CN113479932A - 一种大粒径长条形钛白粉及制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大粒径长条形钛白粉及制备方法和应用，将偏钛酸打浆成预定浓度的偏钛酸浆料；在偏钛酸浆料中加入预定量的金红石二氧化钛溶胶，得到第二浆料；向第二浆料中加入预定量的添加剂，并搅拌均匀，得到第三浆料；将第三浆料过滤或烘干，得到煅烧原料；将煅烧原料进行煅烧处理；煅烧结束后将煅烧产物研磨，得到二氧化钛粉末。本发明提供的大粒径长条形钛白粉及其制备方法，通过加入金红石二氧化钛作为煅烧晶种，加入添加剂后在合理温度下煅烧，从而能够获得粒径合适的长条形钛白粉，长轴方向粒径较大可对近红外线产生强烈的反射，而短轴方向又可对可见光产生较强反射，使得其能够实现较好的隔热效果，可广泛应用于隔热涂料。

Description

一种大粒径长条形钛白粉及制备方法和应用
技术领域
本发明涉及化工技术领域，尤其涉及一种大粒径长条形钛白粉及制备方法和应用。
背景技术
钛白粉是一种重要的工业原料，它在涂料、塑料、油墨、造纸等行业中有大量的应用。目前市场上的钛白粉多为椭球形的纳米或亚微米级粉末。
太阳光辐射到地面的能量由紫外线、可见光、近红外线3部分组成，其中紫外光占3％，可见光占44％，近红外区域的能量占太阳辐射能量的53％，近红外线具有强烈的热效应。颗粒对光的反射与颗粒粒径有关，当颗粒粒径是光波长的一半时反射能力最强，目前常用钛白粉多为近球形，粒径范围主要集中在150～350nm，对可见光具有较强的反射能力，但对近红外光反射能力较差，因此用其制备的反射隔热涂料效果不佳。近红外光(NearInfrared，NIR)是介于可见光(ⅥS)和中红外光(MIR)之间的电磁波，按ASTM(美国试验和材料检测协会)定义是指波长在780～2526nm范围内的电磁波，要对该波段光波进行较强的反射，理想的颗粒粒径范围为390～1763nm。
因此，开发长条形大颗粒钛白具有可弥补现有钛白产品的不足，促进其在隔热涂料行业的应用，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明实施例提出一种大粒径长条形钛白粉及制备方法和应用。
一方面，本发明实施例所公开的一种大粒径长条形钛白粉的制备方法，其包括：
步骤一 将偏钛酸打浆成预定浓度的偏钛酸浆料；
步骤二 在所述偏钛酸浆料中加入预定量的金红石二氧化钛溶胶，得到第二浆料；
步骤三 向所述第二浆料中加入预定量的添加剂，并搅拌均匀，得到第三浆料；
步骤四 将所述第三浆料过滤或烘干，得到煅烧原料；
步骤五 将所述煅烧原料进行煅烧处理；
步骤六 煅烧结束后将煅烧产物研磨，得到二氧化钛粉末。
进一步地，步骤一中，所述预定浓度为200-350g/L。
进一步地，所述金红石二氧化钛溶胶的加入量为所述偏钛酸浆料质量的5％-10％。
进一步地，所述添加剂为含锂溶液或含钾锂混合溶液中的至少一种。
进一步地，以添加剂中的氧化物含量计，添加剂的加入量为偏钛酸浆料中二氧化钛质量的0.1％-1.5％。
进一步地，所述煅烧处理的温度为900℃-1200℃，处理时间为0.5-5h。
进一步地，所述金红石二氧化钛溶胶的平均粒径为20-50nm。
所述添加剂为KOH、KHCO3、K2CO3、KCL、K2SO4、LiOH、LiHCO3、Li2CO3、LiCl、Li2SO4中的至少一种含钾溶液或含钾溶液与含锂溶液的混合溶液。
另一方面，本发明实施例还公开了一种大粒径长条形钛白粉，粒径范围为150-3000nm，长端为500-3000nm，短端为150-400nm，长径比1.5～5.1。
本发明还公开了上述的大粒径长条形钛白粉在制备隔热涂料中的用途。
采用上述技术方案，本发明至少具有如下有益效果：
本发明提供的大粒径长条形钛白粉及其制备方法，通过加入金红石二氧化钛作为煅烧晶种，加入添加剂后在合理温度下煅烧，从而能够获得粒径合适的长条形钛白粉，长轴方向粒径较大可对近红外线产生强烈的反射，而短轴方向又可对可见光产生较强反射，使得其能够实现较好的隔热效果，可广泛应用于隔热涂料。
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为本发明对比例1的技术方案得到的钛白粉的SEM形貌图；
图2为本发明实施例1的技术方案得到的钛白粉的SEM形貌图；
图3为本发明实施例2的技术方案得到的钛白粉的SEM形貌图；
图4为本发明对比例2的技术方案得到的钛白粉的SEM形貌图；
图5为本发明对比例3的技术方案得到的钛白粉的SEM形貌图；
图6为本发明对比例4的技术方案得到的钛白粉的SEM形貌图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。
