云母钛珠光颜料的制备

子 ( Ti3 + ) , 再用硫酸高铁铵标准液滴定 。
w ( TiO2)
=
M
×V ×7919
m
×100
%
式中 : M —硫酸高铁铵溶液的酸度 , mol/ L ; V —消耗
硫酸高铁铵溶液体积 , L ; m —试样质量 , g ; 7919 —
二氧化钛摩尔质量 , g/ mol 。
2 结果与讨论
第 31 卷第 1 期 2003 年 1 月
塑料工业 CHINA PLASTICS INDUSTRY
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云母钛珠光颜料的制备 Ξ
景晓明 , 刘兴利 , 李雪梅
(西南民族学院化学与环境保护工程学院 , 四川 成都 610041)
摘要 : 以云母和废钛屑为主要原料 , 用液相沉积法在云母表面包膜二氧化钛薄膜 。该工艺由钛液制备 、云母前处 理 、包膜 、过滤 、洗涤 、焙烧 、表面处理等七步完成 , 控制反应条件 , 制得银白色和彩虹型两种云母钛光颜料 。探讨 了影响包膜二氧化钛薄膜的主要因素 , 获得最佳工艺参数 , 即反应温度 90 ℃, 游离酸的浓度 4 mol/ L , 焙烧温度 800 ℃。
酸的浓度对钛液的水解有较大影响 。浓度过高对 钛液水解有抑制作用 , 水解不完全或粒子细小不能沉 积在云母薄片上 , 包覆率低 ; 过低浓度 , 则反应速度 加快 , 生成的 TiO2 粒子粗糙或游离的 TiO2 增多 , 因 而珠光效果差 , 本文用碳酸钠控制包膜溶液的浓度为 1～10 mol/ L 范围内 。实验结果表明 , 在酸的浓度为 2 mol/ L 时 , 很难沉积均匀稳定的水合 TiO2 薄膜 ; 酸的 浓度为 10 mol/ L 以上不能形成水合 TiO2 薄膜 。多次 试验证实 , 酸度为 410 mol/ L 时 , 沉积珠光效果最佳 。 213 反应温度对产品质量影响
著影响 , 从而影响氧化钛粒子包覆率和焙烧后云母钛 光泽 。图 1 为酸的浓度为 4 mol/ L 、温度 90 ℃时 , 两 种不同钛液的水解趋势 。由图 1 可见 , 开始时 , 随时 间的延长 , 水解率提高较快 ; 一段时间后 , 水解率基
本保持不变的关系 , 低浓度钛液水解达到平衡的时间 比高浓度要短 , 并且相应的水解率要高 ; 水解率随钛 液浓度的增大而下降 。表 4 为不同反应时间的包覆 率 , 由表 4 可知 , 在一定的酸度和浓度下 , 延长反应 时间 , 云母表面的 TiO2 包覆率呈增大趋势 。 215 影响 TiO2 晶型转变的因素
参考文献
1 王世荣 , 周春农 1 涂料工业 , 1995 , (3) : 9 2 徐扬群 1 涂料工业 , 1998 , (8) : 17 3 墨克专利股份有限公司 1CN 1146470A , 1996 4 张德文 , 朝明有 1 化学世界 , 1998 , (8) : 49 5 徐场群 1 涂料工业 , 1997 , (1) : 49 6 符春林 , 魏锡文 1 涂料工业 , 1999 , (2) : 28
表 4 不同反应时间的包覆率
Tab 4 Wrapping rate at different reaction time
反应时间/ h
4 5 6 7
包覆率/ %
13178 19182 21101 21133
珠光效果
差 稍差 一般 一般
图 1 水解率与水解时间的关系 Fig 1 Relation between hydrolysis rate and time TiO2 质量浓度 : 1 - 238 g/ L ; 2 - 16319 g/ L
关键词 : 珠光颜料 ; 云母 ; 二氧化钛 中图分类号 : TQ 3141263 文献标识码 : B 文章编号 : 1005 - 5770 (2003) 01 - 0049 - 03
