氯化法钛白粉表面处理研究_曹青喜.pdf

表 2不同浓度下浆料的黏度及粒径比较氯化法钛白粉表面处理研究曹青喜（龙佰集团股份有限公司，河南焦作454006）摘要：在采用氯化法生产钛白粉过程中，对钛白粉浆液表面进行包膜处理是关键工序，直接影响钛白粉产品的白度、消色力和耐候性等性能指标。主要针对钛白粉浆料预处理过程和包膜处理过程进行研究，对氯化法生产钛白粉表面处理效果的主要影响因素进行分析，通过严格控制包膜剂的添加量、添加流速和熟化时间等工艺参数及质量控制点，获得较好的表面处理效果，提高钛白粉的生产质量。关键词：钛白粉；表面处理；影响因素中图分类号：TQ630.4文献标识码：A文章编号：1672-1152（2023）05-0006-020引言钛白粉因其具有高白度、亮度、折射率和遮盖力等特点，是一种优质的白色颜料，被广泛应用于涂料、橡胶和塑料白色家电产品等领域，其生产和使用水平，代表了一个国家的工业和消费水平。在采用氯化法生产钛白粉的过程中，主要包括有氯化工序、氧化工序和表面后处理工序，钛白粉的表面后处理工序及处理效果会直接影响到钛白粉的吸油量、光泽、耐候性、稳定性、润湿性及遮盖力等性能指标，进而影响到钛白粉的产品质量1。因此，在氯化法生产钛白粉过程中，必须要严格控制生产过程，降低钛白粉表面处理存在的缺陷，提高钛白粉生产质量。1钛白粉浆料预处理氯化法生产钛白粉过程中，氧化工序中得到 TiO2半成品和炉气经过冷却、气固分离、氯气返氯化回用后，进行表面后预处理工序。预处理主要包括有分散、砂磨和分级等处理工序2-3。1.1分散在对钛白粉浆料进行预处理过程中，其分散性为关键工艺，钛白粉浆料分散性好坏会直接影响到钛白粉包膜质量的好坏及产品性能的好坏。在分散处理中发现，影响到钛白粉浆料分散性的因素主要有：一是配制钛白粉浆料的水质影响。在配制钛白粉浆料中必须使用去离子水，可避免杂质进入影响到钛白粉浆料的分散性，进而影响到制备的产品质量。二是配制钛白粉浆料的 pH 值控制在 911，此时钛白粉在水中的溶解性能表现为最佳状态。三是分散剂的确定与用量。经实验，确定选用含“磷酸钠+多聚磷酸钠”的混合物为钛白粉浆料的分散剂。为确定最佳用量，在确定其他工艺保持一致的情况下，通过调整分散剂的加入量，并测试加入分散剂后钛白粉浆料的黏度，结果如表 1 所示。由表 1 可知，当“磷酸钠+多聚磷酸钠”的混合物分散剂加入量（质量分数）为 0.30时，分散效果最佳。1.2砂磨在无机或有机分散剂存在的情况下对 TiO2颗粒进行砂磨，将 TiO2聚集粒子尽量磨细、解聚，以利于进行包膜处理。在确定其他实验条件一致的情况下，不同浓度下TiO2浆料粒径分布如表 2 所示。从表 2 可知，TiO2浆料浓度越大，浆料受研磨介质的摩擦、撞击、研磨和剪切作用大，研磨效果好。但是，TiO2浆料浓度越大，会导致浆液的流变性变差。研磨介质填充率对砂磨机研磨效率有较大影响，实验研究表明：研磨介质填充率越大，研磨介质接触收稿日期：2022-12-27作者简介：曹青喜（1987），女，河南滑县人，硕士，毕业于淮北师范大学无机化学专业，工程师，研究方向为钛白粉表面处理以及涂料级钛白粉研发及技术服务。总第 208 期2023 年第 5 期山西冶金Shanxi MetallurgyTotal 208No.5，2023DOI:10.16525/14-1167/tf.2023.05.003表 1不同分散剂加入量钛白粉浆料的黏度数据分散剂质量分数/加入分散剂后黏度/（mPa s）D10/mD50/mD90/m0.102330.6591.4822.7580.151900.4000.8901.9590.201720.4971.0212.1350.251610.3590.6611.1930.301370.3120.5961.1490.351620.3590.6611.1930.401750.3720.8531.342浆料质量浓度/（g L-1）D10/mD50/mD90/m3200.3330.8654.8913300.3381.0183.2973500.5221.1752.6293800.4400.9482.3944400.4480.8571.9584500.4000.9581.8974700.2860.6361.8674900.3940.9971.3255400.2420.4681.095试（实）验研究2023 年第 5 期频率就越大。