CN110817950A - 高耐光性钛白粉的制备方法 - Google Patents

Abstract

高耐光性钛白粉的制备方法，属于化工领域。本发明高耐光性钛白粉的制备方法，以二洗偏钛酸为原料，依次进行盐处理、锰掺杂、煅烧处理，冷却后经研磨制得钛白粉初品，其中，盐处理过程依次加入煅烧晶种、铝的化合物、钾的化合物、磷的化合物。本发明通过掺杂Mn元素以及合理的煅烧过程控制，制得的钛白粉初品粒径分布均匀，主要颜料指标优异，具有优异的耐光性，且对后续工序无影响。

Description

高耐光性钛白粉的制备方法

技术领域

本发明属于化工领域，涉及钛白粉的制备方法，更具体的讲涉及高耐光性钛白粉的制备方法。

背景技术

二氧化钛(俗称钛白粉)是目前世界上最佳的白色颜料，不但物理化学性质十分稳定，还具有高折射率、最佳的遮盖力、最佳白度和光亮度等优良的光学电学性能，广泛应用于涂料、塑料、造纸、油墨、电子等领域。

耐光性是指含有二氧化钛颜料的制品暴露在室外气候环境下，抵抗日光避免发生变色、粉化、失光的能力。二氧化钛颜料的光化学活性是影响耐光性的主要因素，由于二氧化钛本身存在一些晶格缺陷，其表面上存在许多光活化点，对可见光紫外光谱段有轻微的吸收，长期在紫外光的照射下，如果有水等催化剂的作用，钛白粉可发生连续的氧化还原反应，生成羟基和过氧羟基自由基，它们具有高度的活性，能使制品中的有机聚合物氧化，发生高分子链断链和降解，破坏制品的连续性，使制品的耐光性降低。因此，需要通过掺杂高变价元素来抑制二氧化钛在光照条件下逃逸电子的能力，降低其光化学作用的破坏力，从而提高制品耐光性。

专利CN103496739A提供了一种耐候性钛白粉的制备方法，该方法包括对经过漂白、二次水洗后的偏钛酸进行掺杂，所述掺杂方法为向二次水洗后的偏钛酸中依次加入磷化合物、镁化合物、锑化合物、铝化合物、锂化合物、钾化合物的水溶液，混合均匀。但是锑具有毒性，以锑化合物作为盐处理剂，在生产和使用过程中会对人体造成危害。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供高耐光性钛白粉的制备方法，以二洗偏钛酸为原料，依次进行盐处理、锰掺杂、煅烧处理，冷却后经研磨制得钛白粉初品，其中，盐处理过程依次加入煅烧晶种、铝的化合物、钾的化合物、磷的化合物。

其中，锰掺杂加入氧化锰、硫酸锰或高锰酸钾中的至少一种。

其中，以偏钛酸中TiO₂质量为基准，锰掺杂加入量以锰元素计为0.01～0.3wt％。

其中，煅烧处理过程先升温使物料脱水，然后升温脱硫，最后升温完成锐钛型二氧化钛向金红石型二氧化钛的转化。

其中，锰掺杂后先在60-120℃进行烘干，然后进行煅烧处理，具体为温度升至150～250℃，保温60～180min，使物料脱水，温度升至500～650℃/min时，保温60～180min，使物料脱硫，温度升至700～800℃/min时，保温60～180min，使物料开始晶型转化，温度升至850～1000℃/min时，保温60～180min，使物料完成锐钛型二氧化钛向金红石型二氧化钛的转化。

