摘要：實(shí)驗(yàn)室包覆有機(jī)物通常采用高速分散濕法、振蕩分散法、汽粉機(jī)粉碎法。三種常用方法都能在鈦白粉表面包覆有機(jī)物，但其中包覆工藝不同，決定了包覆質(zhì)量也不同。本文采用同種有機(jī)物對(duì)鈦白粉進(jìn)行三種包覆方法，對(duì)比其包覆方法，找出其優(yōu)缺點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：鈦白粉；有機(jī)硅；表面包覆；粒徑

引言

TiO₂，俗稱鈦白粉，是一種多晶型化合物，自然界中主要有板鈦型、銳鈦型、金紅石型三種晶型。其物理化學(xué)特性穩(wěn)定，無(wú)毒無(wú)害，具有較高的白度，高遮蓋，優(yōu)異的光澤度和消色力等，廣泛應(yīng)用于涂料、油墨、塑料、造紙、橡膠、化纖、化妝品等工業(yè)^[1~2]。由于二氧化鈦晶型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)導(dǎo)致本身存在光化學(xué)活性缺陷（肖特基缺陷），從而影響二氧化鈦應(yīng)用性能。因此在實(shí)際應(yīng)用中需要對(duì)二氧化鈦進(jìn)行表面包覆處理，已屏蔽紫外光對(duì)其造成的光催化作用。通常先進(jìn)行無(wú)機(jī)表面包覆處理，提高其耐候性，分散性等；后進(jìn)行有機(jī)表面包覆處理^[3~4]。進(jìn)一步提高分散性，光澤度等。

目前，同常先采用硅、鋁、鋯、鈦等無(wú)機(jī)鹽進(jìn)行TiO₂表面無(wú)機(jī)包覆，提高其分散性、耐候性、光澤度等，然后在采用胺類化合物、多元醇、有機(jī)硅化合物、有機(jī)酸鹽等進(jìn)行TiO₂有機(jī)包覆。進(jìn)一步提高其分散性^[5]。實(shí)驗(yàn)室通常采用高速攪拌濕法包覆有機(jī)物、振動(dòng)混勻法包覆有機(jī)物、汽粉法包覆有機(jī)物。本文針對(duì)三種方法進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比分析，探討三種包覆方法優(yōu)缺點(diǎn)，為實(shí)驗(yàn)室包覆TiO₂有機(jī)物提供參考。

1.實(shí)驗(yàn)部分

1.1試劑與儀器

1.1.1主要原料和試劑

實(shí)驗(yàn)中使用的原料及主要試劑見表1。

表1原料及主要試劑

Table 1 Raw Materials and Main Reagents.

1.1.2主要設(shè)備和儀器

實(shí)驗(yàn)中使用的主要設(shè)備和儀器見表。

表2主要設(shè)備和儀器

Table 2 Main Equipment and Instruments.

1.2實(shí)驗(yàn)流程

圖1 工藝流程圖

Fig. 1 Process Flow Chart.

氯化法鈦白粉漿料經(jīng)過(guò)前期中和砂磨分散，進(jìn)行無(wú)機(jī)Si、Al包膜，然后壓濾得到此次實(shí)驗(yàn)的濾餅料。濾餅料分三種工藝進(jìn)行TME有機(jī)包覆。

1.3實(shí)驗(yàn)方法

1）漿料中和：配置7L濃度為350g/L的氯化法鈦白粉漿料，加入濃度為50g/L的六偏磷酸鈉15mL，攪拌調(diào)節(jié)漿料PH為10.0-10.5。

2）砂磨分散：將中和后的漿料用實(shí)驗(yàn)室型砂磨機(jī)進(jìn)行研磨分散，漿料循環(huán)研磨15min，研磨轉(zhuǎn)速為2000r/min。測(cè)定研磨分散后的鈦白粉漿料粒徑^[8]。

3）包硅實(shí)驗(yàn)：量取5L砂磨后漿料倒入單層玻璃反應(yīng)釜中，開啟攪拌轉(zhuǎn)速設(shè)定為150r/min，水浴升溫到漿料溫度為60℃。用1mol/L硫酸溶液和1mol/L氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)漿料溶液pH值為10.0~10.5，攪拌分散5min，移取定量的硅酸鈉溶液（以SiO2計(jì)濃度為100g/L）加入單層玻璃反應(yīng)釜中，陳化20min。