在相同研磨时间内产品粒径就越小，研磨的效果就好。研磨介质填充率控制在 70研磨效果较好，同时对设备磨损较小。2钛白粉的表面处理研究2.1钛白粉的硅包膜研究为了改善钛白粉的耐候性，可以采用对钛白粉进行包膜处理的工艺，在钛白粉颗粒表面包覆一层“致密膜”，即 SiO2，该致密的 SiO2膜可防止紫外线的直接照射，并使钛白粉颗粒与漆基的有机物隔离，降低光化学作用的破坏力，避免出现降解现象，从而提高其耐候性4-5。根据理论分析，钛白粉包覆 SiO2后会导致消色力及亮度下降。因此，在钛白粉进行硅包膜表面处理中，需要严格控制包膜浆料的 pH 值、包膜温度、时间以及浆料和包膜剂加量等参数，进而在钛白粉表面形成致密的 SiO2包膜。经实验研究表明：包膜浆料的 pH 值为 811时，形成的硅包膜致密性较好，此时形成的氧化硅可缓慢沉淀在钛白粉颗粒的表面。包膜温度应该控制在5560，该温度下可有效提高反应速度，而不会导致活性硅聚合。在包膜处理过程中，需要对钛白粉浆液进行搅拌，使得浆液的 pH 值保持一定，避免 pH 值的局部过高或过低，影响包膜的致密性。硅包膜处理中，包硅量（质量分数）在 2.5时较合适，此时形成的钛白粉产品耐候性较好，消色力高。2.2钛白粉的锆包膜研究对钛白粉采用 ZrO2来进行表面包膜处理，锆包膜可以提高离子间的结合力，并且对 TiO2晶格表面上的光活化点进行遮蔽，在一定程度上对 TiO2的晶格缺陷进行了弥补，从而提高了 TiO2的光泽度和耐久度。实验研究表明：在进行锆包膜表面处理过程中，包膜浆料的 pH 值控制在 811、包膜温度控制在5060、包锆量（质量分数）控制在 1.5时，可形成致密、均匀、连续的锆膜，形成的钛白粉产品具有较好的光泽度和耐久度。在上述工艺条件下，水合 ZrO2可缓慢沉淀在钛白粉颗粒的表面，形成的锆包膜中具有羟基，可提高钛白粉颗粒与包膜层间的结合力。2.3钛白粉的铝包膜研究在钛白粉表面形成连续、致密、均匀的 Al2O3膜层，可提高钛白粉的耐候性。实验研究表明：在进行铝包膜表面处理过程中，包膜浆料的 pH 控制在 5.0、包膜温度在 65 时，TiO2表面包 Al2O3能形成连续、致密的膜层。铝包膜工艺同样相对简单，成本较低，但提升钛白粉耐候性的效果与硅包膜不相上下。吸油量偏高、偏低批次包膜情况对比如图 1 所示，当产品吸油量低时，钛白粉粒子表面包覆膜致密均匀。当产品吸油量高时，钛白粉粒子表面包覆膜疏松。基于上述分析，在铝包膜过程中，需要进行以下质量控制：一是要控制铝包膜剂的加入速度，防止包膜剂析出。二是加强浆液的搅拌，延长包膜时间，形成致密的铝膜。2.4成膜熟化处理在钛白粉进行表面包膜处理过程中，加入包膜剂后调节 pH。在处理工艺中的酸碱添加、流速及熟化时间等因素，都会影响到表面处理效果。在其他实验条件一致的情况下，研究了钛白粉产品 b 值与成膜时间及流量的关系。研究结果表明，在钛白粉产品表面处理过程中，成膜时间越长、流速平稳均匀的钛白粉其 b 值指标越小，产品越接近蓝色相。如在包膜过程中，酸碱物加入速度过快，会导致成膜时间较多，形成的包膜不均匀，呈现多孔海绵状膜，成膜质量差，形成的钛白粉产品b 值指标较大，钛白粉吸油量指标超标，产品质量不合格。另外，熟化时间也会影响到包膜的形成，适当延长熟化时间有利于形成稳定的氧化膜，使得成膜具有连续、致密性。3结语在对钛白粉浆料进行预处理过程中，必须要控制好钛白粉浆料的 pH 值、砂磨粒径形状及分级粒径分布，在对钛白粉浆料进行表面处理前，使其达到最佳的分散状态，进而满足包膜要求。