氯化法鈦白粉包膜工藝及影響因素的分析

1、氯化法鈦白粉包膜工藝及影響因素的分析一、概述 鈦白粉廣泛用于涂料 ,塑料等行業(yè) ,金紅石型 （R型）鈦白粉具有比銳鈦型 （A 型）鈦白粉更好的 耐候性 ,抗粉化性 ,在建筑戶外涂料 ,汽車涂料 ,卷鋼涂料 ,塑鋼門窗等行業(yè)獲得了更廣泛的應 用。但未經(jīng)表面處理的 R 型鈦白粉顆粒表面因水汽和氧氣的存在，其化學性活潑，在各 種體系中實際使用時具有促進在其顆粒周圍基料 （樹脂） 的降解的負面作用， 同時沒有包 膜的鈦白粉是親水性的氧化物， 它在一些介質(zhì)中的分散性很差， 如不進行包膜處理， 很難 在基料中使用。 因此必須在鈦白粉顆粒表面進行無機包覆處理， 經(jīng)表面處理后在其顆粒表 面形成連續(xù)包覆的硅，鋁

2、，鋯等氧化物，使其在粒度分布，晶型，雜技含量，著色力合理 的基礎上達到（ 1）提高在介質(zhì)中的研磨分散性。 （ 2）提高消色力和遮蓋力（ 3）在戶外使 用時，提高耐候性等目的。二、包膜前各工序的作用和條件分析 包膜前的預處理主要包括：分散，砂磨，分級等幾道工序。1 漿料的分散 分散： 顏料在介質(zhì)中的易分散程度和分散體系中的分散穩(wěn)定性稱為分散性。 粉末狀的物 質(zhì)顆粒往往是凝聚狀態(tài)存在的， 因此， 即使原級粒度符合要求的鈦白粉， 其分散性也往往 并不理想。 凝聚后的粉末物料很難分開， 這樣就對顏料的消色力、 遮蓋力和涂層的光澤度 等產(chǎn)生影響， 當顏料的分散性好時， 制成漆膜表面平整、 光滑、 光反射

3、均勻， 感光性能好， 反之則表面粗糙，光呈現(xiàn)出漫反射，相互干擾抵消，這時光澤度則大大下降。 分散劑 常用的分散劑有無機分散劑和有機分散劑兩種， 常用的無機分散劑有金屬的鹽類和氫氧化 物，如氫氧化鈉、硅酸鈉，六偏磷酸鈉，磷酸三鈉，常用的有機分散劑有烷胺類，如季戊 四醇、三乙醇胺、三羥甲基乙烷、有機硅等。 分散的條件Tio 2 在水中的漿料分散程度的好壞與下列因素有關。a. 漿液 PH 值的影響：通過實驗可知，一般情況下， 漿料在 PH 值 2時分散性很好，隨 著 PH 值的上升會逐漸發(fā)生凝聚， PH58凝聚現(xiàn)象最嚴重， PH 值8 時又會重新 分散，在 PH11 時重新凝聚，因此， PH值 8.

4、5 11 較為理想。b. 分散劑的用量。 無論有機分散劑還是無機分散劑， 用量均應控制在粉料的 1%為好， 現(xiàn) 工藝分散劑 Na2SiO3 的加入量為 0.4%。2、漿料的研磨。TiO2 的粒度分布對鈦白粉性能的影響是非常大的，也可以說是至關重要的。對鈦白粉的 生產(chǎn)來說，我們要求在氧化爐中生成的 TiO2 基本粒子的平均粒度在 0.25 m左右，但由 于氧化的爐溫度很高，初級 TiO2 粒子很容易粘在一起，尤其打漿以后形成大的團粒，結(jié) 合的比較牢固， 即使通過分散也不能把它們分開， 所以在包膜前必須進行砂磨， 以打開其 中的大團粒。砂磨操作就是一種粉碎過程，把漿料中大的團粒打開成基本粒子，所用

