氯化法钛白粉的无机表面处理

浓度分散性差 的问题 ，一般 分散时要用碱 或其它分
散剂来调整ｐ Ｈ值 ， 因为在碱性 条件下 ， 别是 当ｐ 特 Ｈ 值为 ９ ｌ ， ～ｌ 时 二氧 化钛 在水 中的分散性最好 。 常用
Ａ ， ）加 入到具 有一定浓度要求 、分散好 的二氧 １ 计 Ｏ
ｚＨ０ＮＧＧｕ０ ＴｕＬｌ Ｉ Ｉ ２ ００６年 Ａ０
ｌ２ ０ ／ 浆料 ｐ ０ｇ Ｌ， Ｈ值 为 ８ ｌ 氯 化法钛 白湿磨生 ～ｌ 。
提高 二氧化钛在各种分 散介 质中的湿润性 、分散性
和流 变性 。但二者对 于二氧化钛颜料 的作用 又是 相 互关 联的 ，实践证 明无机表面处理 和有机表面处 理
共用效果会更 佳。
现着重介绍 目前 工业 上普遍 采用的铝 、 、 等 硅 锆 几种 无机金属水合氧 化物 （ 或氢氧化物 ） 的氯化法钛
第 ２ １卷
第 ８ 期
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、 ＮＡＳ ＣＩＯＧ６ －ＡＴ ８ ， Ｉ０— 生ＣＮ０１ Ｈ ２ ０
化钛浆料中 ， 用一定浓度的碱或酸在 ｌ ～２ ｈ内缓慢 而均匀地 中和 ，使生成 的氧化铝水 合物沉淀到二氧 化钛粒子表面 ，同时维持 ｐ Ｈ值在 ８ ０ ～ｌ ，控制反应 温度在 ５ ～８ ℃ …。 ０ ０ 一般中和 反应速 度快 ， 则生成 海绵状膜 ， 所得产品的遮盖力高 ， 但吸油量也高； 若 反应速度慢 ，反应时 间在 ３ ｈ以上 ，则获得均匀致 密的膜层 ，生成产 品的耐候性高 。 铝包膜时的化学反应主要是 中和沉淀反应 ，当
的二氧化钛吸附有少量 的Ｃ Ｔ Ｃ Ｔ ＯＣ Ａ Ｃ １ ｉ１ ｉ １ １ １ 、 、 、
钛 白粉具有优异的光 散射 能力、高消 色力和遮 盖 力等性能 ， 但也存在着与生俱来 的缺 陷 ， 其中最突 出的是光化学活性 ，在有 水分 的情 况下经 Ｅ光 照射 ｌ
等杂质， 在与有 机漆料 混合后 ， 会导致漆料高分子部 分生 成有 色物 质 ， 致使 白度下降 ， 同时被涂覆的底 板 也 会产生腐蚀 作用 ， 而通过表面处理可将杂质除去 ，
ｐ Ｈ值 、表面 吸附状 态 、亲介 质性 、二氧化钛与分散 介 质极性 的平衡 、分散介 质的表 面张力 、浆料浓度 、 搅拌 强度等 。利 用静 电斥力的作用 和双 电层理论来 保持 二氧化钛 浆料 的 分散稳 定性是 一个常用 的行之
有效 的办法 。
功能是提 高其耐候性 和化学稳定性 。而有机表面 处 理是通过 有机表面活性 剂极性基 团吸附或键合在 二 氧化钛 的粒子表面 ，依靠电斥 力和 空间位 阻效应 来
等 电点理论和稳 定理论 ， 采用沉淀 Biblioteka Baidu 吸附 、 离子交换 、
１ 表面处 理的作用
从光学效果来看 ，Ｔｉ Ｏ 的粒径应控制 在 ０ ２ ．～
共价 键和高分子接枝 反应对二氧化钛 的表面进行改 性 ，改性 结果 只涉 及到表面 电荷的变 化 、表面积变 化， 以弥补二氧化钛的光化学活性缺陷 ， 提高二氧化 钛的耐候性 、 耐久性 ， 提高它在各种介 质中的湿润性 和分散性 。但是表面 处理无法改变二 氧化钛的 晶型
性能 。
２ 表面处理概述
所谓 表面处理是指 通过 不 同的表 面处理剂和处 理 工艺 ，在二氧化钛颜 料粒子表面包 覆一 层或多层 无机物 或有机物 的包膜 层 ，以改善二氧 化钛固有的 缺 陷或改变其颗粒 的表面性 质 ， 提高它的耐候性 、 分 散性 等应用性能 。二氧 化钛的表面处理 主要 是通过
理工 艺可分 为湿法和干 法两大类 型。一般无 机表 面 处理采用湿法 ，有机表面处理 大多采用干法 。 无机表 面处理是通过 沉淀和吸 附 ，在二氧 化钛