在钛白粉进行表面包膜处理过程中，需要严格控制包膜剂的添加量、添加流速和熟化时间等工艺参数及质量控制点，才能获得较好的表面处理效果，形成连续、致密的包膜，得到性能较佳的钛白粉产品。参考文献1秦国强，王永珊，豆君，等.氯化法钛白粉表面处理分析J.化工设计通讯，2021，47（3）：132-133.2张成国.氯化法钛白粉表面处理研究J.化工管理，2019（36）：123-124.3魏孔.探究氯化法钛白粉的无机表面处理J.绿色环保建材，2016（9）：185-186.图 1吸油量偏高、偏低批次包膜情况对比1-1吸油量低批次包膜1-2吸油量高批次包膜（下转第 10 页）曹青喜：氯化法钛白粉表面处理研究7山西冶金E-mail:第 46 卷4李俊峰，张兵兵，王亚峰，等.氯化法钛白粉表面处理影响因素研究J.广州化工，2014，42（1）：42-43；62.5戚蓉.氯化法钛白粉的无机表面处理J.中国涂料，2006（8）：38-41.（编辑：郭萍茹）Study on Surface Treatment of Titanium Dioxide by ChlorinationCao Qingxi（Longbai Group Co.,Ltd.,Jiaozuo Henan 454006）Abstract:In the process of producing titanium dioxide by chlorination method,coating treatment on the surface of titanium dioxide slurry isa key process,which directly affects the whiteness,achromatic power and weather resistance of titanium dioxide products.The pretreatmentprocess and coating process of titanium dioxide slurry are mainly studied,and the main factors affecting the surface treatment effect oftitanium dioxide production by chlorination method are analyzed.By strictly controlling the process parameters and quality control pointssuch as the addition amount,addition flow rate,curing time of coating agent,good surface treatment effect is obtained,and the productionquality of titanium dioxide is improved.Key words:titanium dioxide;surface treatment;influence factor表 5镀层涂装性图 4涂装测试样板试样膜厚/（mg m-2）百格试验结果Cr3+钝化62100/100纯无 Cr 钝化850100/100注：1.百格试验条件为：喷粉涂装后百格+胶带撕 9 J 冲击。2.表中 100/100 表示百格实验中，100 个区域都满足要求。不容易出现开裂问题。从对镀层的动摩擦系数对比可以看到，纯无 Cr 钝化的镀层摩擦系数最小，镀层动摩擦系数测试结果如图 6 所示。3结论1）三价铬钝化液和纯无铬钝化液都能够满足铝基镀层产品所需的性能要求，都具有优异的耐腐蚀、耐溶剂和涂装性能。2）纯无铬钝化在耐腐蚀、耐黄变性能上相较于三价铬钝化更为优异，同时动摩擦系数也更低，更适用于冲压。3）通过上述的实验经验，后续可以根据对铝基镀层产品的不同需求，更好地对后处理产品进行选择