其中，煅烧处理过程升温速率控制在1～30℃/min。

其中，物料脱硫后直到整个煅烧过程结束在氧气氛中进行。

其中，铝化合物为氧化铝；钾化合物为碳酸钾、硫酸钾、氯化钾或氢氧化钾中的一种或多种；磷化合物为磷酸、磷酸铵、磷酸一氢铵或磷酸二氢铵中的一种或多种。

其中，煅烧晶种是漂洗后偏钛酸经碱溶、碱洗、调酸、精制、酸溶制得，活性大于98.5％；铝化合物优选氧化铝粉末；钾化合物优选碳酸钾溶液、硫酸钾溶液、氯化钾溶液或氢氧化钾溶液中的一种或多种；磷化合物优选磷酸溶液、磷酸铵溶液、磷酸一氢铵溶液或磷酸二氢铵溶液中的一种或多种。

本发明的有益效果：

本发明针对钛白粉初品高耐光性的特殊要求，通过掺杂Mn元素，抑制二氧化钛在光照条件下电子逃逸的能力，有利于初品的耐光性；另一方面，本发明通过合理的煅烧过程控制，保持氧气氛，可以减少晶格缺陷，提高逸出功；本发明制得的钛白粉初品粒径分布均匀，主要颜料指标优异，具有优异的耐光性，且对后续工序无影响，可用于各种领域，提高使用寿命节约能源。

具体实施方式

本发明高耐光性钛白粉的制备方法，具体可按如下步骤进行：

(1)去离子水或蒸馏水中加入二洗偏钛酸，进行打浆分散处理，得到偏钛酸浆料，浆料浓度为300～600g/L；

(2)将步骤(1)所得获得的浆料依次加入煅烧晶种、锰的化合物、钾化合物、磷化合物、铝化合物，搅拌30～90min，获得浆料；

(3)将步骤(2)所获得的浆料加入锰的化合物0.01～0.3wt％，搅拌90～120min，获得浆料

(4)将步骤(3)所得获得的浆料放入烘箱，在60-120℃进行烘干；

(5)将步骤(4)所得获得的物料，放入程控马弗炉，升温速率为1～30℃/min；

(6)当温度升至150～250℃时，保温60～180min，使物料脱水，随后继续升温，升温速率为1-30℃/min；

(7)当温度升至500～650℃时，保温60～180min，使物料脱硫，随后继续升温，升温速率为1-30℃/min；

(8)当步骤(7)完成后，开始向马弗炉内通氧，形成氧气氛，直到整个煅烧过程结束；

(9)当温度升至700～800℃时，保温60～180min，使物料开始晶型转化，随后继续升温，升温速率为1-30℃/min；

(10)当温度升至850～1000℃时，保温60～180min，使物料完成锐钛型二氧化钛向金红石型二氧化钛的转化，金红石转化率R％值达99.5％-100％；

(11)将步骤(10)获得的物料，以10-50℃/min的速度冷却到500～700℃，随后将物料取出快速冷却至室温；

(12)将步骤(11)获得的物料进行粉碎，经150～650目筛网过滤掉粗颗粒、团聚颗粒和杂质，即获得具有高耐光性的钛白粉初品。

本发明偏钛酸由硫酸法获得，具体可由自生晶种、外加晶种以及四氯化钛双效晶种制得。

本发明得到二洗偏钛酸的过程是，将矿物经酸解、沉降过滤、结晶除绿矾、浓缩得浓钛液，再进行水解、一次水洗得到一洗偏钛酸浆料，将一洗偏钛酸浆料进行漂白，将漂白后的偏钛酸进行二次水洗。

本发明合理的煅烧过程控制，有利于减少晶体内部的缺陷，有利于提高耐光性。

以下通过实施例和性能例本发明作进一步的解释和说明。

实施例1

(1)去离子水或蒸馏水中加入二洗偏钛酸，进行打浆分散处理，得到偏钛酸浆料，浆料浓度为300g/L；

(2)将煅烧晶种、钾化合物、磷化合物、铝化合物，加入偏钛酸浆料，每添加一种物质需搅拌45min，获得浆料；

(3)将步骤(2)所获浆料中加入锰化合物0.05％；

(4)将步骤(3)所得获得的物料，放入程控马弗炉，升温速率为5℃/min，当温度升至200℃时，保温120min，使物料脱水，随后继续升温，升温速率为5℃/min，当温度升至600℃/min时，保温90min，使物料脱硫，随后继续升温，同时通入氧气，升温速率为10℃/min，当温度升至750℃/min时，保温90min，使物料开始晶型转化，随后继续升温，升温速率为10℃/min，当温度升至970℃/min时，保温90min，使物料完成锐钛型二氧化钛向金红石型二氧化钛的转化，R％值达99.5％-100％；

