CN117902622A - 一种油墨专用硫酸法钛白初品粒度形貌控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及硫酸法钛白工艺中初品的生产技术领域，具体涉及一种油墨专用硫酸法钛白初品的粒度形貌控制方法，包括盐处理添加、浆液煅烧以及冷却三个步骤，通过调整盐处理剂的添加种类以及添加量、煅烧步骤以及冷却方式等参数，精确控制硫酸法钛白初品的金红石含量、初品粒径的平均值以及外观形貌，更适用于油墨专用体系，有利于提升产品的亮度、白度以及遮盖力等应用性能指标，具有良好的应用和推广前景。
Description
技术领域
本发明涉及硫酸法钛白工艺中初品的生产技术领域，具体涉及一种油墨专用硫酸法钛白初品的粒度形貌控制方法。
背景技术
钛白粉俗称钛白，理化性质十分稳定，无毒、无害，具有高折射率、最佳不透明性、最佳白度和光亮度等优良的光电学性能，是世界上最好的白色颜料，广泛应用于涂料、塑料、造纸、油墨、电子等领域。在油墨应用领域，钛白产品要求白度高、光泽度高、遮盖力高等。目前油墨专用钛白应用领域高端产品以硫酸法钛白初品为主，而硫酸法钛白初品的粒度与形貌从根源上决定了最终成品的白度、亮度以及遮盖力等应用指标。
在盐处理剂对钛白粒子的作用中，锌系盐处理剂会使得钛白粒子沿短向生长，因此可以得到球形度更好的钛白初品。与之作用相反的是，铝系盐处理剂的添加将使得钛白粒子沿长向生长，使得钛白粒子球形度变差，即钛白粒子“更长”。而根据目前的应用体系来看，高端油墨专用钛白产品的初品往往采用铝系而非锌系盐处理剂。当煅烧初品的平均粒度位于200~230nm，粒子的形貌球型度小于1.4时，油墨专用钛白成品具有更优的应用指标。因此，如何精确调整铝系盐处理剂且与煅烧制度相配合，得到满足高端油墨专用钛白的煅烧初品已成为亟待解决的问题。
授权公告号为CN107032395B的发明专利提出一种钛白粉生产时的盐处理方法，包括如下步骤：a、在偏钛酸加水搅拌制浆；b、将偏钛酸加入特定两的钾盐、磷盐、锡盐和铝盐；c、过滤、取滤饼、煅烧，得到钛白初品。该方法通过特定的处理剂及其用量，提高处理后得到的钛白粉的消色力，提高钛白粉品质。但上述方案提出的钛白粉生产时的盐处理方法，生产得到的钛白初品并未针对何种用途的钛白粉产品，不具备专用性。另外，添加的盐处理剂和煅烧制度会对最终的煅烧初品粒度分布以及外观形貌产生极大地影响，该方法也并未涉及这方面的说明。
授权公告号为CN106946287B的发明专利提出一种钛白初品粒径的精确控制方法，该方法包括以下三个步骤：钛液水解、偏钛酸盐处理、煅烧；在钛液水解时，调节钛液初始浓度、搅拌速度和钛液加热温度及时间等参数，在偏钛酸盐处理时调节所用盐种类和含量，在煅烧时分为三阶段，精确控制每一阶段的煅烧温度和时间，从而精确控制钛白初品的粒径。该方法能有效将钛白初品平均粒径控制在250~270nm范围内，得到钛白初品散射力大，光学性能好，适宜于涂料等领域的通用型钛白。但上述已公开的硫酸法钛白初品粒径精确控制方法，得到的钛白初品平均粒径控制在250~270nm范围内，适用于涂料领域的通用型钛白，而不满足油墨专用型钛白初品的平均粒径要求。基于此，现有技术仍然有待改进。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出油墨专用硫酸法钛白初品粒度形貌控制方法，以解决现有的钛白初品粒径精确控制方法难以满足高端油墨专用钛白需求。