4）包鋁實(shí)驗(yàn)：移取適量偏鋁酸鈉溶液（以Al2O3計(jì)濃度為100g/L）緩慢加入單層玻璃反應(yīng)釜中，陳化15min后，再取適量硫酸鋁溶液（以Al2O3計(jì)濃度為250g/L）緩慢加入單層玻璃反應(yīng)釜中，陳化15min，用1mol/L硫酸溶液和1mol/L氫氧化鈉溶液滴定漿料溶液pH值為5.5~6.5，陳化20min。

5）壓濾洗滌：將包膜后的漿液用實(shí)驗(yàn)室隔膜壓濾機(jī)進(jìn)行壓濾，漿料倒入壓濾機(jī)后用60℃除鹽水洗滌至電導(dǎo)率小于100μs/cm，得到濾餅。稱取1000g濾餅配置成500g/L的漿料待用，剩余濾餅取到不銹鋼瓷盤中，調(diào)節(jié)電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱溫度到145℃持續(xù)干燥12h，冷卻后干燥鈦白粉用高速分散機(jī)進(jìn)行粗粉。

6）高速分散包覆TME：將壓濾后配置的500g/L漿料放在高速分散機(jī)分散缸內(nèi)，調(diào)節(jié)高速分散機(jī)轉(zhuǎn)速為3000r/min，加入適量的TME高速分散30min。分散后將料方法不銹鋼瓷盤中，調(diào)節(jié)電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱溫度到145℃持續(xù)干燥12h，冷卻后干燥鈦白粉用高速分散機(jī)進(jìn)行初打粉，后用實(shí)驗(yàn)室型氣流粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎，粉碎介質(zhì)為除油除濕壓縮空氣，粉碎壓力為1.0MPa，進(jìn)料壓力為0.8MPa；得到1號(hào)樣品。

7）振蕩分散包覆TME：稱取鈦白粉粗粉500g，加入適量的TME振蕩分散30min。后用實(shí)驗(yàn)室型氣流粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎，粉碎介質(zhì)為除油除濕壓縮空氣，粉碎壓力為1.0MPa，進(jìn)料壓力為0.8MPa；得到2號(hào)樣品。

8）汽流粉碎包覆TME：稱取鈦白粉粗粉500g，用實(shí)驗(yàn)室型氣流粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎，粉碎介質(zhì)為除油除濕壓縮空氣，粉碎壓力為1.0MPa，進(jìn)料壓力為0.8MPa；并在汽粉機(jī)出口加入適量的TME（TME由計(jì)量泵輸送），得到3號(hào)樣品。

1.4性能表征與測(cè)試

1.4.1粒度測(cè)試

粒徑測(cè)試：稱取0.1g鈦白粉成品樣溶于40ml蒸餾水中，滴加5‰的六偏磷酸鈉，在磁力攪拌器上攪拌3min，而后放入超聲波清洗器中超聲3min。采用Malvern Mastersizer2000激光粒度儀檢測(cè)，測(cè)量三次取平均結(jié)果。

1.4.2分散性測(cè)試

檢測(cè)樹脂為固含量為40%的長(zhǎng)油醇酸樹脂。

振蕩分散：分散性檢測(cè)按照《顏料和體質(zhì)顏料評(píng)定分散性用的分散方法第2部分：用振蕩磨分散》ISO 8780-2：1990標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定，檢測(cè)參數(shù)：顏料含量為40%，分散時(shí)間10min；顆粒數(shù)的計(jì)算為刮板細(xì)度計(jì)上25-50刻度之間的顆粒數(shù)。

高速攪拌分散：分散性按照《顏料和體質(zhì)顏料評(píng)定分散性用的分散方法第3部分：用高速攪拌機(jī)分散》ISO 8780-3：1990標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定，檢測(cè)參數(shù)：顏料含量為70%，分散線速度為10.5m/s，高速分散時(shí)間10min；粗顆粒的計(jì)算為75μm槽深1平方英寸面積的顆粒數(shù)；細(xì)顆粒的計(jì)算為25μm槽深1平方英寸面積的顆粒數(shù)。

1.4.3顏色測(cè)試

漆膜顏色：制成全遮蓋的漆膜后按照《涂膜顏色的測(cè)量方法第二部分：顏色測(cè)量》GB/T 11186.2-1989標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)；

對(duì)比率：在標(biāo)準(zhǔn)的黑白卡紙上涂覆濕膜，恒溫恒濕處理后得到19μm厚度干膜，按照《白色和淺色漆對(duì)比率的測(cè)定》GB/T 23981-2009標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)；

光澤：在玻璃板上采用《色漆和清漆不含金屬顏料的色漆漆膜20°、60°和85°鏡面光澤的測(cè)定》GB/T 9754-2007標(biāo)準(zhǔn)制樣和檢測(cè)。

2.結(jié)果與討論

2.1粒徑測(cè)試結(jié)果

圖2粒徑分布圖

Fig. 2 Particle Size Distribution Map.

