CN113801500A

CN113801500A - 一种低比表面积钛白粉的制备方法

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Publication number: CN113801500A
Application number: CN202111226669.9A
Authority: CN
Inventors: 赵丁; 陈建立; 侯廉杰; 王永珊; 冯亚阳
Original assignee: Longbai Group Co ltd; Henan Billions Advanced Material Co Ltd
Current assignee: Longbai Group Co ltd; Henan Billions Advanced Material Co Ltd
Priority date: 2021-10-21
Filing date: 2021-10-21
Publication date: 2021-12-17
Anticipated expiration: 2041-10-21
Also published as: CN113801500B

Abstract

本发明公开了一种低比表面积钛白粉的制备方法，涉及钛白粉制备技术领域。该方法包括：(a)将钛白粉浆料升温至70～90℃，用稀碱调节pH值为9～11，进行均化；(b)加入Na₂SiO₃，进行均化；(c)于100～200min内加入稀酸调节pH值为7～8，均化使硅进行碱性沉积；(d)加入铝盐与稀酸或稀碱并流，保持pH值为4～6，进行均化；(e)用稀碱调pH值为6.8～7.2，进行均化至少120min；(f)洗涤、干燥后，在汽粉时加入含氢改性硅油。本发明严格控制硅铝比，达到了无机硅和有机硅包覆的完美结合，降低产品的比表面积。

Description

一种低比表面积钛白粉的制备方法

技术领域

本发明涉及钛白粉制备技术领域，尤其是涉及一种低比表面积钛白粉的制备方法。

背景技术

钛白粉无毒、折射率高、遮盖力强，被作为一种首选的白色颜料。塑料用钛白粉有着非常大的市场。常见的塑料用钛白粉有三大类，分别为母粒用钛白粉、型材用钛白粉、工程塑料用钛白粉，其中母粒用钛白粉基本不进行无机包覆，而后两种都需要进行一定量的无机包覆来保证其耐候性。一般来说，硅包覆可以提供耐候性，然而硅包覆产品的比表面积和吸油量都较高，这样会增加型材、工程塑料加工时的成型负荷，从而影响生产效率。因此，有必要研发一种新的制备方法，尤其是新的改进包覆方法，制备出低比表面积用的钛白粉。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低比表面积钛白粉的制备方法，以解决现有技术中硅包覆钛白粉产品的比表面积和吸油量较高的技术问题。

本发明提供的技术方案如下：

一种低比表面积钛白粉的制备方法，包括以下步骤：

(a)将钛白粉浆料升温至70～90℃，用稀碱调节pH值为9～11，进行均化；

(b)缓慢加入Na₂SiO₃，进行均化；

(c)于100～200min内加入稀酸调节pH值为7～8，均化使硅进行碱性沉积；

(d)加入铝盐与稀酸或稀碱并流，保持pH值为4～6，进行均化；

(e)用稀碱调pH值为6.8～7.2，进行均化至少120min；

(f)洗涤、干燥后，在汽粉时加入含氢改性硅油。

在一个实施方案中，所述方法在步骤(c)后还包括酸性沉积，所述酸性沉积为于50～100min内加入稀酸调节pH值为2.5～3.5，均化使硅沉积。

在一个实施方案中，所述钛白粉浆料由原级粒子的钛白粉经砂磨后制得；进一步地，所述原级粒子的粒径为0.20～0.26μm，优选为0.20～0.24μm。

在一个实施方案中，以TiO₂计，所述浆料的浓度为200～400g/L。

在一个实施方案中，以SiO₂计，所述Na₂SiO₃的用量占所述浆料中TiO₂总量的2.0～4.0wt％，优选为2.5～3.5wt％。

在一个实施方案中，所述稀酸选自H₂SO₄或HCl的一种或两种；所述稀碱选自NaOH或KOH的一种或两种。本发明对稀酸或稀碱的浓度不作具体限定，常规的稀酸或稀碱浓度均适用。

在一个实施方案中，所述铝盐选自Al₂(SO₄)₃或NaAlO₂的一种或两种；进一步地，所述铝盐的用量使得硅铝比≥3；优选地，以Al₂O₃计，所述铝盐的用量占所述料浆中TiO₂总量的0.8～1.2wt％。