本发明的一种油墨专用硫酸法钛白初品粒度形貌控制方法，包括以下步骤：
a.偏钛酸盐处理过程：
向过滤后的偏钛酸溶液中分别加入包含铝元素、磷元素以及钾元素的盐处理剂溶液，将加入盐处理剂溶液后的偏钛酸溶液进行搅拌使其混合均匀，得到盐处理后的偏钛酸；
b.煅烧过程：
对步骤a得到的盐处理后的偏钛酸分三阶段进行煅烧，第一阶段煅烧过程脱去偏钛酸中的水；第二阶段煅烧过程脱去偏钛酸中的硫；第三阶段煅烧过程使偏钛酸转化为金红石型二氧化钛初品，同时金红石型二氧化钛初品晶体长大至产品所需的粒度大小以及外观形貌；
c.冷却过程：
对步骤b得到的高温金红石型二氧化钛初品进行冷却，获得钛白初品。
进一步地，步骤a中铝元素加入量以TiO2计偏钛酸质量的0.1%~0.2%，磷元素加入量以TiO2计偏钛酸质量的0.05%~0.15%，钾元素加入量以TiO2计偏钛酸质量的0.10%~0.15%。
进一步地，步骤b中第一阶段煅烧过程由室温增加至400~450℃，升温过程持续时间为1~2h，待温度到达目标温度后，保持该目标温度0.5~1.5h。
进一步地，第二阶段煅烧过程继续升温至720~780℃，待温度到达目标温度后，保持该目标温度0.5~1.5h。
进一步地，第三阶段煅烧过程升温至880~920℃，待温度到达目标温度后，保持该目标温度0.5~1.5h。
进一步地，步骤b中煅烧过程最后阶段的温度和时间共同配合，最终实现当煅烧进入冷却阶段前，煅烧初品的金红石转化率为97.5%~99.5%。
进一步地，步骤c中，当温度在600℃以上时，冷却速率大于200℃/min。
进一步地，步骤a中，向过滤后的偏钛酸溶液加入的包含铝元素、磷元素以及钾元素的盐处理剂溶液顺序无要求。
进一步地，步骤c中，采用气相法对高温金红石型二氧化钛初品进行冷却。
进一步地，步骤a中，包含铝元素、磷元素以及钾元素的盐处理剂溶液分别为硫酸铝、磷酸以及氢氧化钾溶液。
本发明的有益效果为：本发明提出的一种油墨专用硫酸法钛白初品粒度形貌控制方法包括盐处理添加、浆液煅烧以及冷却三个步骤，通过调整盐处理剂的添加种类以及添加量、煅烧步骤（包含煅烧温度、煅烧时间与停留时间）以及冷却方式等参数，精确控制硫酸法钛白初品的金红石含量、初品粒径的平均值以及外观形貌，采用该方法生产得到的钛白初品有利于提升产品的应用性能指标，更适用于油墨专用体系，有利于提升产品的亮度、白度以及遮盖力等应用性能指标，具有良好的应用和推广前景。
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实施例。
图1示出了本发明实施例提供的一种油墨专用硫酸法钛白初品粒度形貌控制方法的流程图；
图2示出了采用本发明一个实施例得到的初品SEM图像。
具体实施方式
应当理解，在示例性实施例中所示的本发明的实施例仅是说明性的。虽然在本发明中仅对少数实施例进行了详细描述，但本领域技术人员很容易领会在未实质脱离本发明主题的教导情况下，多种修改是可行的。相应地，所有这样的修改都应当被包括在本发明的范围内。在不脱离本发明的主旨的情况下，可以对以下示例性实施例的设计、操作条件和参数等做出其他的替换、修改、变化和删减。
本发明实施例提供的一种油墨专用硫酸法钛白初品粒度形貌控制方法，包括以下步骤：
a.偏钛酸盐处理过程：
向过滤后的偏钛酸溶液中分别加入包含铝元素、磷元素以及钾元素的盐处理剂溶液，将加入盐处理剂溶液后的偏钛酸溶液进行搅拌使其混合均匀，得到盐处理后的偏钛酸。
b.煅烧过程：
