|
| |
| 我國鈦白粉代用品（復(fù)合鈦白）的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展 |
| 來源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2014-08-13 10:23:40 瀏覽次數(shù)： |
|
| |
1 鈦白代用品的涵義
（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/遠(yuǎn)志）鈦白代用品材料是指具有鈦白粉顏料性質(zhì)且成本低廉能夠部分或全部取代鈦白粉加以應(yīng)用的無機(jī)粉體材料。但世界上還未發(fā)現(xiàn)在折射率、遮蓋性、色調(diào)和光穩(wěn)定性等方面均與結(jié)晶TiO2相同或相當(dāng)接近的物質(zhì)。因此，鈦白代用品材料至少在目前并非是由單一物質(zhì)構(gòu)成的顏料質(zhì)材料，而是指由結(jié)晶TiO2和其它材料構(gòu)成的復(fù)合體或復(fù)合材料。
2 鈦白代用品的分類
從TiO2和其它構(gòu)成材料之間的關(guān)系來分，鈦白代用品主要包括以下三種材料：
(1)無序混合性二氧化鈦復(fù)合顏料。是指鈦白粉(結(jié)晶TiO2)與其它白色顏料或白色填料經(jīng)均混而成的復(fù)合體材料，兩者之間的相對(duì)位置不確定。復(fù)合顏料結(jié)晶TiO2與其它顏料或填料間靠靜電力、粘附力和范德華力實(shí)現(xiàn)微弱結(jié)合，復(fù)合體顆粒間、結(jié)晶TiO2顆粒之間、其它顏填料顆粒間團(tuán)聚現(xiàn)象嚴(yán)重；相當(dāng)多的TiO2分布在單元顆粒(各團(tuán)聚體)的內(nèi)部。因而，以此形成的鈦白代用品材料其顏料性能較差，使用時(shí)對(duì)鈦白的取代量較小，對(duì)降低成本的效果十分有限，市場(chǎng)應(yīng)用限制較多。日本生產(chǎn)的SiO2復(fù)合鈦白顏料主要用于合成纖維制品。英國和法國的滑石基復(fù)合鈦白僅用于造紙。我國的煅燒高嶺土與鈦白混合的復(fù)合顏料只用于涂料。
(2)有序凝聚型二氧化鈦復(fù)合顏料。是指鈦白顆粒(結(jié)晶TiO2)與其它白色顏料或白色填料之間通過凝聚作用結(jié)合而成的復(fù)合粉體。
(3)二氧化鈦包膜復(fù)合顏料。這種復(fù)合顏料是在無機(jī)材料顆粒表面包覆結(jié)晶的TiO2層形成無機(jī)顆粒-TiO2復(fù)合粉體，即二氧化鈦包膜復(fù)合材料。這類材料由于表面包覆TiO2而呈現(xiàn)TiO2性質(zhì)，因此具有較好的顏料性能，可較大比例或完全取代鈦白粉加以應(yīng)用。與前兩種材料不同，無機(jī)顆粒-TiO2復(fù)合粉體材料中以無機(jī)材料為主，TiO2比例較低，可以明顯降低鈦白粉的用量和使用成本（丁浩，2006）。
3 復(fù)合鈦白的研究現(xiàn)狀
鈦白粉的顏料性能是通過其光學(xué)性能來體現(xiàn)的，而其光學(xué)性能主要取決于TiO2粒子的表面性質(zhì)，內(nèi)核對(duì)其光學(xué)性能幾乎沒有什么貢獻(xiàn)，所以用一種廉價(jià)易得的白色材料取代TiO2顆粒的內(nèi)核，則可以大大降低鈦白的成本。美國、英國、德國、日本和中國等多年來紛紛致力于這項(xiàng)技術(shù)的研究，并取得了一定的成果。目前國內(nèi)外復(fù)合鈦白的生產(chǎn)方法主要有物理法、化學(xué)法和化學(xué)物理綜合法三種：
(1)物理法
物理法是由俄羅斯高效工藝材料研究院（原蘇聯(lián)國家建委建材中心）開發(fā)的一項(xiàng)技術(shù)（陳朝華，2006；向燕生，1999；北京市友合組投資管理有限公司，1999）。以無機(jī)內(nèi)核材料（碳酸鈣、高嶺土等）外包鈦白的方法生產(chǎn)包核鈦白。生產(chǎn)中采用離心振動(dòng)磨等相關(guān)設(shè)備和工藝，使內(nèi)核與鈦白之間產(chǎn)生分子間力（范德華力、氫鍵力）和靜電引力等，從而相互吸附成為包核鈦白。
但是由于生產(chǎn)過程中鈦白與內(nèi)核之間的結(jié)合力較弱，鈦白容易從內(nèi)核表面脫落，使得復(fù)合鈦白性能不穩(wěn)定，難以被市場(chǎng)和用戶接受。
（2）化學(xué)法