的无机分散 剂有 碱金 属的盐 类或 氢氧化物 ，如氢氧 化钠 、硅酸钠 、 六偏 磷酸钠、磷酸 三钠等 。 值得注意 的是 分散剂加 入量 过 多有害 ，会使分散剂之 间架桥 而重 新絮凝 。 影 响二氧化钛 浆料分 散效果 的主要 因素 有二氧
散研 磨 ，以达 到表 面处理的最终 目的 。
３ ３ 分级 ． 分级就是 分离 浆料 中的粗细颗 粒 ，将分 离 出来 的大颗粒聚集体返 回 ， 重新 研磨 。 通过 分级可以进一 步获 得具有一 定粒度 分布的二氧 化钛分散体 ，粒度 控制 在 ０ ２ ． ｍ为 最佳 ， ． ～０ ３ 并且 围绕此粒度分布 要 狭窄 。同时通过分级 还可 以除去 被磨碎 的细砂等 机械 杂 质。在氯化法钛 白表面处理 工艺 中采 用湿法 分级 ， 主要设备是离 心式分级器 中的 水力旋 流器。 分 级操 作最关 键的因素是 浆料 的分散 程度 。如果分散 不好 ，浆料呈絮凝状态 ，分级操作就很难进行 。 ３ ４ 包膜 ． 包膜是钛 白粉 后处理 工序 中最关键 、最难控制 的一步 ，故 氯化法钛 白生产 的整个包膜过程 是采用 先进 的计算 机集散控 制系统进 行操作 的。包膜工艺 操作的关键是 ｐ Ｈ值等条件 的控制 。 通过对无 机表 面 处理剂的添加量 、 Ｊ／ 序 、 添Ｊ ｌ Ｈ￣ ｌ 包膜时 的温度 、 Ｈ值、 ｐ 速度 、 间等 的调 整 ， 时 可以改 变二氧化钛包膜 层的结 构和疏松度 ，从而制 得具 有 不同吸油 量和遮盖 力的 颜料产 品。常有的 无机表 面处理剂 有以下几种 ： ３４ １ 氧化铝 （ ， ．． Ａ１ ） Ｏ 氧化铝包膜可 以单 独进行 （ 单铝包膜 ） ，也可 以 与 Ｓ Ｏ 、Ｔ Ｏ 、Ｚ Ｏ， 一起 进行复合 包膜 。铝包膜 ｉ， ｉ， ｒ 等 时一般先将铝包膜剂硫酸铝或偏铝酸钠配制成 １０ ０～
无机表面处理及产品质量 的主要 因素。
关键词 ：无机表 面处理 ；氯化 法；影响 因素
中图分类号 ：Ｔ ６０ Ｑ ２
文献标识码 ：Ｂ
文章编号 ：１０— ５６２０ ）８ ０３— ４ ６ ２５ （０６０— ０ ８ ０ ０
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就氯化法 生产的钛 白粉而 言 ，从氧化工序得 到
质， 表面带负电荷 ， 在有机介 质中的分散性很差 ， 会
使涂料 产生浮色 、 发花 、 絮凝和沉淀 ， 这就 给它 在漆 料 中的应用造成很大 困难 。因此必须通过表面处理 堵 塞其光活化点 ，隔绝二氧化钛与光 （ ＵＶ）的直接 接触 ，改善 Ｔ Ｏ 粒子 的表面化学性 质，提高其应 用 ｉ，
化钛 的表面 电荷、 粒径大小 、 比表面 积 、 表面 自由能 、
粒子表面上 包上一 层或多层无机水 合氧化物 ，通 常 称为 “ 包膜 ” 。通过 包膜可以堵塞 品格缺 陷，遮蔽 其 表面 的光活化点 ，使 二氧化钛不直接 与分散介 质中
的有机物接触 ， 到屏蔽光催化的作用 ， 起 还可 以增强 钛 白粉耐 化学侵蚀 的能力。无机表 面处理最 主要 的
结 构、 粒度 、 度分布 和颜 色几种特性 （ 由氧化工 粒 是
序所控 制决定 的 ） 。
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钛 白粉 的表面处理根 据表面处理 剂性 质可以分 为无 机表面 处理和有 机表 面处理两 种 ；根据表面 处
０３ ． ｕｍ为最佳 ， 在此粒径范围内颜料对 可见光具有 最大的散射 力 ， 可以获得最高的遮盖力、 消色力和纯
正 的 白度。 但是这样小的粒径具 有很大的比表面积 ， 更易发生光化学 反应 ， 使颜料 的抗粉化性较 差。 通过
表面处理不仅解决 了小粒径与抗粉化性 的矛 盾 ，而 且发挥 了小粒径卓越 的光学性 质和颜料性能优势 。
白无 机表面处理 。
产所 采用的 密闭立式砂 磨机对其排 料的温 度也有严
格 的控制要 求 。
