明中，步骤1）主要是将钛白粉表面的有机层去除，通过有机溶剂与超声相结合的方式进行。超声处理的时间要进行控制，时间太短了起不到效果，时间太长了，一方面资源浪费，另一方面对钛白粉包覆膜造成影响。

优选地，所述溶剂选自甲醇、乙醇、丙酮和乙酸乙酯中的一种或多种。

优选地，溶剂的用量为钛白粉质量的1.1-5.5倍。

优选地，步骤2）中，烘干的温度为105-120℃。

根据本发明，步骤3）中，研磨采用的设备可以为三辊研磨机、万能磨或行星式球磨仪。研磨的时间优选为5-15min。

本发明中，步骤4）是钛白粉外层包覆膜的去除步骤，通过浓硫酸与包覆膜在特定的条件下进行反应，去除钛白粉表面除内硅层外的膜层。优选地，控制浓硫酸与钛白粉的质量比为1.5-18∶1。反应时间以浓硫酸中膜层相应元素含量恒定不变时的最短加热时间，例如：如果溶解的是铝膜的话，即反应时间为浓硫酸中Al含量恒定不变的最短加热时间。

优选地，步骤5）中，洗涤至滤液pH为6-8，制得浆料的浓度为10-25g/L。

本发明中形貌分析可采用常规的检测设备，优选地，采用低倍透射电镜或高倍透射电镜。

本发明中未加以限定的工艺参数均选用本领域的常规方式进行，例如，研磨、形貌分析等操作。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明通过一种特殊的预处理方式，有效除去有机膜层，以适度的研磨分散，在不破坏膜层形貌的前提下，保持钛白粉颗粒在硫酸体系中高度均匀的分散；在特定的条件下可提取出仅保留内层硅膜的钛白粉样品，通过对样品进行硅膜层连续性、完整性等分析，评判钛白粉的耐候性好坏。

2、本发明采用特殊环境下，除去硅膜层外的所有膜层，保留原始的内层硅膜，为钛白粉耐候性评价增加了新的方法。

3、本发明提供一种快速、准确剖析硅包膜好坏的方法，有利于工艺条件和参数的优化，更有利于高耐候性和超耐候性产品的开发。

4、本发明提供一种测试钛白粉内层硅膜形貌的样品制备方法，该方法操作简单、快速、结果准确，有效去除干扰膜层，直观清晰看到钛白粉内层硅膜形貌，且适用范围广。

附图说明

图1：本发明实施例1处理后钛白粉样品的低倍透射电镜图。

图2：本发明实施例2处理后钛白粉样品的低倍透射电镜图。

图3：本发明实施例3处理后钛白粉样品的低倍透射电镜图。

图4：对比例1钛白粉样品的低倍透射电镜图。

图5：对比例2钛白粉样品的低倍透射电镜图。

图6：对比例3钛白粉样品的低倍透射电镜图。

图7：钛白粉A、钛白粉B和钛白粉C的海南岛暴晒数据图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例对本发明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。

实施例1-3用于说明本发明的测试钛白粉内层硅膜形貌的方法。

实施例1

取20g钛白粉A分散在22g乙醇中超声20min；并用去离子水洗去乙醇，将样品在105-120℃烘至恒重；三辊研磨机研磨5min；取粉碎后的样品0.5g加入15mL浓硫酸中混合均匀，在150℃条件下反应，测试溶液中Al含量恒定不变，停止加热，反应时间3.5h；对混合液进行过滤洗涤至滤液pH为6-8，将洗涤后样品进行分散并制成浓度为10g/L浆体，对所制备浆体进行低倍透射电镜观察形貌，如图1所示。

