秦國(guó)強(qiáng)，王永珊，豆 君，苗委然

（龍蟒佰利聯(lián)集團(tuán)股份有限公司，河南焦作 454191）

鈦白粉即二氧化鈦，是用途最為廣泛的白色顏料，也是具有最高折光指數(shù)的白色顏料。在性能方面，鈦白粉的光散射能力、消色力、遮蓋力和白度都十分優(yōu)異。雖然鈦白粉在性能和折光指數(shù)上有諸多優(yōu)點(diǎn)，但它也存在不可忽視的缺陷：

其具有光化學(xué)極不穩(wěn)定的特征，在水分和日光照射的雙重作用下，二氧化鈦晶格上的氧離子會(huì)丟失兩個(gè)電子而變?yōu)檠踉?。這種變化發(fā)生后，形成的新生物具有極強(qiáng)的氧化性，可以使得涂膜出現(xiàn)失光、粉化、變色等情況，最終導(dǎo)致降解，斷鏈反應(yīng)的發(fā)生，造成耐候性減弱現(xiàn)象的發(fā)生，降低二氧化鈦的使用率。

二氧化鈦存在晶格缺陷的問(wèn)題，其離子表面存在諸多的光活化點(diǎn)，若加上一些微量雜質(zhì)，就可能加速光化學(xué)反應(yīng)，從而引起因自由基健反應(yīng)而導(dǎo)致的如涂膜等有機(jī)介質(zhì)的破壞。

就二氧化鈦的本質(zhì)而言，其屬于親水憎油性的物質(zhì)。二氧化鈦在大部分有機(jī)物中的穩(wěn)定性都不太高，因此涂料發(fā)花、絮凝、涂色等不良情況的發(fā)生率就會(huì)大大提高，這對(duì)二氧化鈦在涂料方面的應(yīng)用造成了極大的限制。

因此，需要采取措施來(lái)最大限度地規(guī)避因這三點(diǎn)缺陷而造成的風(fēng)險(xiǎn)，做到二氧化鈦的效益最大化，而表面處理是一種很好的解決措施。

1 表面處理概述

表面處理就是運(yùn)用不同的表面處理劑和處理工具，將一層或多層的有機(jī)物和無(wú)機(jī)物覆蓋在二氧化鈦離子表面，形成致密的包膜層，從而達(dá)到改善二氧化鈦固有的三大缺陷，提升其耐候性、分散性等目的。而有關(guān)二氧化鈦的表面處理，主要是運(yùn)用等電子理論和穩(wěn)定理論以及多種不同的化學(xué)反應(yīng)方式，來(lái)對(duì)二氧化鈦的表面進(jìn)行處理。通過(guò)這種方式所達(dá)到的結(jié)果只能對(duì)二氧化鈦的表面電荷和表面起到相應(yīng)的改變，從而做到對(duì)二氧化鈦的光化學(xué)活性這一缺陷的彌補(bǔ)，同時(shí)也可以達(dá)到對(duì)其耐候性、耐久性提高的目的。

根據(jù)二氧化鈦表面處理劑的性質(zhì)，可以將二氧化鈦的表面處理分為無(wú)機(jī)表面處理和有機(jī)表面處理；根據(jù)二氧化鈦的表面處理工藝，可以將二氧化鈦表面處理分為濕法和干法兩大類(lèi)。其中無(wú)機(jī)表面處理雖然方式類(lèi)型較少，但由于其無(wú)機(jī)的性質(zhì)所導(dǎo)致的處理工藝上的千變?nèi)f化，對(duì)產(chǎn)品影響最大的還是無(wú)機(jī)表面處理。

2 氯化法鈦白粉無(wú)機(jī)表面處理相關(guān)工藝

二氧化鈦的表面處理方式以無(wú)機(jī)表面處理為主要模式，所以重點(diǎn)看一下無(wú)機(jī)表面處理的相關(guān)工藝流程。使用無(wú)機(jī)表面處理法必然會(huì)用到若干無(wú)機(jī)金屬化合物，比如鋅化合物、鎂化合物、硅化合物、鋁化合物、鈦化合物和鋯化合物等，其中的鈦、硅、鋯、鋁化合物是目前普遍使用的處理劑。但是現(xiàn)如今，為了響應(yīng)習(xí)主席的“建設(shè)綠色中國(guó)”的號(hào)召，為了減少環(huán)境的污染，傳統(tǒng)的硫酸法已經(jīng)被摒棄，新型的氯化法鈦白粉無(wú)機(jī)表面處理法已占據(jù)主導(dǎo)地位。因此，介紹氯化法鈦白粉無(wú)機(jī)表面處理工藝流程就顯得十分有必要了。