在一个实施方案中，所述含氢改性硅油的用量占所述料浆中TiO₂的0.5～1.0wt％。

在一个实施方案中，所述步骤(a)-(d)中所述均化的时间为10～30min；所述步骤(d)中加入铝盐与稀酸或稀碱并流的投料时间为10～30min。

在一个实施方案中，在用稀酸或稀碱调节pH时，采用匀速滴加的方式。

在本发明的具体实施方案中，本发明进行了硅的沉积，硅的沉积可包括碱性沉积，也可同时包括碱性沉积和酸性沉积。硅的沉积步骤为了硅以Si(OH)₄的形式沉积到钛白粉的表面，Si(OH)₄有很大的活性，迅速缩聚生成缩合硅胶。

本发明中的沉积在同时涉及碱性沉积和酸性沉积的情况下，硅酸根离子质子化过程：

在碱性溶液中，硅酸的存在形式为Ⅰ和Ⅱ，带负电荷，在碱性和微酸性(pH>2)，Ⅱ和Ⅲ主要存在，在酸性溶液中Ⅳ和Ⅴ主要存在。

碱性沉积下：硅酸根离子在碱性和微酸性溶液中配位数是四，原硅酸和一价阴离子发生聚合。

酸性沉积下：酸性条件下，硅酸根离子的配位数是6，原硅酸和一价正离子间发生聚合。

无论是碱性沉积还是酸性沉积，都有裸漏羟基。

在本发明中加入所述含氢改性硅油是为了提供活泼氢，如下所示，这样可以结合硅膜层的裸漏羟基，从而实现化学键合。

本发明中，水洗、烘干操作均是采用本领域的常规方式进行。例如，所述烘干为加入闪蒸干燥机内进行烘干。

在一个具体的实施方案中，所述制备方法包括以下步骤：

1)合格原级粒子的钛白粉经砂磨后，制得料浆；

2)升温至70～90℃，用稀碱调节pH＝9～11，10～30min加完，均化10～30min；

3)加入一定量的Na₂SiO₃，用时20～40min，之后均化10～30min；

4)碱侧沉积：用稀酸调pH＝7.0～8.0，用时100～200min，之后均化10～30min；

5)酸侧沉积：用稀酸调pH＝2.5～3.5,用时为50～100min，之后均化10～30min；

6)控制硅铝比，加入一定量的铝盐与稀酸(碱)并流，保持pH＝4.0～6.0，用时为10～30min，之后均化30min；

7)用稀碱调pH＝6.8～7.2，用时为30min，之后均化120min；

8)水洗、闪蒸；

9)汽粉时添加一定量的含氢改性硅油。

此外，本发明还提供了一种根据前述的制备方法制得的低比表面积钛白粉。

有益效果：

1.本发明包覆的水合氧化硅膜层外面有裸漏的羟基，同时严格控制硅铝比≥3，这样可以保证铝膜层不足以将硅膜层完全包裹，让氧化硅膜层的羟基和有机包膜中的改性含氢硅油中的活泼氢结合，从而达到无机硅和有机硅包覆的完美结合，降低产品的比表面积；

2.本发明方法兼顾氧化硅的碱性沉积和酸性沉积，既保证了碱性沉积下异相成核，又进行了酸性沉积，从而进行硅的致密包覆，进一步降低了产品的比表面积；

3.本发明制备方法通过调节物料配比以及工艺步骤改进获得低表面积钛白粉，具有操作简单、反应条件温和。

具体实施方式

下面将结合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做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。

实施例1

合格原级粒子的钛白粉经砂磨后，制得料浆；升温至70℃，用NaOH调节pH＝9，10min加完，均化10min；加入2.5％的Na₂SiO₃，用时20min，之后均化10min；用稀盐酸调pH＝7.0，用时100min，之后均化10min；用稀酸调pH＝2.5，用时为50min，之后均化10min；0.8％的铝酸钠与稀盐酸并流，保持pH＝4.0，用时为10min，之后均化30min；用NaOH调pH＝6.8，用时为30min，之后均化120min；三洗、闪蒸；汽粉时添加0.5％的含氢改性硅油。

实施例2

合格原级粒子的钛白粉经砂磨后，制得料浆；升温至80℃，用NaOH调节pH＝10，20min加完，均化20min；加入3.0％的Na₂SiO₃，用时30min，之后均化20min；用稀硫酸调pH＝7.5，用时150min，之后均化20min；用稀硫酸调pH＝3.0，用时为75min，之后均化20min；1.0％的铝酸钠与稀硫酸并流，保持pH＝5.0，用时为20min，之后均化30min；用NaOH调pH＝7.0，用时为30min，之后均化120min；三洗、闪蒸；汽粉时添加0.75％的含氢改性硅油。

