|
| |
| 我国钛白粉代用品（复合钛白）的研究现状及进展 |
| 来源：中国粉体技术网 更新时间：2014-08-13 10:23:40 浏览次数： |
|
| |
1 钛白代用品的涵义
（中国粉体技术网/远志）钛白代用品材料是指具有钛白粉颜料性质且成本低廉能够部分或全部取代钛白粉加以应用的无机粉体材料。但世界上还未发现在折射率、遮盖性、色调和光稳定性等方面均与结晶TiO2相同或相当接近的物质。因此，钛白代用品材料至少在目前并非是由单一物质构成的颜料质材料，而是指由结晶TiO2和其它材料构成的复合体或复合材料。
2 钛白代用品的分类
从TiO2和其它构成材料之间的关系来分，钛白代用品主要包括以下三种材料：
(1)无序混合性二氧化钛复合颜料。是指钛白粉(结晶TiO2)与其它白色颜料或白色填料经均混而成的复合体材料，两者之间的相对位置不确定。复合颜料结晶TiO2与其它颜料或填料间靠静电力、粘附力和范德华力实现微弱结合，复合体颗粒间、结晶TiO2颗粒之间、其它颜填料颗粒间团聚现象严重；相当多的TiO2分布在单元颗粒(各团聚体)的内部。因而，以此形成的钛白代用品材料其颜料性能较差，使用时对钛白的取代量较小，对降低成本的效果十分有限，市场应用限制较多。日本生产的SiO2复合钛白颜料主要用于合成纤维制品。英国和法国的滑石基复合钛白仅用于造纸。我国的煅烧高岭土与钛白混合的复合颜料只用于涂料。
(2)有序凝聚型二氧化钛复合颜料。是指钛白颗粒(结晶TiO2)与其它白色颜料或白色填料之间通过凝聚作用结合而成的复合粉体。
(3)二氧化钛包膜复合颜料。这种复合颜料是在无机材料颗粒表面包覆结晶的TiO2层形成无机颗粒-TiO2复合粉体，即二氧化钛包膜复合材料。这类材料由于表面包覆TiO2而呈现TiO2性质，因此具有较好的颜料性能，可较大比例或完全取代钛白粉加以应用。与前两种材料不同，无机颗粒-TiO2复合粉体材料中以无机材料为主，TiO2比例较低，可以明显降低钛白粉的用量和使用成本（丁浩，2006）。
3 复合钛白的研究现状
钛白粉的颜料性能是通过其光学性能来体现的，而其光学性能主要取决于TiO2粒子的表面性质，内核对其光学性能几乎没有什么贡献，所以用一种廉价易得的白色材料取代TiO2颗粒的内核，则可以大大降低钛白的成本。美国、英国、德国、日本和中国等多年来纷纷致力于这项技术的研究，并取得了一定的成果。目前国内外复合钛白的生产方法主要有物理法、化学法和化学物理综合法三种：
(1)物理法
物理法是由俄罗斯高效工艺材料研究院（原苏联国家建委建材中心）开发的一项技术（陈朝华，2006；向燕生，1999；北京市友合组投资管理有限公司，1999）。以无机内核材料（碳酸钙、高岭土等）外包钛白的方法生产包核钛白。生产中采用离心振动磨等相关设备和工艺，使内核与钛白之间产生分子间力（范德华力、氢键力）和静电引力等，从而相互吸附成为包核钛白。
但是由于生产过程中钛白与内核之间的结合力较弱，钛白容易从内核表面脱落，使得复合钛白性能不稳定，难以被市场和用户接受。
（2）化学法
化学法是制备二氧化钛包膜复合材料的传统方法。它的原理是：将钛盐水解生成的水合二氧化钛沉淀包覆在非金属矿物基体表面，然后通过焙烧使二氧化钛晶体化，形成表面具有晶体二氧化钛层的复合颜料（陈朝华，2006；向燕生，1999）。在这方面，国内外都有大量学者进行研究，并取得了一定的成果。