需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
本发明一些实施例公开了一种大粒径长条形钛白粉的制备方法，包括：
步骤一 将偏钛酸打浆成预定浓度的偏钛酸浆料；该预定浓度优选为200-350g/L。
步骤二 在所述偏钛酸浆料中加入预定量的金红石二氧化钛溶胶，得到第二浆料；所述金红石二氧化钛溶胶的加入量优选为偏钛酸浆料质量的5％-10％；金红石二氧化钛溶胶的平均粒径为20-50nm。
步骤三 向所述第二浆料中加入预定量的添加剂，并搅拌均匀，得到第三浆料；以添加剂中的氧化物含量计，添加剂的加入量优选为偏钛酸浆料中二氧化钛质量的0.1％-1.5％。添加剂可以为KOH、KHCO3、K2CO3、KCL、K2SO4、LiOH、LiHCO3、Li2CO3、LiCl、Li2SO4中的至少一种含钾溶液或含钾溶液和含锂溶液的混合溶液。
步骤四 将所述第三浆料过滤或烘干，得到煅烧原料；
步骤五 将所述煅烧原料进行煅烧处理；煅烧处理的温度优选为900℃-1200℃，处理时间优选为0.5-5h。
步骤六 煅烧结束后将煅烧产物研磨，得到二氧化钛粉末。
通过上述实施例可获得的棒状或长条形结构的二氧化钛，粒径范围为150-3000nm，长端为500-3000nm，短端为150-400nm，长径比1.5～5.1。因其长轴方向粒径较大可对近红外线产生强烈的反射，而短轴方向又可对可见光产生较强反射，因此可对近红外线产生强烈的反射，可广泛用于室外需要在太阳光下降低表面温度和减少热能传导到房屋和物体内部的产品，如屋顶涂料、彩钢瓦涂料、外墙涂料、汽车漆、军事伪装涂料、百叶窗和遮阳帘涂料、太阳伞涂料、室外涂布涂料、军事与运动服装涂料、皮革涂料，塑料顶棚和遮阳板、大棚膜、人造塑料草皮、塑胶散步道材料、户外塑料椅等。
本发明实施例中，煅烧晶种的加入量和粒径的选择，有利于加快转化速度，通过加入添加剂，结合煅烧晶种和后续的煅烧过程控制，促使生成分布均匀的长条状二氧化钛，使获得的二氧化钛的形状和粒径能够满足对红外线和可见光的反射要求。
对比例1(普通球形钛白)
(1)将偏钛酸打浆成200～350g/l的浆料。
(2)在浆料中加入5.5％的金红石二氧化钛溶胶作为煅烧晶种，搅拌均匀。
(3)将浆料过滤或烘干；
(4)在960℃煅烧样品4h；
(5)研磨得到二氧化钛粉末。
该对比例得到的钛白粉的SEM形貌如图1所示，可以看出，其为普通的球形钛白，对红外线的反射能力较弱。
实施例1
(1)将偏钛酸打浆成200～350g/l的浆料。
(2)在浆料中加入偏钛酸浆料质量的5.5％的金红石二氧化钛溶胶作为煅烧晶种。
(3)在浆料中加入质量浓度为0.4％的含钾溶液(KOH、KCO3、KCL、K2SO4)，搅拌均匀；
(4)将浆料过滤或烘干；
(5)在960℃煅烧样品4h；
(6)研磨得到条形二氧化钛粉末。
本实施例得到的钛白粉的SEM形貌如图2所示，可以看出，其得到了条形的二氧化钛，该条形二氧化钛的粒径范围为160-1200nm，长端为300-1200nm，短端为160-500，长径比为1.5-3.2。其长轴方向可对近红外线产生强烈的反射，而短轴方向又可对可见光产生较强反射，因此可对近红外线和可见光产生强烈的反射，具有较好的隔热能力。
实施例2
(1)将偏钛酸打浆成200～350g/l的浆料。
(2)在浆料中加入偏钛酸浆料质量的5％的煅烧晶种金红石二氧化钛溶胶。
(3)在浆料中加入质量浓度为0.15％的LiOH溶液和质量浓度为0.3％KOH溶液，搅拌均匀；
(4)将浆料过滤或烘干；
(5)在920℃煅烧样品1h；
(6)研磨得到条形二氧化钛粉末。
本实施例得到的钛白粉的SEM形貌如图3所示，可以看出，其得到了条形的二氧化钛，该条形二氧化钛的粒径范围为170-1780nm，长端为440-1780nm，短端为170-430nm，长径比为1.6-5.1。其长轴方向可对近红外线产生强烈的反射，而短轴方向又可对可见光产生较强反射，因此可对近红外线和可见光产生强烈的反射，具有较好的隔热能力。
对比例2(不加钾盐，只加煅烧晶种和锂盐)
(1)将偏钛酸打浆成200～350g/l的浆料。
(2)在浆料中加入偏钛酸浆料质量的10％的煅烧晶种金红石二氧化钛溶胶。
(3)在浆料中加入质量浓度为1.5％的LiOH溶液，搅拌均匀；
(4)将浆料过滤或烘干；
(5)在1000℃煅烧样品1h；
(6)研磨得到条形二氧化钛粉末。
本实施例得到的钛白粉的SEM形貌如图4所示，可以看出，其得到的是粒径1～5μm的大粒径非条形的金红石二氧化钛。由此可见，锂盐可促进粒子长大，但不能控制粒子形貌向长条形生长。
对比例3(不加煅烧晶种)
(1)将偏钛酸打浆成200～350g/l的浆料。
(2)在浆料中加入偏钛酸浆料质量的0.4％KOH溶液，搅拌均匀；
(3)将浆料过滤或烘干；
(4)在960℃煅烧样品4h；