实施例2

取25g钛白粉B分散在137.5g的1∶1乙醇和乙酸乙酯中超声30min；并用去离子水洗去有机溶剂，将样品在105-120℃烘至恒重；三辊研磨机研磨10min；取粉碎后的样品1.0g加入75mL浓硫酸中混合均匀，在185℃条件下反应，测试溶液中Al含量恒定不变，停止加热，反应时间7.5h；对混合液进行过滤洗涤至滤液pH为6-8，将洗涤后样品进行分散并制成浓度为25g/L浆体，对所制备浆体进行低倍透射电镜观察形貌，如图2所示。

实施例3

取30g钛白粉C分散在36g丙酮中超声24min；并用去离子水洗去有机溶剂，将样品在105-120℃烘至恒重；三辊研磨机研磨15min；取粉碎后的样品0.8g加入50mL浓硫酸中混合均匀，在177℃条件下反应，测试溶液中Al含量恒定不变，停止加热，反应时间6.0h；对混合液进行过滤洗涤至滤液pH为6-8，将洗涤后样品进行分散并制成浓度为12g/L浆体，对所制备浆体进行低倍透射电镜观察形貌，如图3所示。

对比例1

将钛白粉A制成浓度为10g/L浆体，对所制备浆体进行低倍透射电镜观察形貌，如图4所示。

对比例2

将钛白粉B制成浓度为25g/L浆体，对所制备浆体进行低倍透射电镜观察形貌，如图5所示。

对比例3

将钛白粉C制成浓度为12g/L浆体，对所制备浆体进行低倍透射电镜观察形貌，如图6所示。

将实施例及对比例的钛白粉进行包膜元素含量分析，结果如表1所示。实施例中各钛白粉的海南岛暴晒数据如图7所示。

表1

从图1-图6和表1可以看出，本发明提供的方法能够制备出除去其他干扰膜层保留硅膜层样品，通过透射电镜能够清晰直观看到内层硅膜形貌，初步可判断钛白粉A硅膜完整性、均匀性、致密性最好，钛白粉C次之，钛白粉B最差；结合图7可知，本发明方法得出的结论与样品海南暴晒结果一致，进一步证实本发明方法的可靠性。

以上已经描述了本发明的实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的实施例。在不偏离所说明实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (8)

1.一种测试钛白粉内层硅膜形貌的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将钛白粉分散在溶剂中，并超声处理20-30min；

2）用去离子水清洗步骤1）超声处理后的钛白粉，烘干至恒重；

3）将步骤2）所得钛白粉进行研磨粉碎；

4）将步骤3）得到的钛白粉溶解在浓硫酸中，充分混匀，在150-185℃条件下反应3.5-7.5h；

5）将步骤4）溶解后的样品过滤洗涤，然后分散制浆，对制得的浆料进行形貌分析。

2.根据权利要求1所述的测试钛白粉内层硅膜形貌的方法，其特征在于：所述溶剂选自甲醇、乙醇、丙酮和乙酸乙酯中的一种或多种。

3.根据权利要求1或2所述的测试钛白粉内层硅膜形貌的方法，其特征在于：步骤1）中，溶剂的用量为钛白粉质量的1.1-5.5倍。

4.根据权利要求1所述的测试钛白粉内层硅膜形貌的方法，其特征在于：步骤2）中，烘干的温度为105-120℃。

5.根据权利要求1所述的测试钛白粉内层硅膜形貌的方法，其特征在于：步骤3）中，研磨采用的设备为三辊研磨机、万能磨或行星式球磨仪，研磨的时间为5-15min。

6.根据权利要求1所述的测试钛白粉内层硅膜形貌的方法，其特征在于：步骤4）中，浓硫酸与钛白粉的质量比为1.5-18∶1。

7.根据权利要求1所述的测试钛白粉内层硅膜形貌的方法，其特征在于：步骤5）中，洗涤至滤液pH为6-8，制得浆料的浓度为10-25g/L。

8.根据权利要求1所述的测试钛白粉内层硅膜形貌的方法，其特征在于：形貌分析采用的设备为低倍透射电镜或高倍透射电镜。