云母钛珠光颜料从色泽上可以分为银白色型 、彩 虹型和着色型 。制备方法主要是液相沉积法 , 常用的 工艺有加碱法 、热水解法和缓冲法等 , 常用的钛原料 为四氯化钛或硫酸钛[1～5] 。本文以废钛屑与浓盐酸反 应制得三氯化钛 , 在氧化剂存在下 , 水解制成云母钛 珠光颜料 ; 水解过程始终在酸性条件下 , 不需加碱性 物质调节溶液的酸性 。探讨了影响水合 TiO2 沉积的 主要因素 , 控制反应条件制得银白型和虹彩型两种系 列的云母钛珠光颜料 。
表 2 云母粉粒径与珠光效果
Tab 2 Effect of mica particle size on pearlite
粒径范围/μm
< 15 5～25 10～60 30～100 20～200
加入体系后的外观
平光珠光 、遮盖力高 柔和珠光 、遮盖力高 珍珠光 、遮盖力高 闪光珍珠光 、遮盖力低 闪光珠光 、遮盖力差
色相
反射色 透过色
银
—
金
紫
蓝
橙
绿
红
紫
黄
包覆率/ %
2813 4315 5318 5712 4610
粒径/μm
10～60 10～60 1试
钛液中 TiO2 质量分数的测定 : 采用氧化 —还原
滴定法 , 将四价钛离子 ( Ti4 + ) 完全还原为三价钛离
Abstracts : Taking mica and waste titanium filings as major raw materials , mica titanium pearlite pigment was prepared by means of liquid2phase sedimentation1The technology consisted of the preparation of titanium liquid , pretreatment of mica , film encapsulation , filtering , washing , roasting , and surface treatment1Silver2grey and rainbow mica titanium prarlite pig2 ments were prepared by controlling the reaction conditions1The major factors which had effects on the film encapsulation were studied , and the optimum techology parameters were obtained : reaction temperature 90 ℃, free acidity 4 mol/ L , roasting temperature 800 ℃1
表 3 温度对水解反应的影响
Tab 3 Effect of temperature on hydrolysis reaction
反应温度/ ℃
50 60 70 80 90 95
珠光效果
差 差 差 一般 好 较好
包覆率/ %
0190 1140 9196 1818 26145 28108
214 时间和钛液浓度对产品质量影响 水解反应时间和钛液浓度对水合 TiO2 粒子有显
211 云母基材对产品质量的影响
本实验用沉降法对 10～60μm、30～100μm 的湿
磨云母粉分级处理 , 并用分散剂和盐酸对其作预处
Ξ 作者简介 : 景晓明 , 男 , 1967 年出生 , 理学士 。主要从事粉体材料研究 , 有多篇论文发表 。
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塑 料 工 业
2003 年
理 , 制得的珠光颜料效果更好 。不同粒径的云母其珠 光效果见表 2 。由表 2 可知 , 当云母粉粒径范围在 10 ～60μm 内 , 其效果最佳 。 212 酸的浓度对产品质量的影响
