氯化法钛白粉表面处理研究

氯化法钛白粉表面处理研究

雷梦婷

南京钛白化工有限责任公司 江苏南京210000

摘要：钛白粉广泛应用于涂料、塑料、纸张等行业。然而，钛白粉的表面性质对其应用性能有着重要影响。本文以氯化法钛白粉为研究对象，详细介绍了氯化法生产钛白粉的无机表面处理工艺，并对影响氯化法生产钛白粉表面处理效果的主要因素进行分析。

关键词：钛白粉；氯化法；表面处理；影响因素

在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。氯化工序是对原料进行氯化制得一种硅酸盐还原物，其中以高纯硅酸盐为原料。氧化工序是将高纯硅与氧化镁进行熔融共沉淀得到二氧化钛；再加入稀土盐进行碱电解获得硫酸银；然后进一步加入磷酸溶液以生成磷酸三钙；最后经过高温锻烧得到氯化钛。在应用氯化法时，技术人员需要严格控制生产过程，降低表面处理缺陷，以此提高钛白粉生产质量。

1、氯化法钛白粉表面处理概述

钛白粉的制备方法主要包括硫酸法、氯化法、硫酸-氯化法等。其中，氯化法是一种常用的制备方法，具有成本低、产量高等优点。

二氧化钛表面处理目的是改善二氧化钛的性能，使其更适用于各种应用领域。通过多种表面处理方法，在二氧化钛的表面制备一种或几种无机化合物或有机化合物的包覆层。在二氧化钛的表面处理中，对产品的最终性能起着直接决定作用的是包膜的种类、均匀性和致密性。包膜的种类可以根据不同的应用需求选择，常见的包膜材料包括无机物如硅酸盐、氧化铝等。通过以上这些包膜材料的应用，可以改变二氧化钛的表面性质，从而提高其耐候性、抗氧化性、抗紫外线性能等。

2、表面处理方法

主要通过等电点理论和稳定理论来可以改善二氧化钛的性能。等电点理论是指通过调节溶液的pH值，使二氧化钛表面带电荷中性，从而提高其稳定性和吸附性能。稳定理论是指通过在二氧化钛表面形成稳定的化学键或物理吸附层，来改善其光催化、光电化学和抗菌性能。

对钛白粉进行表面处理按其特性可分为：

一是无机表面处理，它是指使用无机化合物作为表面处理剂，如硅酸盐、磷酸盐等，通过湿法处理来改善钛白粉的表面性质。无机表面处理是一种通过在二氧化钛粒子表面形成一层或多层无机水合氧化物的沉淀和吸附的方法，从而形成所谓的“包膜”。

二是有机表面处理。有机表面处理则是指使用有机化合物作为表面处理剂，如有机硅、有机酸等，通过干法处理来改善钛白粉的表面性质。这种处理方法利用了电斥力和空位阻效应，通过吸附或键合有机表面活性剂的极性基团，使其与二氧化钛粒子表面相互作用。有机表面处理可以使二氧化钛颜料更好地与分散介质相容，提高其在涂料、塑料等应用中的性能。

无论是无机表面处理还是有机表面处理，都旨在提高钛白粉的分散性、增加其与其他材料的相容性以及改善其使用性能。；两种表面处理方法的结合应用可以使二氧化钛颜料具备更多的优良性能。目前比较成熟的包膜工艺主要有单硅包覆和单铝包覆，但它们对钛白粉的亲和性不好，包覆效果不理想，耗费时间较长。

3、氯化法钛白无机表面处理工艺

3.1分散

二氧化钛在水性介质中的分散性对于颜料的性能和光学性质具有重要影响。好的分散性能不仅能够保证颗粒在包膜过程中的均匀分布，还能直接影响颜料粒子对光的散射性能。二氧化钛在水中的分散性能需要在pH值为9-11的条件下才能达到最佳。为了实现良好的分散效果，常常使用碱金属的盐类或氢氧化物作为无机分散剂。这些分散剂能够有效地改善二氧化钛颗粒在水中的分散性，从而提高颜料的光学性质和性能。

3.2研磨

研磨也被称为湿磨，是一种适用于无机表面处理前的材料处理方法。研磨是通过使用磨料和液体介质对材料表面进行摩擦和磨削，以达到去除杂质、平整表面、改善光洁度和增强粘附性的目的。

3.3分级

分级操作是一种将浆料中的颗粒按照大小进行分离的过程，并分离出来的大颗粒进行重新研磨。通过分级操作可以得到具有一定粒度分布的二氧化钛分散体，最佳粒度控制在0.2～0.3pm，且粒度分布狭窄。然而，如果浆料的分散性不良，呈现絮凝状态，那么分级操作将会受到影响。