5、的設備是砂磨機。 砂磨機里填充細小玻璃珠，或天然石英砂，作為研磨介質(zhì)，高速旋轉(zhuǎn)的研磨盤，驅(qū)動研磨 介質(zhì)運動， 粗顆粒物料在研磨介質(zhì)之間或研磨盤與研磨介質(zhì)之間產(chǎn)生摩擦作用后將物料粉 碎。3、漿料的分級（1）漿料分級作用：是把經(jīng)機械研磨后漿料中的粗細鈦白顆粒用重力旋流分級的方法， 把不合格的大顆粒除去。（2）漿料分級的原理：一般依據(jù)離心力在重力作用下沉降的方法，利用鈦白粉中大小不 同的顆粒在以水為介質(zhì)中受離心力作用后沉降速度不同的原理進行分級。 采用的是既簡單 又實用的水選分級設備， 它利用漿料進料的壓力， 在旋流器內(nèi)造成旋流， 較大的顆粒在重 力作用下沉降，較細顆粒在一定漿料粘度下飄浮，使粗細顆

6、粒得到分級。4、影響因素：（1）漿料的分散程度。（2）分級的給料壓力、流量。（3）底流的排放量調(diào)節(jié)。 二、鈦白粉的包膜工藝1、包膜的方法：包膜方法一般分為濕法包膜和干法包膜。（1）濕法包膜適用于無機包膜。它又分為煮沸法、中和法和碳化法。本公司使用的方法 為中和法，它是在漿料加入酸性或堿性包膜劑，再加堿或酸中和，使包膜劑沉淀出來。（2）干法包膜：是在氣流的載帶下的噴霧的方法，可以與粉碎過程結(jié)合起來，本公司成 品汽粉機中加入有機硅就是干法包膜。2、包膜的類型 鈦白粉的包膜處理， 一般按照處理劑分無機包膜和有機包膜， 無機包膜主要解決光化學敏 感性，提高耐候性，有機包膜主要改善在各種不同介質(zhì)中分散性

7、能。3、無機包膜 無機包膜中以硅鋁為主要試劑的包膜， 是用得最多， 最普遍的。 最常用的無機包膜劑是硅 和鋁化合物， 使用時是以可溶性的硅鹽或鋁鹽的水溶液形式， 加入到鈦白粉漿液中， 然后 再控制一定條件使它水解、 沉析出它們的氫氧化合物， 包覆在鈦白粉顆粒表面。 其水解反 應方程如下：Na2SiO3+h2OSiO2+2NaOH（OH-）Al2（SO4）3+H2OAl2O3+3H2SO4（H+）2NaAlO2+H2OAl2O3+2NaOH（OH-）Zr（SO4）2+4NaOH Zr（OH）4+2Na2SO4 當包膜劑以一定的速度加入時，使它發(fā)生上述水解反應，水解反應生成的H+和 OH又阻止反應

8、向右進行，只有當反應中生成的H+和 OH不斷被中和掉后反應才能不斷地向右進行。（1） 硅包膜采用硅包膜時， 處理劑用量以 SiO2 計的加入量應為鈦白粉漿料以 TiO2 計的 1% 10%。（本 公司加入量為 1.4%）。用 SiO2 包膜通過生成“活性硅”而形成一層致密的無定形水和二 氧化硅的表皮狀膜，從而沉積在鈦白粉顆粒表面，提高了鈦白粉的耐候性。要使加入到漿料中 Na2SiO3變成活性硅， 就必須在高 PH值時加入 Na2SiO3, 并要加酸調(diào)節(jié) PH值，使它能夠較好地沉積在鈦白粉顆粒表面形成表皮狀的水合氧化硅。在進行硅包膜時，如果出現(xiàn)反應溫度低于 60 度，并且加快了反應速度后，則形成

9、的包膜 層為多孔的海綿狀膜， 這種膜是由大量的極為微細的氧化硅粒子堆積在鈦白粉粒子之間形 成的。多孔性海綿狀的膜，增加了膜的厚度，減弱了膜的致密性，這種產(chǎn)品適用于制造平 光乳膠漆。硅包膜的工藝過程屬于控制， 但經(jīng)包膜后的物料過濾性差， 這是因為水合氧化硅之間存在 著微弱的氫健， 造成濾餅有蝕變現(xiàn)象， 甚至發(fā)生膠凍狀的假稠現(xiàn)象， 解決假稠現(xiàn)象方法就 是鈦白粉表面包一層鋁膜。本公司硅包膜的方法：在 PH9.5 10 漿料中一次性加入一定量 Na2SiO3,攪拌 40 分鐘， 然后根據(jù)情況用 Al2（SO4）3 在不同速度下，把 PH值調(diào)整至 6.5 0.2 。（2） 鋁包膜：鋁包膜的機理： Al3

