氯化法钛白粉包膜工艺及影响因素的分析.doc

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1、氯化法钛白粉包膜工艺及影响因素的分析一、 概述钛白粉广泛用于涂料,塑料等行业,金红石型(R型)钛白粉具有比锐钛型(A型)钛白粉更好的耐候性,抗粉化性,在建筑户外涂料,汽车涂料,卷钢涂料,塑钢门窗等行业获得了更广泛的应用。但未经表面处理的R型钛白粉颗粒表面因水汽和氧气的存在，其化学性活泼，在各种体系中实际使用时具有促进在其颗粒周围基料（树脂）的降解的负面作用，同时没有包膜的钛白粉是亲水性的氧化物，它在一些介质中的分散性很差，如不进行包膜处理，很难在基料中使用。因此必须在钛白粉颗粒表面进行无机包覆处理，经表面处理后在其颗粒表面形成连续包覆的硅，铝，锆等氧化物，使其在粒度分布，晶型，杂技含量，着色力

2、合理的基础上达到（1）提高在介质中的研磨分散性。（2）提高消色力和遮盖力（3）在户外使用时，提高耐候性等目的。二、 包膜前各工序的作用和条件分析包膜前的预处理主要包括：分散，砂磨，分级等几道工序。1浆料的分散分散：颜料在介质中的易分散程度和分散体系中的分散稳定性称为分散性。粉末状的物质颗粒往往是凝聚状态存在的，因此，即使原级粒度符合要求的钛白粉，其分散性也往往并不理想。凝聚后的粉末物料很难分开，这样就对颜料的消色力、遮盖力和涂层的光泽度等产生影响，当颜料的分散性好时，制成漆膜表面平整、光滑、光反射均匀，感光性能好，反之则表面粗糙，光呈现出漫反射，相互干扰抵消，这时光泽度则大大下降。分散剂常用的

3、分散剂有无机分散剂和有机分散剂两种，常用的无机分散剂有金属的盐类和氢氧化物，如氢氧化钠、硅酸钠，六偏磷酸钠，磷酸三钠，常用的有机分散剂有烷胺类，如季戊四醇、三乙醇胺、三羟甲基乙烷、有机硅等。分散的条件Tio2 在水中的浆料分散程度的好坏与下列因素有关。a. 浆液PH值的影响：通过实验可知，一般情况下，浆料在PH值2时分散性很好，随着PH值的上升会逐渐发生凝聚，PH58凝聚现象最严重，PH值8时又会重新分散，在PH11时重新凝聚，因此，PH值8.511较为理想。b. 分散剂的用量。无论有机分散剂还是无机分散剂，用量均应控制在粉料的1%为好，现工艺分散剂Na2SiO3的加入量为0.4%。2、浆料的

4、研磨。TiO2的粒度分布对钛白粉性能的影响是非常大的，也可以说是至关重要的。对钛白粉的生产来说，我们要求在氧化炉中生成的TiO2基本粒子的平均粒度在0.25m左右，但由于氧化的炉温度很高，初级TiO2粒子很容易粘在一起，尤其打浆以后形成大的团粒，结合的比较牢固，即使通过分散也不能把它们分开，所以在包膜前必须进行砂磨，以打开其中的大团粒。砂磨操作就是一种粉碎过程，把浆料中大的团粒打开成基本粒子，所用的设备是砂磨机。砂磨机里填充细小玻璃珠，或天然石英砂，作为研磨介质，高速旋转的研磨盘，驱动研磨介质运动，粗颗粒物料在研磨介质之间或研磨盘与研磨介质之间产生摩擦作用后将物料粉碎。3、浆料的分级（1）浆料

5、分级作用：是把经机械研磨后浆料中的粗细钛白颗粒用重力旋流分级的方法，把不合格的大颗粒除去。（2）浆料分级的原理：一般依据离心力在重力作用下沉降的方法，利用钛白粉中大小不同的颗粒在以水为介质中受离心力作用后沉降速度不同的原理进行分级。采用的是既简单又实用的水选分级设备，它利用浆料进料的压力，在旋流器内造成旋流，较大的颗粒在重力作用下沉降，较细颗粒在一定浆料粘度下飘浮，使粗细颗粒得到分级。4、影响因素：（1）浆料的分散程度。（2）分级的给料压力、流量。（3）底流的排放量调节。二、钛白粉的包膜工艺1、包膜的方法：包膜方法一般分为湿法包膜和干法包膜。（1）湿法包膜适用于无机包膜。它又分为煮沸法、中和法

6、和碳化法。本公司使用的方法为中和法，它是在浆料加入酸性或碱性包膜剂，再加碱或酸中和，使包膜剂沉淀出来。（2）干法包膜：是在气流的载带下的喷雾的方法，可以与粉碎过程结合起来，本公司成品汽粉机中加入有机硅就是干法包膜。2、包膜的类型钛白粉的包膜处理，一般按照处理剂分无机包膜和有机包膜，无机包膜主要解决光化学敏感性，提高耐候性，有机包膜主要改善在各种不同介质中分散性能。3、无机包膜无机包膜中以硅铝为主要试剂的包膜，是用得最多，最普遍的。最常用的无机包膜剂是硅和铝化合物，使用时是以可溶性的硅盐或铝盐的水溶液形式，加入到钛白粉浆液中，然后再控制一定条件使它水解、沉析出它们的氢氧化合物，包覆在钛白粉颗粒表