圖3粒徑測(cè)試圖

Fig 3. Particle Size Test Diagram.

二氧化鈦粒子大小在氧化階段已經(jīng)固定，由于粒子之間相互吸引使二氧化鈦顆粒結(jié)集團(tuán)聚，砂磨過(guò)程只是把團(tuán)聚打開，經(jīng)過(guò)包膜壓濾一些列工藝后，鈦白粉可以又產(chǎn)生二次團(tuán)聚，所以采用汽粉進(jìn)行粉碎。激光粒徑分析儀是根據(jù)激光在被測(cè)顆粒表面發(fā)生散射，散射光的角度和光強(qiáng)會(huì)因顆粒尺寸的不同而不同，根據(jù)米氏散射和弗氏衍射理論。^[7~8]可以進(jìn)行粒徑分析。從圖2、3可以看出3個(gè)樣品粒徑相差不大，進(jìn)一步說(shuō)明砂磨汽粉工藝不能改變粒子形貌大小，只能打開團(tuán)聚，起到解聚作用。測(cè)試結(jié)果D50、D90對(duì)比，3號(hào)樣品汽粉效果相對(duì)好一點(diǎn)，粒徑更集中。

2.2三個(gè)鈦白粉樣品分散性測(cè)定對(duì)比

圖4分散性測(cè)試圖

Fi高 4. Dispersion Test Diagram.

由圖4可以看出：振動(dòng)法分散性高于高速攪拌法分散性，說(shuō)明在應(yīng)用體系中，振蕩分散更有利于鈦白粉分散，但高速攪拌分散方法簡(jiǎn)單，效率更高。顆粒數(shù)多少能客觀的反應(yīng)樣品分散情況，振蕩分散中未看到粗顆粒，總體情況為3號(hào)樣品分散性最好1號(hào)樣品次之，分散性最差為2號(hào)樣品。說(shuō)明樣品采用不同的有機(jī)包膜方法，樣品應(yīng)用體系中分散性有明顯差別。

2.3三個(gè)鈦白粉樣品色差性能測(cè)定對(duì)比在15%PVC（顏料體積濃度）的丙烯酸油漆中的性能對(duì)比

圖5顏色測(cè)試圖

Fig 5 Color Test Diagram.

樣品顏色主要由顆粒形貌、包膜配方、顏料配方所決定，本文針對(duì)同一漿料、同一包膜配方研究，樣品各項(xiàng)顏色指標(biāo)相差不算大，但三種包覆有機(jī)方法之間還是有一些差異。由圖5可以看出，3個(gè)樣品遮蓋力相差不大，說(shuō)明遮蓋力主要受粒子形貌影響，涂層厚度在此不做討論。3號(hào)樣品L*值和白度、光澤度均比1號(hào)2號(hào)好，與分散性相呼應(yīng)，說(shuō)明樣品分散性與各項(xiàng)應(yīng)用指標(biāo)有著密切關(guān)系。

3.結(jié)論

本文對(duì)氯化法鈦白粉基料做中和砂磨分散處理，在進(jìn)行無(wú)機(jī)包覆后，分三種方法進(jìn)行有機(jī)包覆的實(shí)驗(yàn)研究，最終測(cè)試成品各項(xiàng)指標(biāo)，得到以下結(jié)論：

1） 采用微型汽粉機(jī)和高速攪拌機(jī)包膜TME的樣品比采用振蕩包覆TME的樣品粒徑更均勻集中。

2） 汽粉機(jī)包覆TME分散性優(yōu)于高速攪拌包覆和振蕩包覆。

3） 由于汽粉包覆分散性好，樣品的白度、亮度、光澤度相對(duì)偏高。

4） 遮蓋力主要取決于粒子本身大小，同一個(gè)樣遮蓋力相差較小。

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粉體圈 易辰