实施例3

合格原级粒子的钛白粉经砂磨后，制得料浆；升温至90℃，用KOH调节pH＝11，30min加完，均化30min；加入3.5％的Na₂SiO₃，用时40min，之后均化30min；用稀硫酸调pH＝8.0，用时200min，之后均化30min；用稀硫酸调pH＝3.5，用时为100min，之后均化30min；1.1％的硫酸铝与KOH并流，保持pH＝6.0，用时为30min，之后均化30min；用KOH调pH＝7.2，用时为30min，之后均化120min；三洗、闪蒸；汽粉时添加1.0％的含氢改性硅油。

对比例1(常规硅铝比)

未经包覆的钛白粉经砂磨后，制得料浆；升温至90℃，用NaOH调节pH＝10，30min加完，均化30min；加入3.0％的Na₂SiO₃，用时30min，之后均化30min；用稀盐酸调pH＝7.0,用时为150min，之后均化30min；用稀盐酸调pH＝3.5,用时为100min，之后均化30min；2.5％的NaAlO₂与稀硫酸并流，保持pH＝8.0，用时为60min，之后均化30min；用NaOH调pH＝7.0，用时为30min，之后均化120min；三洗、闪蒸；汽粉时添加0.6％的含氢改性硅油。

对比例2(常规硅油)

未经包覆的钛白粉经砂磨后，制得料浆；升温至90℃，用NaOH调节pH＝10，30min加完，均化30min；加入3.0％的Na₂SiO₃，用时30min，之后均化30min；用稀盐酸调pH＝7.0,用时为150min，之后均化30min；用稀硫酸调pH＝3.5，用时为100min，之后均化30min；1.0％的NaAlO₂与稀硫酸并流，保持pH＝8.0，用时为60min，之后均化30min；用NaOH调pH＝7.0，用时为30min，之后均化120min；三洗、闪蒸；汽粉时添加0.6％的硅油。

对比例3(常规硅沉积方式)

未经包覆的钛白粉经砂磨后，制得料浆；升温至90℃，用NaOH调节pH＝10，30min加完，均化30min；加入3.0％的Na₂SiO₃，用时30min，之后均化30min；用稀盐酸调pH＝7.0,用时为150min，之后均化30min；1.0％的NaAlO₂与稀硫酸并流，保持pH＝8.0，用时为60min，之后均化30min；用NaOH调pH＝7.0，用时为30min，之后均化120min；三洗、闪蒸；汽粉时添加0.6％的含氢改性硅油。

测试结果如下：

样品	BET(m<sup>2</sup>/g)	吸油量(g/100g)	加工性能
				实施例1	6.9	15.6	良好
实施例2	6.5	14.9	良好
				实施例3	6.2	14.4	良好
对比例1	11.2	18.5	一般偏差
				对比例2	10.5	17.1	一般
对比例3	8.9	16.6	一般

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种低比表面积钛白粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(b)加入Na₂SiO₃，进行均化；

(d)加入铝盐与稀酸或稀碱并流，保持pH值为4～6，进行均化；

(e)用稀碱调pH值为6.8～7.2，进行均化至少120min；

(f)洗涤、干燥后，在汽粉时加入含氢改性硅油。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述方法在步骤(c)后还包括酸性沉积，所述酸性沉积为于50～100min内加入稀酸调节pH值为2.5～3.5，均化使硅沉积。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钛白粉浆料由原级粒子的钛白粉经砂磨后制得；进一步地，所述原级粒子的粒径为0.20～0.26μm，优选为0.20～0.24μm。

4.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于，以TiO₂计，所述浆料的浓度为200～400g/L。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，以SiO₂计，所述Na₂SiO₃的用量占所述浆料中TiO₂总量的2.0～4.0wt％，优选为2.5～3.5wt％。

6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述稀酸选自H₂SO₄或HCl的一种或两种；所述稀碱选自NaOH或KOH的一种或两种。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铝盐选自Al₂(SO₄)₃或NaAlO₂的一种或两种；进一步地，所述铝盐的用量使得硅铝比≥3；优选地，以Al₂O₃计，所述铝盐的用量占所述浆料中TiO₂总量的0.8～1.2wt％。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含氢改性硅油的用量占所述浆料中TiO₂的0.5～1.0wt％。

9.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(a)-(d)中，所述均化的时间为10～30min；所述步骤(d)中加入铝盐与稀酸或稀碱并流的投料时间为10～30min。

10.一种低比表面积钛白粉，其特征在于，根据权利要求1～9中任一项所述的制备方法制得。