研磨得到锐钛型非长条二氧化钛粉末，其SEM形貌如图5所示。实验证明，其对近红外线的反射能力一般，隔热能力远远低于实施例1和实施例2所得到的长条形二氧化钛粉末。
对比例4(加入氢氧化钠，不加钾盐)
(1)将偏钛酸打浆成200～350g/l的浆料。
(2)在浆料中加入5％的煅烧晶种。
(3)在浆料中加入偏钛酸浆料质量的0.4％NaOH溶液，搅拌均匀；
(4)将浆料过滤或烘干；
(5)在960℃煅烧样品4h；
研磨得到的二氧化钛粉末，如图6所示，其SEM形貌图显示，其为条形形状和非长条形混合，且粒度分布不均匀的二氧化钛粉末。
由上述实施例可以看出，在二氧化钛粉末的制备中，不加入煅烧晶种时，得到的是近球形的锐钛型二氧化钛。加入钠盐得到的是分布不均匀，含有部分长条形但不规则的颗粒。而采用加入金红石二氧化钛作为煅烧晶种，加入添加剂后在合理温度下煅烧，从而能够获得粒径合适且分布均匀的长条形钛白粉。
以采用上述实施例所得钛白粉为原料，按表1常规隔热反射涂料配方制备反射隔热涂料，对比涂料反射效果见表2，由结果可知，采用大颗粒长条形二氧化钛可提高隔热涂料对光10％～20％的反射效果，从而大幅度提高隔热效果。
表1反射隔热涂料配方
原料 配比/％
水 19.6
分散剂 1.0
二氧化钛 9.8
滑石粉 4.9
重钙 12.7
乳液 39.2
增稠剂 1.0
玻璃空心微球 11.8
合计 100
表2反射隔热涂料对太阳光的反射效果对比
Figure BDA0003195501010000081
需要特别指出的是，上述各个实施例中的各个组件或步骤均可以相互交叉、替换、增加、删减，因此，这些合理的排列组合变换形成的组合也应当属于本发明的保护范围，并且不应将本发明的保护范围局限在所述实施例之上。
以上是本发明公开的示例性实施例，上述本发明实施例公开的顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。但是应当注意，以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子，在不背离权利要求限定的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的公开实施例的方法权利要求的功能、步骤和/或动作不需以任何特定顺序执行。此外，尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明实施例的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大粒径长条形钛白粉的制备方法，其特征在于，包括：
步骤一 将偏钛酸打浆成预定浓度的偏钛酸浆料；
步骤二 在所述偏钛酸浆料中加入预定量的金红石二氧化钛溶胶，得到第二浆料；
步骤三 向所述第二浆料中加入预定量的添加剂，并搅拌均匀，得到第三浆料；
步骤四 将所述第三浆料过滤或烘干，得到煅烧原料；
步骤五 将所述煅烧原料进行煅烧处理；
步骤六 煅烧结束后将煅烧产物研磨，得到二氧化钛粉末。
2.根据权利要求1所述的大粒径长条形钛白粉的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述预定浓度为200-350g/L。
3.根据权利要求1所述的大粒径长条形钛白粉的制备方法，其特征在于，所述金红石二氧化钛溶胶的加入量为所述偏钛酸浆料质量的5％-10％。
4.根据权利要求1所述的大粒径长条形钛白粉的制备方法，其特征在于，所述添加剂为含锂溶液或含钾与锂的混合溶液中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的大粒径长条形钛白粉的制备方法，其特征在于，以添加剂中的氧化物含量计，添加剂的加入量优选为偏钛酸浆料中二氧化钛质量的0.1％-1.5％。
6.根据权利要求1所述的大粒径长条形钛白粉的制备方法，其特征在于，所述煅烧处理的温度为900℃-1200℃，处理时间为0.5-5h。
7.根据权利要求1所述的大粒径长条形钛白粉的制备方法，其特征在于，所述金红石二氧化钛溶胶的平均粒径为20-50nm。
8.根据权利要求4所述的大粒径长条形钛白粉的制备方法，其特征在于，所述添加剂为KOH、KHCO3、K2CO3、KCL、K2SO4、LiOH、LiHCO3、Li2CO3、LiCl、Li2SO4中的至少一种含钾溶液或含钾溶液与含钾溶液的混合溶液。
9.一种大粒径长条形钛白粉，其特征在于，粒径范围为150-3000nm，长端为500-3000nm，短端为150-400nm；长径比为1.5-4.0。
10.权利要求9所述的大粒径长条形钛白粉用于隔热涂料的制备。
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