(5)20℃/min的速度冷却到500℃，随后将物料取出快速冷却至室温/25℃；

(6)将获得的钛白粉初品颗粒进行粉碎，研磨经325目筛网过滤掉粗颗粒、团聚颗粒和杂质，即获得具有高耐候性的钛白粉初品。

实施例2

(1)去离子水或蒸馏水中加入二洗偏钛酸，进行打浆分散处理，得到偏钛酸浆料，浆料浓度为300g/L；

(2)将煅烧晶种、钾化合物、磷化合物、铝化合物，加入偏钛酸浆料，每添加一种物质需搅拌45min，获得浆料；

(3)将步骤(2)所获浆料中加入锰化合物0.10％；

(4)将步骤(3)所得获得的物料，放入程控马弗炉，升温速率为5℃/min，当温度升至200℃时，保温120min，使物料脱水，随后继续升温，升温速率为5℃/min，当温度升至600℃/min时，保温90min，使物料脱硫，随后继续升温，同时通入氧气，升温速率为10℃/min，当温度升至750℃/min时，保温90min，使物料开始晶型转化，随后继续升温，升温速率为10℃/min，当温度升至975℃/min时，保温90min，使物料完成锐钛型二氧化钛向金红石型二氧化钛的转化，R％值达99.5％-100％；

(5)30℃/min的速度冷却到550℃，随后将物料取出快速冷却至室温/25℃；

(6)将获得的钛白粉初品颗粒进行粉碎，研磨经325目筛网过滤掉粗颗粒、团聚颗粒和杂质，即获得具有高耐候性的钛白粉初品。

实施例3

(1)去离子水或蒸馏水中加入二洗偏钛酸，进行打浆分散处理，得到偏钛酸浆料，浆料浓度为300g/L；

(2)将煅烧晶种、钾化合物、磷化合物、铝化合物，加入偏钛酸浆料，每添加一种物质需搅拌45min，获得浆料；

(3)将步骤(2)所获浆料中加入锰化合物0.15％；

(4)将步骤(3)所得获得的物料，放入程控马弗炉，升温速率为5℃/min，当温度升至200℃时，保温120min，使物料脱水，随后继续升温，升温速率为5℃/min，当温度升至600℃/min时，保温90min，使物料脱硫，随后继续升温，同时通入氧气，升温速率为10℃/min，当温度升至750℃/min时，保温90min，使物料开始晶型转化，随后继续升温，升温速率为10℃/min，当温度升至980℃/min时，保温90min，使物料完成锐钛型二氧化钛向金红石型二氧化钛的转化，R％值达99.5％-100％；

(5)40℃/min的速度冷却到600℃，随后将物料取出快速冷却至室温/25℃；(6)将获得的钛白粉初品颗粒进行粉碎，研磨经325目筛网过滤掉粗颗粒、团聚颗粒和杂质，即获得具有高耐候性的钛白粉初品。

实施例4

(1)去离子水或蒸馏水中加入二洗偏钛酸，进行打浆分散处理，得到偏钛酸浆料，浆料浓度为300g/L；

(2)将煅烧晶种、钾化合物、磷化合物、铝化合物，加入偏钛酸浆料，每添加一种物质需搅拌45min，获得浆料；

(3)将步骤(2)所获浆料中加入锰化合物0.20％；

(4)将步骤(3)所得获得的物料，放入程控马弗炉，升温速率为5℃/min，当温度升至200℃时，保温120min，使物料脱水，随后继续升温，升温速率为5℃/min，当温度升至600℃/min时，保温90min，使物料脱硫，随后继续升温，同时通入氧气，升温速率为10℃/min，当温度升至750℃/min时，保温90min，使物料开始晶型转化，随后继续升温，升温速率为10℃/min，当温度升至985℃/min时，保温90min，使物料完成锐钛型二氧化钛向金红石型二氧化钛的转化，R％值达99.5％-100％；