2.1 分散

當(dāng)二氧化鈦溶在水性介質(zhì)中時(shí)，其分散的程度及分散的好壞不僅會(huì)對(duì)其包膜的均勻性造成影響，而且會(huì)對(duì)二氧化鈦離子對(duì)光的折射功能造成影響，這將直接影響到最終得到的顏料的性質(zhì)，導(dǎo)致產(chǎn)出產(chǎn)品的光學(xué)性質(zhì)和功能有較大的缺陷。對(duì)分散造成較大影響的因素如下。

2.1.1 水質(zhì)要好

水中若有雜質(zhì)，將直接影響二氧化鈦離子在水中對(duì)光的折射程度，從而直接影響顏料的光學(xué)性質(zhì)，因此必須使用去離子水。

2.1.2 漿液pH控制好

不同pH 的漿液對(duì)于薄膜的均勻性有較大影響，合理控制pH 是成功完成表面處理的一大前提。通常漿液的pH 控制在9～11為最佳。

2.1.3 控制分散劑的用量

凡事都必須遵循“適量”二字，對(duì)于分散劑的使用也是如此。分散劑若加入過(guò)少則達(dá)不到所需的效果，若加入過(guò)多，則會(huì)使得分散劑之間產(chǎn)生凝絮、聚集反應(yīng)，對(duì)最終產(chǎn)品質(zhì)量造成影響。

2.2 研磨

在表面處理過(guò)程中會(huì)發(fā)生大量的氧化還原反應(yīng)，從而導(dǎo)致凝絮、聚集反應(yīng)頻發(fā)，產(chǎn)生較大的、不規(guī)則的二氧化鈦相關(guān)氧化物聚集體。而研磨這一過(guò)程就是使用超微粉碎手段，將氧化物聚集體打磨成符合工藝要求的顆粒大小。這一過(guò)程的影響因素較多，漿液的濃度、濕度、黏度、pH 和分散度都對(duì)其有較大的影響。

2.3 包膜

包膜是整個(gè)鈦白粉處理過(guò)程中最為關(guān)鍵、最難控制的一道工序，也是整個(gè)工序能否成功以及工序質(zhì)量是否優(yōu)異的關(guān)鍵。因此，在大部分生產(chǎn)鈦白粉的工廠(chǎng)中，最后包膜步驟都是采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)來(lái)完成的。除此之外，在包膜這一過(guò)程中，還有諸多影響因素，這些影響因素可以對(duì)包膜的結(jié)構(gòu)和疏松度造成影響，一定要嚴(yán)格控制。

2.3.1 硅包膜

表面處理的目的是提高鈦白粉的耐候性，要做到這一點(diǎn)，可以通過(guò)在二氧化鈦顆粒表面覆蓋一層致密的二氧化硅來(lái)實(shí)現(xiàn)，即覆蓋一層硅包膜。只有監(jiān)測(cè)好溫度、pH、分散度、包硅量等諸多因素才可以得到致密性較好的硅包膜。

2.3.2 鋯包膜

除了提高耐候性外，粒子間結(jié)合力的提高也能提高二氧化鈦的使用效率。諸多金屬包膜中的鋯包膜就可以提高離子間的結(jié)合力，并且對(duì)二氧化鈦晶格表面上的光活化點(diǎn)進(jìn)行遮蔽，在一定程度上對(duì)二氧化鈦的晶格缺陷這一點(diǎn)進(jìn)行了彌補(bǔ)，從而提高二氧化鈦的光澤度和耐久度。

2.3.3 鋁包膜

除了硅包膜和鋯包膜外，鋁包膜也是一種很好的提升二氧化鈦耐候性的方法。除此之外，鋁包膜還可以提高二氧化鈦的分散度，提升二氧化鈦產(chǎn)品的質(zhì)量。同時(shí)需要注意的是，在鋁包膜制作過(guò)程中，不僅添加速度要控制均勻，并且其攪拌速度也要控制均勻，這樣才能得到致密均勻的鋁包膜。