通常情况下 , 锐钛型 TiO2 转化为金红石型 TiO2 的焙烧温度是 610～915 ℃; 要使锐钛型 TiO2 完全转 变为金红石型 TiO2 , 焙烧温度应高于 1 000 ℃, 且时 间长 , 颗粒越小 , 相变温度越低 ; 颗粒越大 , 相变温 度越高 ; 纳米级 TiO2 相变温度更低[6] 。在实验中加 入许多离子添加剂如 NH4 + 、Zn2 + 、F2能促进金红石 物相 生 成 , 掺 入 SnO2 、V2O5 、WO3 等 能 明 显 促 进 TiO2 由锐钛型向金红石型转变 。主要是因这些氧化物 熔点比 TiO2 溶点低 。本实验所用钛屑中含有少许铁 、 锡 、钼等 , 因 Ti3 + 离子过量且酸性较强 , Fe2 + 在溶液 中不易水解 , 但其它添加剂对 TiO2 离子转型有较好 地促进作用 ; 所以与四氯化钛加碱法对比 , 珠光效果 较好 。焙烧温度为 800 ℃, 时间 1 h 。温度太高则 TiO2 粒子粗大 , 且容易板结 , 分散性和珠光效果差 ; 温度较低则转化不完全 , 珠光效果也差 。 216 表面处理
1 实验部分
111 主要原材料及设备 废钛屑 : 成都四二 0 厂提供 ; 白云母 : 10～60
μm、30～100μm ; 电动搅拌器 , 恒温水浴锅 , 电热恒 温干燥箱 , 箱式电阻炉 , 生物显微镜 。 112 主要工艺流程图
113 制备方法 11311 钛液制备
称取 100 g 废钛屑 , 加入 500 mL 15 %Na2CO3 溶 液 , 加热煮沸 20 min , 去除碱液 , 用清水洗净钛屑 ; 加入约 800 mL 浓盐酸 , 加热 60 ℃, 待反应完全 , 若 反应太慢 , 可补充盐酸 。 11312 包膜工艺
(本文于 2002 - 03 - 30 收到)
Preparation of Mica Titanium Pearlite Pigment J ING Xiao2ming , LIU Xing2li , LI Xue2mei
(College of Chemistry and Environment Protection , Southwest University for Nationalities , Chengdu 610041 , China)
水解是吸热反应 , 加热促进水解 , 提高云母表面 二氧化钛的包覆率 ; 但水解温度过高 , 因水解速度过 快将导致水合 TiO2 离子粗且不均匀 , 游离水合 TiO2 离子增多 , 焙烧后表面粗糙 , 失光 。温度过低 , 包覆 率低或反应时间长 , 所以温度要适中 。实验表明 , 最 佳温度为 90 ℃ (如表 3 所示) , 并且升温过程也不能 太快 , 因加入钛液引入晶种时浓度较高 , 否则形不成 水合 TiO2 薄膜 。
颜料色相 , 使云母粉上均匀沉积透明的水合二氧化钛
薄膜 , 经洗涤 , 105 ℃干燥 , 放入电阻炉中 800 ℃焙
烧 1 h 得产品 。表 1 表明了云母钛珠光颜料中 TiO2 的 包覆率 。
表 1 云母钛珠光颜料中 TiO2 包覆率
Tab 1 Wrapping rate of TiO2 in titanium pearlite
取 30 g 经盐酸处理过的白云母粉 (10～60μm) ,
用 8 倍量去离子水混匀 , 加入三颈圆底烧瓶中 , 加入
分散剂 , 搅拌 30 min ; 加入三分之一钛液 , 控制酸的
浓度为 4 mol/ L , 升温至 90 ℃, 滴加氧化剂和添加
剂 , 反应 1 h 后 , 滴加钛液 。用生物显微镜控制珠光
经焙烧后的云母钛珠光颜料分散性较差 。本实验 以硬脂酸钠及硅烷偶联剂对其表面处理后 , 其湿润 性 , 分散性以及疏水性 , 亲油性得到改善 。适合用于 塑料 、涂料 , 油墨中 。
第 31 卷第 1 期
景晓明 刘兴利 李雪梅 : 云母钛珠光颜料的制备
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3 结论
采用废钛屑为原材料 , 在强酸性中进行水解 , 制 成两种系列云母钛珠光颜料 。较佳的工艺参数为 : 反 应温度 90 ℃, 酸的浓度 4 mol/ L , 焙烧温度 800 ℃, 整个过程不加 NaOH 调 pH 值 。该工艺具有简单 、条 件易控制 、生产成本低 、产品质量优良等特点 , 为珠 光颜料生产提供了一条新工艺 。