化學(xué)法是制備二氧化鈦包膜復(fù)合材料的傳統(tǒng)方法。它的原理是：將鈦鹽水解生成的水合二氧化鈦沉淀包覆在非金屬礦物基體表面，然后通過焙燒使二氧化鈦晶體化，形成表面具有晶體二氧化鈦層的復(fù)合顏料（陳朝華，2006；向燕生，1999）。在這方面，國內(nèi)外都有大量學(xué)者進(jìn)行研究，并取得了一定的成果。
付劍俠等（付劍俠，2008）以工業(yè)生產(chǎn)鈦白的中間產(chǎn)物硫酸氧鈦為鈦源，用其水解法在粉石英表面包覆了一層鈦白，研究了外加劑、晶種以及溫度對(duì)包覆效果的影響，在優(yōu)化反應(yīng)的工藝條件下得到了白度為89的復(fù)合粉體。
楊少鳳等（楊少鳳，2000）以硅灰石為核心，采用化學(xué)沉淀法在其表面均勻包覆一層納米TiO2，形成了具有與鈦白粉相似性質(zhì)的硅灰石復(fù)合鈦白，并且得出結(jié)論，硅灰石的預(yù)處理是包覆的關(guān)鍵，而且硅灰石的最高加入量為50%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。
Mahshid Pourmand等（Mahshid Pourmand，2008）人在以TiF4為先驅(qū)體通過水解的方法在云母的表面上生長(zhǎng)結(jié)晶度好的TiO2薄膜，并對(duì)成膜條件——TiF4的濃度、成膜溫度、沉積時(shí)間和pH值對(duì)膜的形態(tài)、氣孔率和厚度等特性進(jìn)行了研究。
丁希樓、張國棟以鈦鹽、氫氟酸、硼酸為原料，采用液相沉積法在高嶺土顆粒表面包覆二氧化鈦膜，確定了影響包覆效果的關(guān)鍵因素為改性溫度、改性時(shí)間、基體懸浮液濃度、攪拌速度和煅燒溫度。
林海以經(jīng)超細(xì)粉碎的煤系煅燒高嶺土為基體，在其表面包覆厚度為150nm、均勻且致密的二氧化鈦膜，并得出結(jié)論：改性溫度和改性時(shí)間、改性藥劑用量、基體懸浮液濃度和攪拌速度是影響包覆效果的關(guān)鍵因素。
這一方法存在的問題主要有（丁浩，2006；向燕生，1999）：（a）礦物表面通過水解形成的水合二氧化鈦沉淀物晶形轉(zhuǎn)化比較困難，不能產(chǎn)生一種晶體，通常產(chǎn)生混晶型產(chǎn)物；（b）水解過程受鈦鹽濃度和基體材料固含量的影響，TiO2包覆量比較難控制；（c）鈦鹽價(jià)格較貴，導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加；（d）鈦鹽水解和去除鐵離子等雜質(zhì)的工序產(chǎn)生大量酸性廢水，污染環(huán)境，而且治理污水成本也較高。
（3）化學(xué)物理綜合法
化學(xué)物理綜合法包核就是利用化學(xué)法和物理法包覆原理,通過工藝和配方的調(diào)整,巧妙地將化學(xué)法和物理法有機(jī)地結(jié)合起來,達(dá)到單純用物理法或化學(xué)法無法達(dá)到的目的（向燕生，1999）。而機(jī)械力化學(xué)法就是其中最重要的一種。
丁浩等采用機(jī)械力化學(xué)法，在碳酸鈣表面進(jìn)行了TiO2包膜，制備了具有類似鈦白粉顏料性質(zhì)的CaCO3/TiO2復(fù)合材料，并得出結(jié)論，復(fù)合材料中，TiO2在CaCO3表面形成均勻包覆，二者之間是通過各自表面羥基形成的化學(xué)作用結(jié)合。
劉杰等采用濕法超細(xì)研磨對(duì)煅燒高嶺土和鈦白粉進(jìn)行了復(fù)合，制得了在主要物理性能指標(biāo)上接近鈦白粉，可作為鈦白粉使用的復(fù)合粉體。并得出結(jié)論，復(fù)合配比、研磨時(shí)間、pH和懸浮液質(zhì)量分?jǐn)?shù)是影響包覆效果的主要因素。
丁浩等采用機(jī)械力化學(xué)包覆方法，在絹云母表面包覆TiO2及制備了絹云母復(fù)合顆粒材料。結(jié)果表明，復(fù)合時(shí)間、復(fù)合研磨球料比以及TiO2比例對(duì)復(fù)合顆粒性能影響顯著，復(fù)合顆粒具有類似鈦白粉的顏料性質(zhì)，當(dāng)作為顏料用于涂料時(shí)，制備得到的涂料的性能優(yōu)于單純使用鈦白粉制備得到的涂料。
機(jī)械力化學(xué)法生產(chǎn)復(fù)合鈦白具有生產(chǎn)效率高、工藝流程短、節(jié)約原材料和能源、無環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)，而且體系中基體與TiO2之間除了靜電吸附和分子引力，還有化學(xué)鍵相連，結(jié)合力強(qiáng)，材料在使用時(shí)TiO2 與包核基體之間不易脫離，從而提升了其顏料性能，可大比例取代鈦白粉加以使用。
?歡迎進(jìn)入【粉體論壇】
|
|
|
| |
|
| |
|
|
|
|
|
|
