氧化钛的制备及应用

背景及概述^[1]

氧化钛是弱的两性氧化物，与硫酸氢钾熔融生成硫酸钛;与氢氧化钠熔融生成钛酸钠。其可用作重要的白色颜料和瓷器釉药，还用于制金属钛、钛铁合金、硬质合金。橡胶、造纸用作填料；电机工业用于制绝缘体、电瓷等。工业上用硫酸分解钛铁矿，除铁后再经水解制得。氧化钛主要用于涂料、塑料、造纸、油墨、化纤等领域，氧化钛的主要成分TiO₂属于N型半导体氧化物，具有光化学活性，受光、受热后外围电子激发，产生光生电子和光生空 穴，在缺氧条件下，光生电子还原TiO₂生成Ti₂O₃，使三聚氰胺层压纸发灰。光生空穴具有强氧化性，易使与之接触的有机高分子降解为小分子，甚至完全矿化为CO₂、H₂O分子，使涂料等应用产品耐候性变差。造纸作为二氧化钛颜料的第三大应用领域，占氧化钛总消费量的 15％左右，其中装饰原纸用氧化钛占总量的11—12％。

制备及应用^[1]

一、一种装饰原纸专用的生产方法

装饰原纸又叫钛白纸，是一种以优质木浆和二氧化钛颜料为主要原料经特殊工艺加工而成的工业特种用纸，经印刷、三聚氰胺等树脂浸胶后，主要用于纤维板、刨花板等人造板的护面层纸、面层用纸和底层用纸。装饰原纸对氧化钛耐候性有较高的要求。国内外针对装饰原纸氧化钛耐候性进行了较多技术研究工作，有的采用硅铝包膜，有的采用磷酸铝混合物包膜，有的采用铈盐对TiO₂进行包膜，有的采用磷锆铝包膜，这些技术存在工艺复杂、质量不稳定、实用性不强等缺陷，对装饰原纸的发展带来了约束。

CN201710678551.7提供了一种装饰原纸专用氧化钛的生产方法，本发明方 法制备的氧化钛，应用于纸浆体系后，具由无泡沫、分散快，留着率高的优点，本发明方法形 成的氧化钛的结构，可以降低氧化钛的表面张力、提高润湿性。

本发明为实现其目的采用的技术方案是：

一种装饰原纸专用氧化钛的生产方法，包括以下步骤：

A、用脱盐水将二氧化钛制备成500-600g/L的TiO₂浆料，加入硅酸盐，研磨，调浆料 pH值9.5-10，加热至40-80℃后，稀释至300±10g/L的TiO₂浆料，保持温度40-80℃；

B、向上述A稀释后的TiO2浆料中快速加入酸式铝盐溶液，搅拌，得到混合浆料；

C、向上述步骤B的混合浆料中缓慢加入含磷化合物溶液，然后调pH值为5.0-5.5， 熟化；

D、熟化后，在pH值5.0-5.5条件下，缓慢加入碱式铝盐溶液，在加入碱式铝盐溶液 的过程中流加pH值调节剂，并保持pH值5.0-5.5，搅拌20-40min后，调pH值至7.0-8.0；所述 pH值调节剂为浓度为5±5％的硫酸溶液，或酸式铝盐溶液，浓度以Al2O3为100±5g/L，用于控制pH为5.0-5.5。

E、再次熟化后，经过滤洗涤、干燥、粉碎，得到装饰原纸专用氧化钛。

二、一种色母粒用氧化钛的制备方法

着色剂对塑料着色起到关键的作用，色母粒着色是现在最普遍采用的塑料 着色法。色母粒用于对塑料进行着色，已在塑料加工业、电缆加工、合成纤维加工等行业中广泛应用。较传统的浮染法，它具有分散均匀、成本低、操作简单等优点，其组成主要为颜料、分散剂、载体三部分。

塑料行业是氧化钛的第二大用户，氧化钛作为的白色无机颜料应用在 塑料中，不仅能为塑料提供白度、光泽度和遮盖力，还可以提高塑料制品的耐光、耐热、耐候性，改善塑料制品的物理化学性质，延长塑料制品的使用寿命。

高浓度色母粒基本颜料含量可达30％～40％，但是由于高浓白母粒加入大量 的氧化钛，导致聚合物大分子运动困难，熔体粘度增加，给加工带来较大困难。

氧化钛在色母粒中的分散可以分为三步：润湿、细化和细化后的稳定性。颜料润湿对于颜料分散有重要意义，而颜料的润湿又与氧化钛的粒径、粒径分布和粒子表面性能息息相关。氧化钛的水解的产物是具有一定粒子大小、粒度分布均匀的水合二氧化钛沉淀，水合二氧化钛粒子性质直接决定了二氧化钛的光学性能和颜料性质。通过盐处理使氧化钛具有白度好、易分散的性质，同时粉碎后细化了的二氧化钛颗粒不稳定，会重新凝集起来，而通过对二氧化钛颗粒进行包膜表面处理可以进一步使氧化钛在色母粒中更好、更均匀地分散。

 CN201510956969.0提供了一种色母粒用氧化钛的制备方法， 能有效提高色母粒的流变性能。

本发明通过以下技术方案实现。

一种色母粒用氧化钛的制备方法，包括以下步骤：

a.制备TiO₂料浆：将加入晶种的钛液加热并保持微压水解，制备出偏钛酸， 接着将水洗、漂白、盐处理后的偏钛酸压榨得到滤饼，滤饼在900℃以上煅烧， 得到金红石含量≥99.5％的氧化钛粗品，粉碎后加入润湿剂砂磨，制得粒度＜1 μm的TiO₂料浆；

b.硅包膜：将步骤a所得到的TiO₂料浆稀释浓度至300g/L～450g/L，调节 料浆的PH＝8～11，加入分散剂，通入蒸汽加热至60～90℃，搅拌下加入含硅化 合物，并维持料浆的pH值为8～10，使TiO2颗粒表面包覆上氧化硅层；

c.铝包膜：往步骤b所得到的料浆中加入氧化铝化合物，水解后在氧化硅层 表面形成含水氧化铝层，维持料浆PH在4～10范围内，温度在40～60℃；

d.干燥：将步骤c所得到的TiO₂料浆过滤，洗涤除去可溶性盐，使滤饼的 电阻率≥100Ω·M，然后在300～500℃下烘干成粉末状；

e.粉碎：将步骤d所得到的TiO₂进行气流粉碎，同时加入有机表面处理剂， 得最终产品。  

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明所得的氧化钛白度高， 分散性好，通过包覆处理，降低新形成的界面表面能，在色母粒尤其是高浓度色母粒的加工过程中，不至于使二氧化钛产生再凝聚现象，这样既可以节约氧化钛的用量，又能提高色母粒的流变性能。

主要参考资料

[1] 中学教师实用化学辞典

[2] CN201710678551.7 一种装饰原纸专用氧化钛的生产方法

[3] CN201510956969.0 一种色母粒用氧化钛的制备方法