氯化法钛白粉包膜工艺及影响因素的分析

氯化法钛白粉包膜工艺及影响因素的分析

一、概述

钛白粉广泛用于涂料,塑料等行业,金红石型(R型)钛白粉具有比锐钛型(A型)钛白粉更好的耐候性,抗粉化性,在建筑户外涂料,汽车涂料,卷钢涂料,塑钢门窗等行业获得了更广泛的应用。但未经表面处理的R型钛白粉颗粒表面因水汽和氧气的存在，其化学性活泼，在各种体系中实际使用时具有促进在其颗粒周围基料（树脂）的降解的负面作用，同时没有包膜的钛白粉是亲水性的氧化物，它在一些介质中的分散性很差，如不进行包膜处理，很难在基料中使用。因此必须在钛白粉颗粒表面进行无机包覆处理，经表面处理后在其颗粒表面形成连续包覆的硅，铝，锆等氧化物，使其在粒度分布，晶型，杂技含量，着色力合理的基础上达到（1）提高在介质中的研磨分散性。（2）提高消色力和遮盖力（3）在户外使用时，提高耐候性等目的。

二、包膜前各工序的作用和条件分析

包膜前的预处理主要包括：分散，砂磨，分级等几道工序。

1浆料的分散

①分散：颜料在介质中的易分散程度和分散体系中的分散稳定性称为分散性。粉末状的物质颗粒往往是凝聚状态存在的，因此，即使原级粒度符合要求的钛白粉，其分散性也往往并不理想。凝聚后的粉末物料很难分开，这样就对颜料的消色力、遮盖力和涂层的光泽度等产生影响，当颜料的分散性好时，制成漆膜表面平整、光滑、光反射均匀，感光性能好，反之则表面粗糙，光呈现出漫反射，相互干扰抵消，这时光泽度则大大下降。

②分散剂

常用的分散剂有无机分散剂和有机分散剂两种，常用的无机分散剂有金属的盐类和氢氧化物，如氢氧化钠、硅酸钠，六偏磷酸钠，磷酸三钠，常用的有机分散剂有烷胺类，如季戊四醇、三乙醇胺、三羟甲基乙烷、有机硅等。

③分散的条件

Tio2在水中的浆料分散程度的好坏与下列因素有关。

a.浆液PH值的影响：通过实验可知，一般情况下，浆料在PH值﹤2时分散性很好，随

着PH值的上升会逐渐发生凝聚，PH＝5－8凝聚现象最严重，PH值﹥8时又会重新分散，在P H﹥11时重新凝聚，因此，PH值＝8.5－11较为理想。

b.分散剂的用量。无论有机分散剂还是无机分散剂，用量均应控制在粉料的1%为好，现

工艺分散剂Na2SiO3的加入量为0.4%。

2、浆料的研磨。

TiO2的粒度分布对钛白粉性能的影响是非常大的，也可以说是至关重要的。对钛白粉的生产来说，我们要求在氧化炉中生成的TiO2基本粒子的平均粒度在0.25∪m左右，但由于氧化的炉温度很高，初级TiO2粒子很容易粘在一起，尤其打浆以后形成大的团粒，结合的比较牢固，即使通过分散也不能把它们分开，所以在包膜前必须进行砂磨，以打开其中的大团粒。

砂磨操作就是一种粉碎过程，把浆料中大的团粒打开成基本粒子，所用的设备是砂磨机。砂磨机里填充细小玻璃珠，或天然石英砂，作为研磨介质，高速旋转的研磨盘，驱动研磨介质运动，粗颗粒物料在研磨介质之间或研磨盘与研磨介质之间产生摩擦作用后将物料粉碎。

3、浆料的分级

（1）浆料分级作用：是把经机械研磨后浆料中的粗细钛白颗粒用重力旋流分级的方法，把不合格的大颗粒除去。

（2）浆料分级的原理：一般依据离心力在重力作用下沉降的方法，利用钛白粉中大小不

同的颗粒在以水为介质中受离心力作用后沉降速度不同的原理进行分级。采用的是既简单又实用的水选分级设备，它利用浆料进料的压力，在旋流器内造成旋流，较大的颗粒在重力作用下沉降，较细颗粒在一定浆料粘度下飘浮，使粗细颗粒得到分级。

4、影响因素：

（1）浆料的分散程度。

（2）分级的给料压力、流量。

（3）底流的排放量调节。

二、钛白粉的包膜工艺

1、包膜的方法：包膜方法一般分为湿法包膜和干法包膜。

（1）湿法包膜适用于无机包膜。它又分为煮沸法、中和法和碳化法。本公司使用的方法为中和法，它是在浆料加入酸性或碱性包膜剂，再加碱或酸中和，使包膜剂沉淀出来。（2）干法包膜：是在气流的载带下的喷雾的方法，可以与粉碎过程结合起来，本公司成品汽粉机中加入有机硅就是干法包膜。

2、包膜的类型

钛白粉的包膜处理，一般按照处理剂分无机包膜和有机包膜，无机包膜主要解决光化学敏感性，提高耐候性，有机包膜主要改善在各种不同介质中分散性能。

3、无机包膜

无机包膜中以硅铝为主要试剂的包膜，是用得最多，最普遍的。最常用的无机包膜剂是硅和铝化合物，使用时是以可溶性的硅盐或铝盐的水溶液形式，加入到钛白粉浆液中，然后再控制一定条件使它水解、沉析出它们的氢氧化合物，包覆在钛白粉颗粒表面。其水解反应方程如下：

Na2SiO3+h2O→SiO2+2NaOH(OH-)

Al2(SO4)3+H2O→Al2O3+3H2SO4(H+)

2NaAlO2+H2O→Al2O3+2NaOH(OH-)

Zr(SO4)2+4NaOH→Zr(OH)4+2Na2SO4

当包膜剂以一定的速度加入时，使它发生上述水解反应，水解反应生成的H+和OH－又阻止反应向右进行，只有当反应中生成的H+和OH－不断被中和掉后反应才能不断地向右进行。

（1）硅包膜

采用硅包膜时，处理剂用量以SiO2计的加入量应为钛白粉浆料以TiO2计的1%－10%。（本公司加入量为1.4%）。用SiO2包膜通过生成“活性硅”而形成一层致密的无定形水和二氧化硅的表皮状膜，从而沉积在钛白粉颗粒表面，提高了钛白粉的耐候性。

要使加入到浆料中Na2SiO3变成活性硅，就必须在高PH值时加入Na2SiO3,并要加酸调节PH值，使它能够较好地沉积在钛白粉颗粒表面形成表皮状的水合氧化硅。

在进行硅包膜时，如果出现反应温度低于60度，并且加快了反应速度后，则形成的包膜层为多孔的海绵状膜，这种膜是由大量的极为微细的氧化硅粒子堆积在钛白粉粒子之间形成的。多孔性海绵状的膜，增加了膜的厚度，减弱了膜的致密性，这种产品适用于制造平光乳胶漆。

硅包膜的工艺过程属于控制，但经包膜后的物料过滤性差，这是因为水合氧化硅之间存在着微弱的氢健，造成滤饼有蚀变现象，甚至发生胶冻状的假稠现象，解决假稠现象方法就是钛白粉表面包一层铝膜。

本公司硅包膜的方法：在PH＝9.5－10浆料中一次性加入一定量Na2SiO3,搅拌40分钟，然后根据情况用Al2(SO4)3在不同速度下，把PH值调整至6.5±0.2。

（2）铝包膜：铝包膜的机理：Al3+首选水解生Al（OH）3它是一种两性氧化物，Al(OH)3