付剑侠等（付剑侠，2008）以工业生产钛白的中间产物硫酸氧钛为钛源，用其水解法在粉石英表面包覆了一层钛白，研究了外加剂、晶种以及温度对包覆效果的影响，在优化反应的工艺条件下得到了白度为89的复合粉体。
杨少凤等（杨少凤，2000）以硅灰石为核心，采用化学沉淀法在其表面均匀包覆一层纳米TiO2，形成了具有与钛白粉相似性质的硅灰石复合钛白，并且得出结论，硅灰石的预处理是包覆的关键，而且硅灰石的最高加入量为50%（质量分数）。
Mahshid Pourmand等（Mahshid Pourmand，2008）人在以TiF4为先驱体通过水解的方法在云母的表面上生长结晶度好的TiO2薄膜，并对成膜条件——TiF4的浓度、成膜温度、沉积时间和pH值对膜的形态、气孔率和厚度等特性进行了研究。
丁希楼、张国栋以钛盐、氢氟酸、硼酸为原料，采用液相沉积法在高岭土颗粒表面包覆二氧化钛膜，确定了影响包覆效果的关键因素为改性温度、改性时间、基体悬浮液浓度、搅拌速度和煅烧温度。
林海以经超细粉碎的煤系煅烧高岭土为基体，在其表面包覆厚度为150nm、均匀且致密的二氧化钛膜，并得出结论：改性温度和改性时间、改性药剂用量、基体悬浮液浓度和搅拌速度是影响包覆效果的关键因素。
这一方法存在的问题主要有（丁浩，2006；向燕生，1999）：（a）矿物表面通过水解形成的水合二氧化钛沉淀物晶形转化比较困难，不能产生一种晶体，通常产生混晶型产物；（b）水解过程受钛盐浓度和基体材料固含量的影响，TiO2包覆量比较难控制；（c）钛盐价格较贵，导致生产成本增加；（d）钛盐水解和去除铁离子等杂质的工序产生大量酸性废水，污染环境，而且治理污水成本也较高。
（3）化学物理综合法
化学物理综合法包核就是利用化学法和物理法包覆原理,通过工艺和配方的调整,巧妙地将化学法和物理法有机地结合起来,达到单纯用物理法或化学法无法达到的目的（向燕生，1999）。而机械力化学法就是其中最重要的一种。
丁浩等采用机械力化学法，在碳酸钙表面进行了TiO2包膜，制备了具有类似钛白粉颜料性质的CaCO3/TiO2复合材料，并得出结论，复合材料中，TiO2在CaCO3表面形成均匀包覆，二者之间是通过各自表面羟基形成的化学作用结合。
刘杰等采用湿法超细研磨对煅烧高岭土和钛白粉进行了复合，制得了在主要物理性能指标上接近钛白粉，可作为钛白粉使用的复合粉体。并得出结论，复合配比、研磨时间、pH和悬浮液质量分数是影响包覆效果的主要因素。
丁浩等采用机械力化学包覆方法，在绢云母表面包覆TiO2及制备了绢云母复合颗粒材料。结果表明，复合时间、复合研磨球料比以及TiO2比例对复合颗粒性能影响显著，复合颗粒具有类似钛白粉的颜料性质，当作为颜料用于涂料时，制备得到的涂料的性能优于单纯使用钛白粉制备得到的涂料。
机械力化学法生产复合钛白具有生产效率高、工艺流程短、节约原材料和能源、无环境污染等优点，而且体系中基体与TiO2之间除了静电吸附和分子引力，还有化学键相连，结合力强，材料在使用时TiO2 与包核基体之间不易脱离，从而提升了其颜料性能，可大比例取代钛白粉加以使用。
►欢迎进入【粉体论坛】
|
|
|
| |
|
| |
|
|
|
|
|
|
