钛白的后处理

钛白的后处理

作为一种白色颜料，钛白固然有优良的光学和某些颜料特性，但未经表面处理的原始钛白颗粒，如直接用于制漆，尚存在一定的缺陷。例如，它在很多涂料介质中不能很好地分散；制成的漆膜不耐日晒雨淋，容易失光、泛色、粉化等等。要克服这些缺陷，就需要经过一系列的粒度分级和表面改性处理，称为后处理。通过后处理，还能改善它的底色、着色力、遮盖力和不透明度，并提高化学稳定性。对某些需要具有特殊性质的产品，例如化纤消光用钛白，应防止它使纤维产生对光和热的敏感性，也要通过后处理来解决。

钛白的后处理中最重要的工序是表面处理---包膜，这里主要介绍表面处理工艺。

要提高钛白的耐候性和在各种介质中的分散性，并使它具有优良的颜料性能，表面处理是常用的也是最用效的方法。所谓表面处理，就是在颗粒表面“包覆”一层特殊的“膜”。近年来，各国为了改善产品性能，发展符合特殊要求的不同品种，对表面处理进行了大量的研究，创造了很多方法。

表面处理的方法：

按照处理剂类型的不同，表面处理分无机包膜和有机包膜两大类。一般地说，无机包膜是在钛白颗粒表面沉积一层金属的氢氧化物或水合氧化物，以降低光化学活性，提高耐候性。有机包膜即表面活性处理，主要目的是改进钛白在不同介质中的分散性。

按照处理工艺，表面处理分湿法和干法两种。湿法在水介质中进行，适用于无机包膜，又分煮沸法、中和法和碳化法三种。煮沸法是在强烈沸腾下使处理剂水解而沉淀在钛白颗粒上。此法适应性差，水解不易彻底，过程较慢，不易控制，故不常采用。中和法是在浆液中加入酸性（或碱性）包膜剂，再以碱（或酸）中和，使处理剂沉淀出来。碳化法是在含包膜剂的碱性钛白浆液中通入二氧化碳使处理剂沉淀，据称用此法使硅铝共沉淀形成的膜比中和法更均匀，因为此法反应缓慢，接触面亦大，反应式如下

Na2O·mAl2O3+CO2+nH2O=mAl2O3·nH2O+Na2CO3

Na2O·mSiO2+CO2+nH2O=mSiO2·H2O+Na2CO3

干法后处理是一种新工艺，是在气流载带下用喷雾方法使钛白颗粒表面吸附一种金属卤化（如 AlCl3、ZnCl2、ZrCl4或TiCl4），再在含氧气体存在下焙烧使其氧化成氧化物，或在过热蒸气等含水气体存在下使其水解。此法对有机包膜尤为适宜，因为有机处理剂往往也是一种粉碎助剂。

A、无机包膜

钛白颗粒表面以铝或硅的氧化物包覆后能减少漆膜的黄变和粉化现象，这是很早便已发现了的。这两类化合物也是至今仍用得最多的包膜剂。经过后处理，人们发现钛白的比表面积大为增加，有的能增加一倍。

对于所包的膜的物理状态，也应由性能要求的不同而不同。例如：如果主要目的是提高耐候性，其膜应薄而致密，呈表皮状，这样能使钛白与油料间循环不息的光氧化还原反

应抑止到最大限度。当用于制造平光乳胶漆时，则应处理成海绵状的不规则的膜，这样由于颜料颗粒间隔而留有气孔，入射光穿过颜料——空气界面的折光指数差（2.76～1.06）大于颜料——漆料界面的折光指数差（2.76～1.50），光散射力大为增强，从而提高了涂料的不透明度。