(5)50℃/min的速度冷却到650℃，随后将物料取出快速冷却至室温/25℃；

(6)将获得的钛白粉初品颗粒进行粉碎，研磨经325目筛网过滤掉粗颗粒、团聚颗粒和杂质，即获得具有高耐候性的钛白粉初品。

性能对比例

对实例1-4得到的钛白粉进行了耐候性测试，检测方法为：将以上实施例得到的钛白粉初品，研磨30min，分别与PP树脂按一定比例混合均匀，用注塑机注塑成塑料板，用QUV进行照射，用色差仪测定照射不同时间样板的L、a、b值，色差ΔE通过下式计算，ΔE越大代表样板的耐候性越差，结果如表1所示，其中对比样品1为国内硫酸法钛白粉初品，对比样品2为国外氯化法钛白粉初品。

表1样板照射不同时间的ΔE值

由表1可以看出，使用本发明方法制得的初品，在100h、200h、300h以及400h的耐光性测试中，ΔE的值均小于样品1和样品2，这说明该方法制得的初品的耐光性优于对比产品。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.高耐光性钛白粉的制备方法，其特征在于：以二洗偏钛酸为原料，依次进行盐处理、锰掺杂、煅烧处理，冷却后经研磨制得钛白粉初品，其中，盐处理过程依次加入煅烧晶种、铝的化合物、钾的化合物、磷的化合物。

2.根据权利要求1所述的高耐光性钛白粉的制备方法，其特征在于：锰掺杂加入氧化锰、硫酸锰或高锰酸钾中的至少一种。

3.根据权利要求2所述的高耐光性钛白粉的制备方法，其特征在于：以偏钛酸中TiO₂质量为基准，锰掺杂加入量以锰元素计为0.01～0.3wt％。

4.根据权利要求1～3任一项所述的高耐光性钛白粉的制备方法，其特征在于：煅烧处理过程先升温使物料脱水，然后升温脱硫，最后升温完成锐钛型二氧化钛向金红石型二氧化钛的转化；金红石转化率R％值为99.5％-100％。

5.根据权利要求4所述的高耐光性钛白粉的制备方法，其特征在于：锰掺杂后先在60-120℃进行烘干，然后进行煅烧处理，具体为温度升至150～250℃，保温60～180min，使物料脱水，温度升至500～650℃，保温60～180min，使物料脱硫，温度升至700～800℃，保温60～180min，使物料开始晶型转化，温度升至850～1000℃，保温60～180min，使物料完成锐钛型二氧化钛向金红石型二氧化钛的转化。

6.根据权利要求5所述的高耐光性钛白粉的制备方法，其特征在于：升温速率控制在1～30℃/min。

7.根据权利要求4所述的高耐光性钛白粉的制备方法，其特征在于：物料脱硫后直到整个煅烧过程结束在氧气氛中进行。

8.根据权利要求1所述的高耐光性钛白粉的制备方法，其特征在于：所述铝化合物为氧化铝；所述钾化合物为碳酸钾、硫酸钾、氯化钾或氢氧化钾中的一种或多种；所述磷化合物为磷酸、磷酸铵、磷酸一氢铵或磷酸二氢铵中的一种或多种。

9.权利要求1所述的高耐光性钛白粉的制备方法，其特征在于：盐处理前先对二洗偏钛酸进行打浆分散处理，得到偏钛酸浆料，浆料浓度为300～600g/L。

10.权利要求1所述的高耐光性钛白粉的制备方法，其特征在于：冷却过程先以10-50℃/min的速度冷却到500～700℃，随后将物料取出快速冷却至室温。