3 氯化法鈦白粉產(chǎn)品質(zhì)量的影響因素

3.1 二氧化鈦漿液的分散性

鈦白粉的生產(chǎn)過(guò)程包括分散、研磨、分級(jí)、包膜步驟，其中分散為第一步，把握好二氧化鈦漿液的分散性就相當(dāng)于在完成鈦白粉制作道路上邁出了堅(jiān)實(shí)的第一步。因此，要想得到質(zhì)量上乘的鈦白粉，就必須把握好二氧化鈦漿液的分散性。在漿料之中，二氧化鈦粒子多以原級(jí)粒子、絮凝粒子、聚集粒子、附集粒子的形式存在，而這其中又?jǐn)?shù)原級(jí)粒子的化學(xué)性質(zhì)最為穩(wěn)定。因此，要想二氧化鈦漿液通過(guò)分散、研磨、分級(jí)這三大步驟之后還能最大限度地滿(mǎn)足包膜的需求，就必須使得二氧化鈦粒子多以原級(jí)粒子的形式存在。由表1可知，分散劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)在25%～35%時(shí)，二氧化鈦粒子粒徑較小且漿液黏度較低，有利于分散。

表1 不同分散劑濃度下漿液黏度及粒子直徑比較

3.2 攪拌強(qiáng)度

無(wú)論何種方法來(lái)生產(chǎn)鈦白粉，制作過(guò)程中必然會(huì)涉及攪拌，而攪拌的強(qiáng)度也是決定最終產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素。如果攪拌程度太大，會(huì)使得二氧化鈦粒子之間劇烈碰撞，使得剛形成的氧化物沉淀被破壞，難以成型；若攪拌程度太小，會(huì)使得二氧化鈦漿液分散度不夠，難以形成完整的包膜。

3.3 研磨過(guò)程中研磨介質(zhì)填充率

研磨過(guò)程中必然涉及研磨介質(zhì)的選擇，不論是硬度、強(qiáng)度還是大小、密度都與研磨效果有著密切的聯(lián)系。研磨的過(guò)程就是研磨介質(zhì)與二氧化鈦漿液中的介質(zhì)相互碰撞，得到大小合適的粒子，這其中涉及碰撞力、剪切力等多種力的作用。除此之外，研磨介質(zhì)與漿液中的介質(zhì)發(fā)生力的相互作用的前提是要發(fā)生接觸，因此，研磨介質(zhì)的表面積的大小取舍就顯得十分重要了，研磨介質(zhì)的球形直徑也是一項(xiàng)較為重要的影響因素。綜上，研磨介質(zhì)填充率對(duì)研磨效果有極大的影響，由表2可知，研磨介質(zhì)填充率越大，研磨所得粒子的直徑就越小，即研磨的效果就越好。

表2 研磨介質(zhì)不同填充率研磨后所得粒子直徑大小比較

3.4 二氧化鈦漿液的pH

對(duì)于二氧化鈦漿液來(lái)說(shuō)，其pH 乃是最后一步成膜的關(guān)鍵因素，無(wú)論pH 過(guò)高還是過(guò)低，都會(huì)影響到最終的成膜效果，影響最終成品的質(zhì)量。

以硅包膜為例，對(duì)于硅包膜來(lái)說(shuō)，最重要的就是其致密性，唯有做到良好的致密性，才算是完成了表面處理工藝。當(dāng)pH控制在9-11時(shí)，二氧化鈦粒子的分散狀態(tài)較高，且硅包膜聚合成型速度較慢，能夠形成均勻致密的硅包膜，此pH 下完成的硅包膜質(zhì)量最佳。當(dāng)pH 為7～8時(shí)，硅包膜聚集成型速度太快，難以得到致密均勻的包膜。當(dāng)pH 值為2-3時(shí)，硅包膜聚集成型速度也是比較慢的，但是此時(shí)的二氧化鈦粒子分散狀態(tài)較差，多呈凝集狀態(tài)，難以得到致密均勻的硅包膜。

4 結(jié)束語(yǔ)

鈦白粉的生產(chǎn)過(guò)程中，表面處理是其中必不可少的一環(huán)。因此，要想得到耐候性、耐久度和光澤度等多種性質(zhì)均為理想狀態(tài)的鈦白粉，就必須在表面處理工藝的分散、研磨、分級(jí)和包膜中都做到嚴(yán)格把關(guān)，并且嚴(yán)格控制二氧化鈦漿液的分散性、攪拌強(qiáng)度、研磨介質(zhì)填充率和漿液的pH，只有這樣方可得到質(zhì)量上乘的鈦白粉。