金红石型钛白粉无机包膜新工艺的研究

摘要：本文简要介绍了金红石钛白粉无机包膜的工艺，提出一种新的无机包膜工艺(顺流无酸法快速包膜工艺)。着重考察了两种不同包膜工艺对金红石产品性能的影响，分析了两种包膜工艺的优缺点。顺流无酸法快速包膜工艺具有包膜速度快、不用硫酸、节能降耗等特点，其较好的解决了金红石初品无机包膜时间长的问题，提高了包膜效率，增加了金红石生产线的产能。
论文关键词：顺流无酸法快速包膜工艺,包覆量,浆料浓度
前言
未经表面处理的金红石型钛白粉由于自身晶格缺陷，存在许多的光活化点，为了改善其应用性能，需要对其表面进行无机包覆，以提高金红石型钛白粉的耐候性、抗老化性、改善钛白粉颗粒在介质中的分散性。金红石型钛白粉无机包膜目前比较成熟的工艺主要有硅铝包膜、锆铝包膜以及单铝包膜。传统包膜方式耗时较长(在一定的温度下往浆料中加入酸性(或碱性)包膜剂，再以一定的速度加入碱(或酸)进行中和，碱(或酸)的加入时间较长)，对金红石型钛白粉的生产周期有较大影响。本文从减少金红石型钛白粉的包膜时间但不明显影响产品性能的思路出发，采用顺流无酸法(用设定包覆量的部分硫酸铝溶液取代硫酸)对金红石粗品进行快速包膜，考察了新工艺对产品性能的影响，得到了较适宜的包膜新工艺。制备的产品同本公司生产线生产的NR950产品性能相当，具有一定的市场前景。
1、实验部分
1.1主要原料
高纯硫酸铝：工业级，山东淄博张店东方化学股份有限公司;硅酸钠：工业级，南京化学有限公司;硫酸：分析纯，南京化学试剂有限公司;氢氧化钠：分析纯，广东汕头市西陇化工厂;金红石初品浆料：本公司自产。
1.2主要仪器
真空反应器：上海东玺制冷仪器设备有限公司;电热恒温干燥箱：上海跃进医疗器械厂;气流粉碎机(压缩空气为介质)：南京腾飞不锈钢设备有限公司;YS-08小型高速粉碎机：北京燕山正德机械设备有限公司;delta320PH计：上海肯强仪器有限公司;MP2002电子天平：上海捷沪仪器仪表有限公司;XRF：ThermoFisherScientific;DDB-300电子蠕动泵：上海之信仪器有限公司。
1.3实验方法
取5L二氧化钛浓度为300g/l左右的浆料放入反应器中，搅拌20分钟后用比重瓶测浆料的浓度，浆料升温至80～85℃。按设定包覆量将50g/l的硅酸钠溶液通过电子蠕动泵快速加入反应器中，搅拌20分钟后快速加入80g/l的硫酸铝溶液快速调节浆料的PH值到设定值，保持设定温度搅拌20分钟;而后将设定温度调至60～65℃(期间浆料自然冷却)，将剩余的硫酸铝溶液快速加入反应器并搅拌20分钟，快速加入100g/l的氢氧化钠溶液直至浆料PH值达6.5～8.0时停止，搅拌20分钟后调整PH值为6.5～8.0左右，熟化1小时放料，用布氏漏斗抽滤，并用去离子水洗涤至电导率合格，将滤饼放置于设定温度为140℃的电热恒温干燥箱中持续烘干12小时，冷却后的块状钛白粉用高速粉碎机初粉，再用气流粉碎机细粉，即可制得成品。
2、结果与讨论
2.1浆料浓度对产品性能的影响
表1浆料浓度对产品性能的影响(包覆量SiO2.5%、AlO3%)
产品性能
浆料浓度g/lbWg散
射
力消
色
力遮
盖
力粒
径PH吸
油
量筛
余电
阻
率105℃
挥
发
物3030.7194.351151101120.326.89240.02750.303260.7294.111131081090.336.75250.02800.433490.7994.281121061080.336.8250.02850.503710.7593.991101041050.337.0260.02750.72从表1可以看出：对同一种包膜工艺而言，浆料浓度是影响产品性能的重要因素之一，当浓度达到350g/l以上时，产品的散射力、消色力、遮盖力有明显下降，105℃的挥发物明显增加，综上分析，包膜浓度在300g/l左右，所得产品的性能最佳。2.2两种不同包膜工艺对产品性能的影响