最常用的包膜剂仍然是铝和硅的化合物，使用时加入可溶性铝或硅盐的水溶液，再在一定条件下使它水解，沉淀出氢氧化物，包覆在钛白颗粒表面。

（1）铝包膜

常用的是硫酸铝，当以碱中和时，它即水解为氢氧化物或它的聚合物[HO-Al-O]y的沉淀，式中y>=2，其反应式为

Al2(SO4)3+6NaOH+(x-3)H2O=Al2O3·xH2O+3Na2SO4

也可采用氯化铝和溴化铝。

包膜剂的用量，以Al2O3计，一般为钛白重量的0.5-5%,可将它的溶液(含Al2O340～100克/升)加入分散好的钛白浆液中，搅匀后以碱或酸中和，碱酸不宜太浓，缓慢而均匀地进行中和。当采用硫酸铝时，为了保持钛白均匀分散，可同时加碱保持浆液pH为8.5-11，最后再调节至中性使铝盐完全溶解。处理的温度,有用常温的，但一般控制在50-80摄氏度,使生成的膜结构致密，也有加温至近100摄氏度。对反应速度，一般地说，速度快则生成海綿状膜，使产品遮盖力高，但吸油量也高。如欲得均匀致密的膜，常使中和反应缓慢地延续至数小时。

理论研究表明，包覆的氧化铝约有50～80%是以AlO(OH)形式存在，而其余为无定形水溶胶的形式。

（2）硅包膜

常用的有硅酸钠、硅的卤素化合物、醋酸硅或一些有机硅化合物，经过水解，成为Si(OH)4 、SiO(OH)2等。处理剂的用量，以SiO2计应为1-10%。最近硅包膜通过生成“活性硅”形成一层致密的无定形水合氧化硅的表皮状膜，大大提高了产品的耐候性。

（3）其他包膜

为了提高包膜处理的效果，常常可以同时使用二种或多种包膜剂。这种复合包膜的方法分混合包膜和多次包膜两种。混合包膜又称共沉淀包膜，是通过中和反应使二种或多种处理剂同时沉淀出来；多次包膜是在不同条件下，将处理剂一层层地分次包覆。所用处理剂除铝硅外，常用的有钛、锆、锌等的化合物。前面谈的先在碱性条件下包覆致密表皮状氧化硅膜，然后再在酸性条件下沉氧化铝，就是一种典型的两此包膜。有关复合包膜工艺，国外曾有大量研究，提出了很多方法，包括不同处理剂种类，不同配比和不同使用条件。在此不一一详述。

B、有机包膜

有关包膜的目的，主要是改进钛白在各种介质中的分散性能，其机理是改变钛白的表

面性质。有机处理剂和钛白颗粒表面的连接主要有二种方式，一种是物理吸附，另一种方式是化学吸附，即它与钛白表面的羟基反应而连接起来，使钛白变为憎水而亲油。

可用于钛白包膜的有机处理剂种类很多，二异丙醇胺特别适用于油性漆用钛白，也可用于水性乳胶漆或丙烯酸树脂工业装饰漆以及塑料、造纸用钛白。有机处理剂的用量，一般为钛白重量的0.01-3.0%，常用量为0.2-0.6%，用量过多有时反而会造成凝聚现象。处理过程一般在无机包膜之后，在最外层“包”上一层有机涂层。其方法是在无机包膜并洗净后再与处理剂一起打浆，或在浆料干燥时加入。由于这些表面活性剂往往也是一种优良的粉碎助剂，因此常常在最后气流粉碎时加入，此时由于钛白颗粒的强烈运动和碰撞，它能均匀地分布在钛白颗粒表面。另据介绍，如在包膜前水选时用作分散剂，对最后成品也仍能保持一定作用。有时还可将二种或数种处理剂同时配合使用。

C、包膜处理的控制条件

首先是添加剂的纯度，应不使成品受到危害性杂质的污染，对于有机处理剂还应考虑本身颜色，如果色深或经过烘烤后会变成深色物质者都不能使用。此外，各种试剂应尽量配成溶液使用，以便除去所带的固体机械杂质。

在处理过程中，为了使涂层均匀，没有漏涂，需要控制各项操作条件：如试剂浓度、pH值的调节、处理剂和中和剂的添加顺序、添加速度和反应温度等，浆液分散好坏也有很大影响。一般地说，选择适当的pH值和反应温度，试剂浓度稀一些，反应速度慢一些，得到的膜相对地要均匀一些，所以确定后处理工艺前，应根据各种不同性质的钛白粉进行试验，以求得最佳处理条件。对于表面涂层是否均匀和良好，可以通过点子显微镜放大后摄像观察。

经包膜后的产品再经过过滤、洗涤、干燥、气流粉碎，即得最终成品。