对步骤a得到的盐处理后的偏钛酸分三阶段进行煅烧，第一阶段煅烧过程脱去偏钛酸中的水；第二阶段煅烧过程脱去偏钛酸中的硫；第三阶段煅烧过程使偏钛酸转化为金红石型二氧化钛初品，同时金红石型二氧化钛初品晶体长大至产品所需的粒度大小以及外观形貌。
c.冷却过程：
对步骤b得到的高温金红石型二氧化钛初品进行冷却，冷却后即可得到钛白初品。
本方案包括盐处理添加、浆液煅烧以及冷却三个步骤，通过调整盐处理剂的添加种类以及添加量、煅烧步骤以及冷却方式等参数，精确控制硫酸法钛白初品的金红石含量、初品粒径的平均值以及外观形貌，采用该方法生产得到的钛白初品有利于提升产品的应用性能指标，更适用于油墨专用体系，有利于提升产品的亮度、白度以及遮盖力等应用性能指标，具有良好的应用和推广前景。
在一些实施例中，步骤a中铝元素加入量以TiO2计偏钛酸质量的0.1%~0.2%，磷元素加入量以TiO2计偏钛酸质量的0.05%~0.15%，钾元素加入量以TiO2计偏钛酸质量的0.10%~0.15%。
在一些实施例中，步骤b中第一阶段煅烧过程由室温增加至400~450℃，升温过程持续时间为1~2h，待温度到达目标温度后，保持该目标温度0.5~1.5h。
在一些实施例中，第二阶段煅烧过程在第一阶段煅烧过程温度的基础上继续升温至720~780℃，待温度到达目标温度后，保持该目标温度0.5~1.5h。
在一些实施例中，第三阶段煅烧过程在第二阶段煅烧过程温度的基础上升温至880~920℃，待温度到达目标温度后，保持该目标温度0.5~1.5h。
在一些实施例中，步骤b中煅烧过程最后阶段的温度和时间共同配合，最终实现当煅烧进入冷却阶段前，煅烧初品的金红石转化率为97.5%~99.5%，粒度均值控制于200~230nm，钛白粒子的球型度控制于1.2~1.4。将得到的钛白初品应用于油墨钛白专用体系中，具有较优的如白度、亮度以及遮盖力等应用指标。
在一些实施例中，步骤c中，当温度在600℃以上时，冷却速率大于200℃/min。采取该冷却方式的目的是防止自然冷却过程中二氧化钛颗粒在高温阶段继续长大，提高初品粒度以及形貌的可控性。
在一些实施例中，步骤a中，向过滤后的偏钛酸溶液加入的包含铝元素、磷元素以及钾元素的盐处理剂溶液顺序无要求。
在一些实施例中，步骤c中，采用气相法对高温金红石型二氧化钛初品进行急速冷却。采取急速冷却方式的目的是防止自然冷却过程中二氧化钛颗粒在高温阶段继续长大，提高钛白初品粒度以及形貌的可控性。具体地，气相法是将一氧化碳燃烧合成纳米二氧化钛的技术，把计量的氧气和一氧化碳在燃烧器内充分燃烧，产生高温富氧气流与高温四氯化钛蒸气快速混合，反应后进行冷却。由于金红石的稳定性较高，因此该方法特别适用于其处理。
在一些实施例中，包含铝元素、磷元素以及钾元素的盐处理剂溶液分别为硫酸铝、磷酸以及氢氧化钾溶液。
下面结合具体的实施例对本发明作详细的说明：
实施例1
采用下述方法，生产得到一种满足高端油墨专用硫酸法钛白的初品，具体操作步骤如下：
a.偏钛酸盐处理过程
向过滤后的偏钛酸溶液中分别加入硫酸铝、磷酸以及氢氧化钾溶液，加入顺序无要求。其中，硫酸铝中铝元素加入量以TiO2计偏钛酸质量的0.10%，磷酸中磷元素加入量以TiO2计偏钛酸质量的0.05%，氢氧化钾中钾元素加入量以TiO2计偏钛酸质量的0.10%。将加入盐处理剂后的偏钛酸溶液进行搅拌使其混合均匀，得到盐处理后的偏钛酸。
b.煅烧过程