10、+ 首選水解生 Al（ OH）3它是一種兩性氧化物， Al（OH）3 沉淀生成的條件：當 PH12.8 時以 AlO2- 形式存在 PH3.1 時以 Al3+形式存在， 因此只當 PH 3.1 10.8 之間時，有 Al(OH)3 沉淀生成。采用鋁包膜時， 包膜劑的用量以 Al2O3 計，鈦白粉料以 TiO2 計，一般為 TiO2 質(zhì)量 0.5%-5%, 操作時堿酸的濃度不宜過濃，中和速度不易過快。緩慢而均勻地加入。本公司包鋁時采用 Al2O3 占 TiO2 量的 1.7%記，有時也根據(jù)氧化，鋁的含量進行調(diào)整。方 法是：在一小時內(nèi) NaAlO2與 Al2(SO4)3 并流加入，將 PH控制在

11、7.7-8.7 之間，攪拌 20 分鐘，用 Al2(SO4)3 調(diào)終點 PH為 7.0-6.8 之間。以 Al2O3 作為包膜劑， 改性后的鈦白粉， 制成涂料后具有良好的光澤性。 改善涂料的白度， 又因為它能降低鈦白粉光化學性，提高涂料的抗粉化能力。(3) ZrO2 包膜氧化鋯是近些年來新開發(fā)的新型表面處理劑， 它能改進二氧化鈦顏料的光澤、 遮蓋力和抗 粉化性。但其處理后漿料過濾、水洗困難，濾餅不易抽干，容易出現(xiàn)“假稠”現(xiàn)象，所以 也不單獨使用，而是和氧化鋁等表面處理劑一起應用。氧化鋯包覆二氧化鈦的工藝是：氧化鋯的加入量一般為 TiO2 質(zhì)量的 0.1%2.5%, 較佳的 加入量為 0.5%

12、1.0%;漿料的 PH值一般以 810 為宜；反應的溫度 4060反應時間 2 小時以上；氧化鋯包膜要求完整致密的，此種膜有利于提高鈦白粉的光澤和耐候性。氧化鋯包覆 TiO2 的原理是： 在二氧化鈦的漿料中， 加入水溶性鋯酸鹽溶液， 如 Zr(SO4)2, 用堿中和， 維持 PH值在 810 之間，使鋯以水合氧化鋯的形式沉淀在Tio2 顆粒表面， 反應式如下：Zr(SO4)2+4NaOH+(n-2)H2OZrO2.nH24O+2Na2SO4 鋯包覆通過形成的水合氧化鋯以羥基的形式牢固鍵合在 TiO2 表面。形成的水合氧化鋯要 求是致密、 均勻、連續(xù)的膜， 這種膜可保護核體免受化學侵蝕， 提高鈦

13、白粉產(chǎn)品的耐候性。 影響表面處理的因素a. 基上述原理分析可知：影響表面處里的關鍵因素是PH值。對硅膜， PH值是影響硅膠凝聚的速度的關鍵因素，對致密硅膜成膜條件在PH 9 11 之間，因為漿料的分散狀態(tài)好硅酸的聚合速度慢。對 Al 膜 PH 7.3 左右時， PH值波動大，不易控制所以 PH值控制在 7.7-7.8 之間。b. 溫度：對硅膜：溫度高易成致密膜，溫度低形成多孔膜。而對 Al 膜：溫度高成致密 膜，溫度低成松散膜。所以現(xiàn)有工藝由原來的65改為 75。c. 時間：加料速度對成膜的影響較大，加料速度快，反應迅速，成多孔膜，均勻性差； 加料速度慢，成膜均勻致密。d. 分散性不好，漿料粘，攪拌不利，成膜不均勻。e. 攪拌：攪拌器的轉(zhuǎn)速一般在 40-80/mm, 同時在一些較大設備加紊流器，防止?jié){料在一 個水平面上打轉(zhuǎn)，使?jié){料和包膜劑充分混合。同時各種鈦白粉的性質(zhì)不同，成膜后達到的效果不同，這樣就要根據(jù)包膜后的具體情況， 調(diào)整包膜反應的各種工藝控制指標，才能獲得最佳包膜效果。三