３ 氯化法钛 白无机表面处理 工艺及原理
由氧化 工序制得 的二氧化钛粗 品必须经过在 水 中制 浆分散 、 研磨 、 分级操作后 ， 才能进行 无机包膜 。 因为 浆料 中的二氧 化钛 以原级粒子 、 聚集粒子 、 附聚 粒子 、 絮凝粒 子的形式存在 ， 如果包膜前 不进行分散 研磨 ， 就有可 能是 对聚集粒子或絮凝粒子 的包膜 ， 这 种粒子 团包膜物一 经气流粉碎 ， 包膜 层被打碎 ， 呈现 的是 一种残缺不全 的包膜状态 ，而 包膜最理 想的状 态是 将包膜剂包在每 一个原级粒子 的表面 ，在包膜 结束后 ， 用气流粉碎 机解聚时 ， 保证每 个粒子上都有 完整 的包膜 层。因此 无机表面处 理前一定要 充分分
这也 是不经表面处理 的氯化法 二氧化钛粗 品不能直 接使用 的原 因之一 。 近年来 ， 开发高光泽 、 高耐候性 、 高分散性 的优 质多功 能型钛 白粉成为 国内￣ Ｚ 氧化钛工业发展 的 Ｉ－ ＇ 新趋 向，而表面处理的 基本 目的就是提高二氧化钛 颜料 的耐候性 、 分散性 和保色性 ， 这正是任何一种优 异 的颜料 不可缺少 的基 本性 能 。选用不 同的表面处 理剂 ， 采用不同的处理 方法 ， 可以生产 出不同用途 的 二氧 化钛产品 。因此表 面处理 早 已成 为各 国钛 白行 业 中技 术人 员长期研究 和探讨 的主要课题 ，成为新
３ ２ 研磨 （ ． 湿磨） 研磨 （ 即湿磨 ） 无机表面处理前 最有效的超微 是 粉碎 手段 ，其 目的是将 氧化反应物 料打浆 中形成的 二氧 化钛聚集 体研 磨成符 合工艺要 求的粒度 。湿磨 对 浆料的浓 度 、温度 、黏度 、ｐ Ｈ值 、分散状 态和装 珠量 都有一 定的要求 。通常 浆料浓 度控制在 ６ ０ ０～
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ＣＩＡＳ 、Ｎ Ｔ ０ － Ａ Ｉ０ ■ ／ Ｎ０一 Ｏ ２ 主Ｃ Ｇ６ Ｈ ８
氯化法钛 白粉的无机表面处理
戚 蓉
（ 攀钢集 团锦州钛业有 限公司 ，辽宁 锦州 １ １０ ） ２ ０ ５
摘要：介绍 了钛 白粉 无机 表 面处理 的原 因、机理及相 关工 艺 ， 结合 氯化 法钛 白生产 分析 了影响 并
２ ０ ｇ Ｌ的溶液 ，按 Ｔ Ｏ 质量的 １０ ０ ／ ｉ， ．％～５ ０ （ ．％ 以
３ １ 分散 ． 二氧 化钛在水性 介质中分散 的好坏不 仅影 响包 膜时 的颗粒均 匀性 ，而且直接影 响颜料粒子对 光的 散射性 能 ，从而影 响颜料的光学性 质和性能 。 首先 ， 了满 足研磨工艺高浓 度的需要 ， 为 一般分 散浆料浓度控 制在 ５ ０ ｇ Ｌ以上 。打浆分散用的水 ０ ／ 最好 采用脱离子水 （ 中含有 离子会使颗 粒重新絮 水 凝） ，水的 电阻率应不低 于 ２ 万 Ｑ ・Ｃｍ。其次 ，分 ０ 散时 要具 有 良好 的搅拌强度 ，一般认为搅拌 的线速 度为 １６ ｍ／ ｉ ８ ｒ ｎ时效 果比较好 。另外 ，为 了解决高 ａ
产 品开发的主要手段 。
（ 主要是近紫外光谱域 ） ，其 晶格上的氧离子会失去 两个 电子 变为氧原 子 ， 种新生态氧 具有极 强的活 这
性， 造成涂膜中的有机物 质氧化 ， 使高分子有机物发
生断链 、 降解 ， 最终使涂膜粉化 、 失光 、 泛黄 、 色， 变
导致耐候性 降低 。 其次 ， 无论 是通过硫酸法 的水解和 煅烧 工艺 ，还是 氯化法 气相氧 化工艺生产 出来 的二 氧化钛都存在着一些 晶格缺陷 ， 肖特基缺 陷， 即 其粒 子表面上存在着许 多光 活化点 ，在一些微量杂 质如 １－～１ 的 Ｆ 、Ｃ 、Ｖ等存 在的情况下 ，会加速其 ０ 旷 ｅ ｒ 光化学反应 ，从而 引发 自由基 键反应而破坏涂膜等 有 机介质。 另外 ，二氧 化钛本 质上是亲水憎油性物