对步骤a得到的盐处理后的偏钛酸进行煅烧，煅烧过程需要分段进行。第一阶段煅烧过程由室温增加至400℃，升温过程持续时间为1h，待温度到达目标温度后，在该温度保持0.5h，该过程的目的是脱去偏钛酸中的水；第二阶段煅烧过程继续升温至720℃，升温过程持续时间为1h，待温度到达目标温度后，在该温度保持0.5h，该过程的目的是脱去偏钛酸中的硫；第三阶段煅烧过程升温至880℃，升温过程持续时间为1h，待温度到达后，在该温度保持0.5h，该过程的目的是将偏钛酸转化为金红石型二氧化钛，同时金红石型二氧化钛初品晶体长大至所产品所需的粒度大小以及外观形貌。
c.冷却过程
对步骤b得到的高温二氧化钛初品进行冷却，冷却过程需要采用急速冷却方式，冷却后即可得到钛白初品。
采用该参数得到的煅烧初品，经过测试，其金红石转化率为97.5%，统计得到的粒度平均值为220nm，粒度标准偏差为71nm，球形度为1.20。
实施例2
采用下述方法，生产得到一种满足高端油墨专用硫酸法钛白的初品，具体操作步骤如下：
a.偏钛酸盐处理过程
向过滤后的偏钛酸溶液中分别加入硫酸铝、磷酸以及氢氧化钾溶液，加入顺序无要求。其中，硫酸铝中铝元素加入量以TiO2计偏钛酸质量的0.20%，磷酸中磷元素加入量以TiO2计偏钛酸质量的0.15%，氢氧化钾中钾元素加入量以TiO2计偏钛酸质量的0.15%。将加入盐处理剂后的偏钛酸溶液进行搅拌使其混合均匀，得到盐处理后的偏钛酸。
b.煅烧过程
对步骤a得到的盐处理后的偏钛酸进行煅烧，煅烧过程需要分段进行。第一阶段煅烧过程由室温增加至450℃，升温过程持续时间为2h，待温度到达目标温度后，在该温度保持1.5h，该过程的目的是脱去偏钛酸中的水；第二阶段煅烧过程继续升温至780℃，升温过程持续时间为1h，待温度到达目标温度后，在该温度保持1.5h，该过程的目的是脱去偏钛酸中的硫；第三阶段煅烧过程升温至920℃，升温过程持续时间为1h，待温度到达后，在该温度保持1.5h，该过程的目的是偏钛酸转化为金红石型二氧化钛，同时金红石型二氧化钛初品晶体长大至所产品所需的粒度大小以及外观形貌。
c.冷却过程
对步骤b得到的高温二氧化钛初品进行冷却，冷却过程需要采用急速冷却方式，冷却后即可得到钛白初品。
采用该参数得到的煅烧初品，经过测试，其金红石转化率为99.5%，统计得到的粒度平均值为230nm，粒度标准偏差为79nm，球形度为1.40。
实施例3
采用下述方法，生产得到一种满足高端油墨专用硫酸法钛白的初品，具体操作步骤如下：
a.偏钛酸盐处理过程
向过滤后的偏钛酸溶液中分别加入硫酸铝、磷酸以及氢氧化钾溶液，加入顺序无要求。其中，硫酸铝中铝元素加入量以TiO2计偏钛酸质量的0.15%，磷酸中磷元素加入量以TiO2计偏钛酸质量的0.10%，氢氧化钾中钾元素加入量以TiO2计偏钛酸质量的0.10%。将加入盐处理剂后的偏钛酸溶液进行搅拌使其混合均匀，得到盐处理剂后的偏钛酸。
b.煅烧过程
对步骤a得到的盐处理偏钛酸进行煅烧，煅烧过程需要分段进行。第一阶段煅烧过程由室温增加至420℃，升温过程持续时间为1h，待温度到达目标温度后，在该温度保持1.5h，该过程的目的是脱去偏钛酸中的水；第二阶段煅烧过程继续升温至760℃，升温过程持续时间为1h，待温度到达目标温度后，在该温度保持0.5h，该过程的目的是脱去偏钛酸中的硫；第三阶段煅烧过程升温至900℃，升温过程持续时间为1h，待温度到达后，在该温度保持1.5h，该过程的目的是偏钛酸转化为金红石型二氧化钛，同时晶体长大至所产品所需的粒度大小以及外观形貌。
c.冷却过程
对步骤b得到的高温二氧化钛初品进行冷却，冷却过程需要采用急速冷却方式，冷却后即可得到钛白初品。
