王鑫峰

（常州市和潤環(huán)保科技有限公司，江蘇 常州 2132000）

聚酯切片一般由二元羧酸和二元醇在縮聚反應(yīng)釜合成高分子聚合物后切片，反應(yīng)中不添加額外的添加劑，因而都是呈透明或半透明狀的?；瘜W(xué)合成纖維由聚酯切片加工而成，以滌綸為例，直接拉絲時生產(chǎn)的纖維具有刺眼的光澤，不能直接成為紡絲和織物。在紡絲前要加入白色顏料以改善其光學(xué)性能，這個過程稱為紡絲消光，所加的白色顏料則稱為“消光劑”。銳鈦型二氧化鈦具有良好的折射率和足夠的硬度，附著力強，性質(zhì)穩(wěn)定，熔點高，被認(rèn)為是當(dāng)今世界上最好的白色顏料。廣泛應(yīng)用于涂料、塑料、橡膠、化妝品、化纖行業(yè)?；w行業(yè)中普遍使用銳鈦型鈦白粉作消光劑。

纖維級消光用二氧化鈦平均添加量為纖維總量的0.3%，市場缺口較大，大部分依賴進(jìn)口。本試驗的主要目的是實現(xiàn)化纖消光用二氧化鈦的國產(chǎn)化，取代進(jìn)口品。

1 基本工藝路線

目前國產(chǎn)化纖級消光用二氧化鈦一般以銳鈦型二氧化鈦為原料,先后經(jīng)水選研磨、沉降、無機物表面修飾、干燥、機械粉碎等生產(chǎn)工藝。由于表面處理劑等工藝差異問題，產(chǎn)品的穩(wěn)定性和原生粒徑存在不足，產(chǎn)品質(zhì)量比進(jìn)口的國外產(chǎn)品差了不少，在應(yīng)用效果上與進(jìn)口產(chǎn)品相比也存在著一定差距。因此與南京某高校進(jìn)行了產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合開發(fā)這一產(chǎn)品，實現(xiàn)本產(chǎn)品的國產(chǎn)化。根據(jù)現(xiàn)有常規(guī)生產(chǎn)工藝中的不足點，我們設(shè)計了另一條思路，直接從鈦白粉的前端產(chǎn)品即偏鈦酸為起始原料，添加晶型轉(zhuǎn)化劑、表面處理劑，經(jīng)過一定溫度壓力的反應(yīng)過程，把粒徑控制在200～300nm，再經(jīng)過無機膜洗滌除雜、噴霧干燥等后處理工序，生產(chǎn)的化纖級消光二氧化鈦具有粒徑分布窄、分散性好的優(yōu)點，經(jīng)過化纖生產(chǎn)廠家的實際分析評價，該產(chǎn)品性能達(dá)到了國外同類產(chǎn)品的水平。

2 原料及試驗設(shè)備

原料：偏鈦酸，南京鈦白粉廠；試劑A、B、C為購買；

設(shè)備：內(nèi)襯四氟20L高壓反應(yīng)釜1臺；0.2μm無機陶瓷膜設(shè)備1套；電加熱噴霧干燥器1臺。

3 試驗方法

將偏鈦酸加水稀釋到重量百分比的20%，pH值調(diào)到6～7條件下，加入銳鈦型晶型轉(zhuǎn)化劑A,在300r/min的攪拌轉(zhuǎn)速下，緩慢加入表面處理劑B，再轉(zhuǎn)入內(nèi)襯四氟20L高壓反應(yīng)釜，緩慢攪拌并按2℃/min升溫至280℃，繼續(xù)保溫反應(yīng)4 h，通夾套冷卻水冷卻至室溫出料。再經(jīng)過無機陶瓷膜洗滌至鐵離子含量小于50mg/kg，噴霧干燥、氣流粉碎即得化纖消光用二氧化鈦，由于試驗為間隙式生產(chǎn)，浪費較大，產(chǎn)品收率約為85%，工業(yè)化后將大幅度提高，預(yù)計為95%以上。

4 產(chǎn)品性能指標(biāo)

4.1 粒徑

根據(jù)使用要求，二氧化鈦最佳粒徑約為200～300nm，因此也要控制粒徑在200～300nm。從電境照片看出，生產(chǎn)的化纖級消光二氧化鈦的粒徑就在200～300nm范圍內(nèi)，完全符合使用要求。

4.2 分散性

分散性測試：在裝有200g乙二醇的燒杯中加入0.2g的化纖級二氧化鈦,按同一方向攪拌3min,再經(jīng)過超聲波震蕩3min，使其充分分散，倒入250 mL的具塞玻璃刻度量筒，靜置。分別觀察24h、48h和96h時的二氧化鈦在乙二醇中分散狀態(tài)。

分散性能是化纖用消光二氧化鈦的關(guān)鍵指標(biāo)，主要受原生二氧化鈦顆粒粒徑分布和表面處理情況影響，國內(nèi)廠家通常購買普通銳鈦型鈦白粉經(jīng)過球磨等工藝篩選，粒徑分布較寬且不能完全去除大顆粒，通常采用偏鋁酸鈉作為表面處理劑，易受pH控制和雜質(zhì)離子的影響而導(dǎo)致分散性能不佳。采用含有偶聯(lián)劑的高分子材料作為表面處理劑，可有效包裹二氧化鈦微粒，同時采用無機陶瓷膜洗滌去除水中的鐵離子，消除了微粒間的相互結(jié)合力，大大改善了顆粒的分散性能。不同表面處理劑分散性能見表1。

表1 不同產(chǎn)品在乙二醇中的分散性

可以看出經(jīng)過高分子表面處理后劇具有良好的分散性能。

4.3 熱穩(wěn)定性

這個指標(biāo)主要是衡量產(chǎn)品的水分及晶型是否完全為銳鈦型而設(shè)立的，如果沒有完全轉(zhuǎn)變?yōu)殇J鈦型，則產(chǎn)品的熱重曲線就會反應(yīng)出來。將生產(chǎn)的產(chǎn)品與國內(nèi)某廠產(chǎn)品做 TGA分析，國內(nèi)產(chǎn)品的熱失重達(dá)4%，主要原因有干燥時未能完全烘干和部分晶體未能完全轉(zhuǎn)化，而本工藝自制的產(chǎn)品熱失重不到1%，證明經(jīng)過該工藝處理后的偏鈦酸已經(jīng)完全進(jìn)行了晶型轉(zhuǎn)化，全部為銳鈦型，且干燥度也很好。

4.4 實際應(yīng)用評價

將我們自制生產(chǎn)的化纖級消光用二氧化鈦送到國內(nèi)某大型化纖企業(yè)進(jìn)行評價，本產(chǎn)品加入PTA與乙二醇進(jìn)行縮聚反應(yīng)的反應(yīng)釜中，經(jīng)過擠出切片，切片的全部指標(biāo)達(dá)到了實際應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)要求。見表2。

表2 應(yīng)用評價

5 結(jié)論

以生產(chǎn)鈦白粉成品過程的前端中間體偏鈦酸作為原料,添加晶型轉(zhuǎn)化劑、表面處理劑，經(jīng)過一定反應(yīng)條件制備的鈦白粉。可控制其銳鈦型晶型和顆粒粒徑在200～300nm，分散性能和熱穩(wěn)定性能均達(dá)到化纖消光劑的技術(shù)要求。在工業(yè)應(yīng)用測試中也完全達(dá)到了要求，可替代國外同類產(chǎn)品。