鈦白粉又名二氧化鈦，其物理化學性質穩定，是一種常見顏料。它與傳統的鉛白、鋅白、鋅鋇白等白色顏料相比，具有折射率高、消色力強、遮蓋力大、分散性好、白度好、無毒等多種優異性能，被稱為白色顏料之王，因此在塑料、橡膠、膠粘劑、涂料、造紙、陶瓷等需要白色顏料的工業領域均有廣泛應用。

白色顏料之王：鈦白粉

但未經過包覆處理的鈦白粉光化學穩定性不佳，在紫外的照射下容易產生變色、失光和粉化等弊病，同時未處理的鈦白粉在應用領域中如涂料油墨因其潤濕分散性較差，會產生顏填料浮色發花、絮凝以及容易沉淀等各種弊病，限制產品的應用范圍。因此，鈦白粉的表面處理，即無機包覆，是應用前的關鍵一步。

包覆層的選擇

對于鈦白粉無機包覆產品，其應用性能較大程度上取決于包覆層的微觀結構。因此研究清楚鈦白粉表面不同包覆層對提升分散穩定性能、耐光性能及耐候性能等方面的作用機理，是鈦白粉產品應用性能優化的重要技術基礎。

1.氧化鋁包覆鈦白粉

水合氧化鋁包覆處理是鈦白粉生產工藝中常見的表面處理方式之一，包覆處理后的鈦白粉能明顯提升鈦白粉的分散穩定性與及其他綜合應用性能。當氧化鋁包覆層為勃姆石結構，且其連續性與孔隙度越高，則絮狀結構越顯著，鈦白粉包覆氧化鋁樣品在水性體系中的分散穩定性能越優。

鈦白粉顆粒表面被包覆了一層均勻的水合氧化鋁薄膜

提升分散性能的機理：

①鈦白粉顆粒表面絮狀或纖維狀水合氧化鋁包覆層的形成阻礙了鈦白粉顆粒間碰撞團聚，維持了鈦白粉顆粒在水性體系中的空間穩定；

②連續絮狀水合氧化鋁在鈦白粉顆粒表面的形成，顯著提升了顆粒表面的羥基含量，增加了顆粒表面的潤濕性，加速其在水性體系中的分散；

③鈦白粉顆粒表面連續絮狀包覆層的形成，增加了鈦白粉顆粒表面的zeta電位，增強了顆粒間的靜電斥力，阻礙了顆粒間的團聚

2.二氧化硅包覆鈦白粉

水二氧化硅包覆處理也是鈦白粉生產工藝中常見的表面處理方式之一，鈦白粉表面二氧化硅包覆層可阻礙其與周圍介質及外界環境之間的直接接觸，提升鈦白粉的耐候性能。

鈦白粉表面二氧化硅包覆層物相結構為無定型水合二氧化硅，其微觀結構主要取決于水合二氧化硅一次粒子在鈦白粉顆粒表面的吸附、成膜與聚合過程。以酸溶穩定性能為耐候性能的評價指標，二氧化硅包覆鈦白粉樣品包覆層連續性越高致密性越好，包覆層越厚所得包覆樣品的耐候性能越優。

二氧化鋯包覆鈦白粉TEM圖

提升耐候性能的機理：

①二氧化硅包覆層可以有效阻礙酸性物種對鈦白粉內核的直接侵蝕，減緩外界環境變化造成鈦白粉內核的風化；

②二氧化硅包覆層可以抑制鈦白粉晶體結構的轉化，提升鈦白粉的結構與熱穩定性能

3.二氧化鋯包覆鈦白粉

鈦白粉具有一定的光催化活性，可以吸收紫外光產生活性基團，致使周圍有機介質發生降解，降低產品的使用壽命。二氧化鋯折射率高（2.170），且對紫外光的吸收能力極弱。因此，在鈦白粉顆粒表面包覆連續致密二氧化鋯，既能降低紫外光的吸收，又能阻礙活性基團與周圍介質及外界環境之間的直接接觸，提升鈦白粉的耐光性能。若以耐光性能為評價指標，二氧化鋯包覆鈦白粉樣品表面包覆層連續均勻性越好則致密性越高，包覆樣品的耐光性能越優。

二氧化鋯包覆鈦白粉TEM圖

提升耐光性能機理：

①連續均勻致密二氧化鋯包覆層阻礙鈦白粉界面活性基團與有機物的接觸；

②降低光生電子-空穴對的產生與分離幾率，阻礙光生電子向顆粒表面遷移，加速光生電子-空穴對復合；

③降低顆粒表面羥基含量，從而降低二氧化鋯包覆鈦白粉表面活性基團的生成速率，減緩其對周圍有機物的氧化降解。

4.磷酸鋁包覆鈦白粉

鋁基材料作為較好的電子受體，可湮滅鈦白粉吸收紫外光激發產生的光生電子，抑制活性基團的產生，改善耐光性能；而磷酸根的引入可調節鈦白粉顆粒的表面電位，改善分散穩定性能。因此，在鈦白粉表面包覆磷酸鋁可同時提升鈦白粉的耐光性能及分散穩定性能。

提升耐光性能的機理：

①連續致密磷酸鋁包覆層阻礙鈦白粉界面活性基團與有機物的接觸；

②降低光生電子-空穴對的產生與分離速率，加速電子的湮滅，阻礙光生電子向顆粒表面遷移從而降低復合樣品表面活性基團（羥基自由基、超氧根自由基等）生成速率，減緩其對周圍有機物的降解。

提升水性體系分散穩定性能的機理：

①連續磷酸鋁包覆層通過降低鈦白粉顆粒表面能增加顆粒表面潤濕性，促進其在水性體系中的分散；

②提升鈦白粉表面的電負性，增加顆粒間的靜電斥力，阻礙顆粒間的團聚

5.其他

除了以上提及的包覆層選擇外，根據其他不同工業領域對產品應用性能的需求，近年來國內外研究人員也開發了不同種類鈦白粉表面無機包覆新產品，如二氧化鈰、二氧化錫等。其中，前者能起到提升鈦白粉耐光性能的作用，后者則是一種相對成熟的工業級制備導電鈦白粉的方法。

鈰氧化物包覆金紅石型鈦白粉 TEM 圖

總結

總之，鈦白粉特性雖可從表面包覆氧化物的處理來區分，但表面處理過程中還會涉及到包覆層微觀結構調控、 包覆層微觀結構與應用性能的關系、各應用性能的提升機制等方面的研究。因此還需要更多相關的研究，才能制備出更高質、合適的包覆鈦白粉產品。

資料來源：

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