采用该参数得到的煅烧初品，经过测试，其金红石转化率为98.9%，统计得到的粒度平均值为221nm，粒度标准偏差为75nm，球形度为1.31。
由实例实施结果可知，采用本发明的油墨专用硫酸法钛白初品粒度形貌控制方法，可生产获得的铝系高端油墨钛白专用初品，其金红石转化率位于97.5%~99.5%之间，粒度均值位于200~230nm之间，钛白粒子的球型度位于1.2~1.4之间。该钛白初品有利于提升产品的应用性能指标，非常适用于油墨专用体系。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种油墨专用硫酸法钛白初品粒度形貌控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.偏钛酸盐处理过程：
向过滤后的偏钛酸溶液中分别加入包含铝元素、磷元素以及钾元素的盐处理剂溶液，将加入盐处理剂溶液后的偏钛酸溶液进行搅拌使其混合均匀，得到盐处理后的偏钛酸；
b.煅烧过程：
对步骤a得到的盐处理后的偏钛酸分三阶段进行煅烧，第一阶段煅烧过程脱去偏钛酸中的水；第二阶段煅烧过程脱去偏钛酸中的硫；第三阶段煅烧过程使偏钛酸转化为金红石型二氧化钛初品，同时金红石型二氧化钛初品晶体长大至产品所需的粒度大小以及外观形貌；
c.冷却过程：
对步骤b得到的高温金红石型二氧化钛初品进行冷却，获得钛白初品。
2.根据权利要求1所述的油墨专用硫酸法钛白初品粒度形貌控制方法，其特征在于，所述步骤a中铝元素加入量以TiO2计偏钛酸质量的0.1%~0.2%，磷元素加入量以TiO2计偏钛酸质量的0.05%~0.15%，钾元素加入量以TiO2计偏钛酸质量的0.1%~0.15%。
3.根据权利要求1所述的油墨专用硫酸法钛白初品粒度形貌控制方法，其特征在于，所述步骤b中第一阶段煅烧过程由室温增加至400~450℃，升温过程持续时间为1~2h，待温度到达目标温度后，保持该目标温度0.5~1.5h。
4.根据权利要求3所述的油墨专用硫酸法钛白初品粒度形貌控制方法，其特征在于，第二阶段煅烧过程继续升温至720~780℃，待温度到达目标温度后，保持该目标温度0.5~1.5h。
5.根据权利要求4所述的油墨专用硫酸法钛白初品粒度形貌控制方法，其特征在于，第三阶段煅烧过程升温至880~920℃，待温度到达目标温度后，保持该目标温度0.5~1.5h。
6.根据权利要求1所述的油墨专用硫酸法钛白初品粒度形貌控制方法，其特征在于，所述步骤b中煅烧过程最后阶段的温度和时间共同配合，实现当煅烧进入冷却阶段前，煅烧初品的金红石转化率为97.5%~99.5%。
7.根据权利要求1所述的油墨专用硫酸法钛白初品粒度形貌控制方法，其特征在于，所述步骤c中，当温度在600℃以上时，冷却速率大于200℃/min。
8.根据权利要求1所述的油墨专用硫酸法钛白初品粒度形貌控制方法，其特征在于，所述步骤a中，向过滤后的偏钛酸溶液加入的包含铝元素、磷元素以及钾元素的盐处理剂溶液顺序无要求。
9.根据权利要求1所述的油墨专用硫酸法钛白初品粒度形貌控制方法，其特征在于，所述步骤c中，采用气相法对高温金红石型二氧化钛初品进行冷却。
10.根据权利要求1所述的油墨专用硫酸法钛白初品粒度形貌控制方法，其特征在于，所述步骤a中，包含铝元素、磷元素以及钾元素的盐处理剂溶液分别为硫酸铝、磷酸以及氢氧化钾溶液。
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