7、面。其水解反应方程如下：Na2SiO3+h2OSiO2+2NaOH(OH-)Al2(SO4)3+H2OAl2O3+3H2SO4(H+)2NaAlO2+H2OAl2O3+2NaOH(OH-)Zr(SO4)2+4NaOHZr(OH)4+2Na2SO4当包膜剂以一定的速度加入时，使它发生上述水解反应，水解反应生成的H+和OH又阻止反应向右进行，只有当反应中生成的H+和OH不断被中和掉后反应才能不断地向右进行。（1） 硅包膜采用硅包膜时，处理剂用量以SiO2计的加入量应为钛白粉浆料以TiO2计的1%10%。（本公司加入量为1.4%）。用SiO2包膜通过生成“活性硅”而形成一层致密的无定形水和二氧化硅的

8、表皮状膜，从而沉积在钛白粉颗粒表面，提高了钛白粉的耐候性。要使加入到浆料中Na2SiO3变成活性硅，就必须在高PH值时加入Na2SiO3,并要加酸调节PH值，使它能够较好地沉积在钛白粉颗粒表面形成表皮状的水合氧化硅。在进行硅包膜时，如果出现反应温度低于60度，并且加快了反应速度后，则形成的包膜层为多孔的海绵状膜，这种膜是由大量的极为微细的氧化硅粒子堆积在钛白粉粒子之间形成的。多孔性海绵状的膜，增加了膜的厚度，减弱了膜的致密性，这种产品适用于制造平光乳胶漆。硅包膜的工艺过程属于控制，但经包膜后的物料过滤性差，这是因为水合氧化硅之间存在着微弱的氢健，造成滤饼有蚀变现象，甚至发生胶冻状的假稠现象，解

9、决假稠现象方法就是钛白粉表面包一层铝膜。本公司硅包膜的方法：在PH9.510浆料中一次性加入一定量Na2SiO3,搅拌40分钟，然后根据情况用Al2(SO4)3在不同速度下，把PH值调整至6.50.2。（2） 铝包膜：铝包膜的机理：Al3+首选水解生Al（OH）3它是一种两性氧化物，Al(OH)3沉淀生成的条件：当PH12.8时以AlO2-形式存在PH3.1时以Al3+形式存在，因此只当PH3.110.8之间时，有Al(OH)3沉淀生成。采用铝包膜时，包膜剂的用量以Al2O3计，钛白粉料以TiO2计，一般为TiO2质量0.5%-5%,操作时碱酸的浓度不宜过浓，中和速度不易过快。缓慢而均匀地加入

10、。本公司包铝时采用Al2O3占TiO2量的1.7%记，有时也根据氧化，铝的含量进行调整。方法是：在一小时内NaAlO2与Al2(SO4)3并流加入，将PH控制在7.7-8.7之间，搅拌20分钟，用Al2(SO4)3调终点PH为7.0-6.8之间。以Al2O3作为包膜剂，改性后的钛白粉，制成涂料后具有良好的光泽性。改善涂料的白度，又因为它能降低钛白粉光化学性，提高涂料的抗粉化能力。（3） ZrO2包膜氧化锆是近些年来新开发的新型表面处理剂，它能改进二氧化钛颜料的光泽、遮盖力和抗粉化性。但其处理后浆料过滤、水洗困难，滤饼不易抽干，容易出现“假稠”现象，所以也不单独使用，而是和氧化铝等表面处理剂一起

11、应用。氧化锆包覆二氧化钛的工艺是：氧化锆的加入量一般为TiO2质量的0.1%2.5%,较佳的加入量为0.5%1.0%;浆料的PH值一般以810为宜；反应的温度4060反应时间2小时以上；氧化锆包膜要求完整致密的，此种膜有利于提高钛白粉的光泽和耐候性。氧化锆包覆TiO2的原理是：在二氧化钛的浆料中，加入水溶性锆酸盐溶液，如Zr(SO4)2,用碱中和，维持PH值在810之间，使锆以水合氧化锆的形式沉淀在Tio2颗粒表面，反应式如下：Zr(SO4)2+4NaOH+(n-2)H2OZrO2.nH24O+2Na2SO4锆包覆通过形成的水合氧化锆以羟基的形式牢固键合在TiO2表面。形成的水合氧化锆要求是致

12、密、均匀、连续的膜，这种膜可保护核体免受化学侵蚀，提高钛白粉产品的耐候性。影响表面处理的因素a. 基上述原理分析可知：影响表面处里的关键因素是PH值。对硅膜，PH值是影响硅胶凝聚的速度的关键因素，对致密硅膜成膜条件在PH911之间，因为浆料的分散状态好硅酸的聚合速度慢。对Al膜PH7.3左右时，PH值波动大，不易控制所以PH值控制在7.7-7.8之间。b. 温度：对硅膜：温度高易成致密膜，温度低形成多孔膜。而对Al膜：温度高成致密膜，温度低成松散膜。所以现有工艺由原来的65改为75。c. 时间：加料速度对成膜的影响较大，加料速度快，反应迅速，成多孔膜，均匀性差；加料速度慢，成膜均匀致密。d.

13、分散性不好，浆料粘，搅拌不利，成膜不均匀。e. 搅拌：搅拌器的转速一般在40-80/mm,同时在一些较大设备加紊流器，防止浆料在一个水平面上打转，使浆料和包膜剂充分混合。同时各种钛白粉的性质不同，成膜后达到的效果不同，这样就要根据包膜后的具体情况，调整包膜反应的各种工艺控制指标，才能获得最佳包膜效果。三、努力改进方面：生产过程中必须按标准化操作规程操作，这样才能保证钛白粉的产品质量，我公司急需一批人才带上样品深入到主要应用单位之中，从用户中了解产品的性能及需求和对目前产品的评析，市场的广泛调研后，制订系列产品开发计划，立即着手新品种的开发小试验。系列品种的开发能使用户有较大的选择性也利于提高本厂产品的知名度。为公司以后的发展及开发新产品提供有利的保障。五、参考文献1、钛白情报通讯2、钛白粉生产技术问答