3.4包膜

制造具有不同吸油量和遮盖力的颜料产品，关键在于对二氧化钛包膜的结构和疏松度进行调整。这需要控制pH值及其它因素，如温度、无机表面处理剂的添加量、速度添加顺序及时间。

3.4.1硅包膜

为了增强钛白粉的耐候性，需要对钛白粉颗粒进行包膜处理。这种处理方法的原理是在钛白粉颗粒表面形成一层由二氧化硅构成的致密膜。二氧化硅作为包膜材料具有良好的耐候性和化学稳定性，能够有效地保护钛白粉颗粒不受外界环境的侵蚀。此外，二氧化硅还具有一定的透明性，不会影响钛白粉的白度和光泽度。这种包膜处理方法可以有效地防止钛白粉颗粒与外界环境中的氧气、水分、光线等有害因素发生反应，减少钛白粉的氧化和降解速度，延长使用寿命。在进行硅包膜表面处理时，需要对钛白粉的包膜浆料的pH值、包膜温度、包膜时间以及包膜剂的加量等参数进行严格控制。通过控制这些参数，可以在钛白粉的表面形成一层致密的二氧化硅包膜。

3.4.2锆包膜

该方法是采用二氧化锆作为表面包膜处理的材料。这种锆包膜具有增强离子间结合力的特性，能够在二氧化钛晶格表面形成一个遮蔽层，从而有效地遮蔽了光活化点。同时，锆包膜还能够在一定程度上修复二氧化钛：晶格的缺陷，从而提高了钛白粉的光泽度和耐久度。二氧化锆作为一种高温稳定的材料，还可以提供额外的热稳定性，可以有效地提高钛白粉的抗氧化、抗紫外线、抗酸碱等耐候性能，使钛白粉在高温环境下保持良好的性能。通过这种锆包膜处理，钛白粉的性能得到了显著的提升。

3.4.3铝包膜

连续、致密、均匀的氧化铝膜层同样能够显著提高钛白粉的耐候性。这是因为氧化铝膜层能够有效地阻隔外界的湿气、氧气和其他有害物质的侵入，从而减少钛白粉的氧化和腐蚀。氧化铝膜层还能够提供额外的保护层，增加钛白粉的硬度和耐磨性，使其更加耐久。这种膜层的形成还可以改善钛白粉的光学性能，提高其遮盖力和色彩稳定性，使其在各种环境条件下都能保持良好的外观效果。

4、影响氯化法钛白无机表面处理的因素

（1）二氧化钛浆料的分散性：优良的分散性能可以使二氧化钛颗粒均匀分散在浆料中，避免颗粒聚集和沉淀，那么选择合适的分散剂可以有效地保持其分散性，使二氧化钛粒子以原级颗粒形式存在，以满足包膜要求。

（2）二氧化钛浆料pH值：控制浆料的pH值在适当范围内是非常重要的，因为这可以确保获得均匀的成膜和完整的致密性硅膜。当pH值过高时，浆料中的硅酸根离子会过度聚集，导致成膜不均匀，甚至出现裂纹和孔洞。另一方面，当pH值过低时，浆料中的硅酸根离子会过度聚集，导致成膜不均匀，甚至出现裂纹和孔洞。因此，控制浆料的pH值在适当范围内，可以确保获得高质量的硅膜。

（3）包膜处理剂的加入量及加入顺序：为了提高二氧化钛对树脂的吸附量和分散性能，我们需要选择适宜的处理剂加入量和加入顺序，以改变二氧化钛的表面电荷和等电点时的pH值。通过调整处理剂的加入量和加入顺序，我们可以改变二氧化钛表面的电荷性质，从而影响其与树脂的相互作用。

（4）反应温度、反应速度和时间：为了获得符合要求的膜结构、疏松度和成膜质量，必须对包膜反应速度和时间进行严格控制。这包括调节反应温度，以确保在适宜的温度范围内进行反应。同时，还需要调节包膜浆料的pH值，以保持适当的酸碱度，从而促进包膜反应的进行。此外，还需要控制处理剂的加入速度，以确保处理剂能够充分混合并与包膜浆料发生反应。

结语

综上所述，通过二氧化钛的无机表面处理，可以增强钛白粉的应用性能。在钛白粉进行表面包膜处理过程中，为了获得最佳的表面处理效果，需要严格控制工艺参数以确保形成连续且致密的包膜层。此外，质量控制点的严格把控也是确保包膜层质量的关键，包括对包膜层的厚度、平整度、附着力等进行检测和评估，以保证最终形成的包膜层具有良好的质量和性能。

参考文献：

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