表2顺流和顺流无酸法快速包膜工艺对产品性能的影响(包覆量SiO2%、AlO2%)
产品性能
包膜工艺bWg散
射
力消
色
力遮
盖
力粒
径PH吸
油
量筛
余电
阻
率
105℃
挥
发
物顺流正常包膜0.9193.341081081110.326.7210.02720.30顺流无酸法快速包膜0.8993.451081061090.327.2230.02680.40注：顺流正常包膜的浓度为300g/l，顺流无酸法快速包膜的浆料浓度为306g/l由表2可知，对SiO/AlO比例为2:2的包膜工艺而言，顺流正常包膜和顺流无酸法快速包膜在对产品的消色力、吸油量的影响上差别较大。在水洗过程中发现，顺流无酸法快速包膜相比顺流正常包膜所制得的产品其水洗速度要慢很多，说明其对SiO/AlO比例为2:2的包膜工艺不是很适用。
表3顺流和顺流无酸法快速包膜工艺对产品性能的影响(包覆量SiO2.5%、AlO3%)
产品性能
包膜工艺bWg散
射
力消
色
力遮
盖
力粒
径PH吸
油
量筛
余电
阻
率
105℃
挥
发
物顺流正常包膜0.7194.351151111120.326.89240.02750.30顺流无酸法快速包膜0.7394.451141101110.327.2220.02690.30由表3可知，顺流正常包膜和顺流无酸法快速包膜工艺对SiO/AlO比例为2.5:3的包膜而言，除了两种工艺的吸油量有较大差别外，其它性能相差无几，表明顺流无酸法对SiO/AlO为2.5:3比例的金红石初品包膜而言是适用的，2.3不同包覆量对产品性能的影响
表4包覆量对产品性能的影响
产品性能
SiO/AlObWg散
射
力消
色
力遮
盖
力粒
径PH吸
油
量筛
余电
阻
率
105℃
挥
发
物2.5/30.8493.351151121130.326.89240.02650.300.8893.241111081080.337.15250.02690.422/21.092.831161091140.327.33230.02700.30注：SiO/AlO为2.5/3时第一行数据来自浆料浓度303g/l，第二行数据来自浆料浓度322g/l;SiO/AlO为2/2时浆料浓度302g/l。由表4可以看出，在浆料浓度基本相同的情况下，此包膜工艺对金红石初品的中度包覆较有利，尤其对产品的消色力和b值的影响较明显。
2.4250℃耐热实验(包覆量SiO2.5%、AlO3%)
表5250℃耐热实验(包覆量为SiO2.5%、AlO3%的金红石型钛白粉)
时间/h
性能00.512b0.910.940.940.92Wg93.1492.6592.5592.44从表5可以看出对包覆量为SiO2.5%、AlO3%的金红石型钛白粉来讲，在250℃的环境中短时存放其基本不会发生黄变，可以在需要较高加工温度的体系中应用。
3、结果
(1)由顺流无酸法快速包膜工艺所制得的产品其性能要高于生产线上中等以上水平。
(2)顺流无酸法快速包膜工艺可以减少金红石初品包膜的生产周期;此外，使用此工艺在包膜的过程中不使用硫酸，对节能降耗、减少环境的污染有特定的意义。
(3)顺流无酸法对金红石初品的中度包覆较为有利，从产品的产量及质量综合考虑包膜时浆料的浓度以300g/l,左右为宜。
(4)相同的生产工艺基础料不同，产品的性能也有较大差异。本文中2.1、2.2、2.3所得结论，其数据来源于不同批次浆料(每个章节部分来源于同一批次浆料)。
参考文献
1李坤,刘恒,余艳丽,等.ZrO2和Al2O3在金红石型TiO2表面的包覆研究[J].化学研究与应用,2007,19(11):1250~1254.
2李坤,刘恒,张萍,等.金红石型二氧化钛的无机有机包膜研究[J].无机盐工业,2008,40(2):33~35.
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