二氧化鈦在腈綸漿液中分散性的研究

曲順利（大慶石化公司腈綸廠，黑龍江 大慶 163714）

在以硫氰酸鈉水溶液為溶劑，醋酸乙烯酯為第二單體的生產(chǎn)中，常常發(fā)現(xiàn)因消光劑二氧化鈦分散度不好，而降低了過濾效果，損耗二氧化鈦，并產(chǎn)生毛絲，影響纖維質量。因此，研究制備二氧化鈦母液的主要工藝參數(shù)，如聚丙烯腈（PAN）溶液添加量，攪拌速度，攪拌時間，二氧化粒度等，以獲得較高分散度的二氧化鈦漿母液，這對于改善紡絲溶液過濾性能，降低二氧化鈦的單耗，提高纖維質量等方面具有重要的意義。

1 主要工藝條件

把二氧化鈦均勻地分散到聚丙烯腈溶液中，制備二氧化鈦母液。二氧化鈦母液在高剪切罐中制備，原液加入量為1657kg，用秤稱量200kg固體TiO2粉末，硫氰酸鈉200 kg加入高剪切罐中，啟動攪拌，攪拌速度為960轉／分，罐內(nèi)溫度控制在63±2℃,攪拌時間控制在4小時。然后取樣化驗，聚丙烯腈PAN:10.5±0.5%，二氧化鈦TiO2:11.6±0.3%,NaSCN:39.50±0.5%。

均勻的消光劑母液，由泵輸送到第一次壓濾機，過濾母液中的雜質和末分散的TiO2顆粒，過濾面積為24.9m2，操作壓力為1.0KPa。壓濾機過濾后母液進入脫泡供料罐，由泵輸送到加熱器，加熱到52±2℃,然后進入脫泡塔中，脫除母液中的氣泡。真空度控制在6.6±1.3KPa。脫泡后的母液再經(jīng)二次過濾除雜質，過濾面積為24.1m2，操作壓力為1.0KPa，過濾后的母液經(jīng)泵打入供料罐，經(jīng)控制進料泵調節(jié)轉數(shù)，輸送到在線混合器，按著一定的比例加入紡絲原液中，制備全消光或半消光纖維。

2 二氧化鈦漿液分散度因素分析

2.1 攪拌時間對二氧化鈦漿液分散度的影響

攪拌速度不論是較低還是較高，二氧化鈦粒子的沉降體積分數(shù)均隨攪拌時間增加而上升至最大值，然后又隨時間的增加而逐漸變小。這是因為固體粉團粒二氧化鈦在攪拌作用下，分散在PAN的NaSCN溶液中，且隨攪拌時間的增加而分散得更均勻。另一方面，二氧化鈦吸附PAN分子速度是緩慢的，形成PAN吸附層需要時間。但是，當粒子的分散度達到最大值后，增加攪拌時間，會使已經(jīng)分散的粒子相互作用，形成橋連，導致粒子絮凝。攪拌時間越長，粒子相互碰撞的機會越多，二氧化鈦漿液的分散度則降低。

2.2 攪拌速度對二氧化鈦漿液分散度的影響

由于聚丙烯腈原液是切力變稀流體，在較高攪拌速度下，可獲得分散度較大的二氧化鈦漿液，這是由于攪拌葉片表觀速度正比于攪拌葉片轉速，當后者速度增大時，葉片表觀剪切速度增大，二氧化鈦剪切分散使粒子分散得更細均，從而在其它條件不變的情況下，二氧化鈦的分散度將會增加，反之亦然。

2.3 PAN含量對二氧化鈦漿液分散度的影響

隨著PAN含量增加，二氧化鈦分散度降低，再增加，二氧化鈦分散度升高，二氧化鈦漿液顯示絮凝、分散、再絮凝、再分散的狀態(tài)。當PAN含量在7.5-8.5%（低濃度范圍）時，由于PAN的橋鏈效應，使二氧化鈦粒子絮凝，二氧化鈦穩(wěn)定性變差，分散度隨PAN增加而下降。當PAN含量在8.6-9.0%（中濃度范圍）時，二氧化鈦粒子表面吸附的PAN增多，而形成PAN吸附層。由于吸附層重迭所引起的立體化效應,二氧化鈦穩(wěn)定性增強，二氧化鈦的分散度變大。當PAN在9.0-9.5%時，二氧化鈦的分散度隨PAN增加而下降。這是因為吸附PAN的二氧化鈦相互接近時，且有有限擴展的PAN大分子從粒子間的間隙中被排除去，存在PAN大分子耗損區(qū)域，導致二氧化鈦絮凝。這種絮凝稱為耗損絮凝。當PAN在9.6-11.0%（高濃度）時，二氧化鈦粒子的分散度逐漸增大到100%，這種結果是耗損穩(wěn)定化所致。

2.4 粒徑及粒徑分布對二氧化鈦分散度的影響

二氧化鈦原料的粒徑及粒徑分布對二氧化鈦在漿液中的分散度有著直接的影響。粒徑分布寬，超粒子和起小粒子多，二氧化鈦的分散相對降低。當粒徑小于0.2微米，則粒子的比表面積大，吸附溶劑多，漿液發(fā)粘，分散度反而降低，不一定粒徑越小，分散越粘。若超大粒子個數(shù)較多，粒子在分散介質中存在布朗運動，發(fā)生碰撞，聚結成較大的粒子，較大粒子在重力作用下將會下沉，出現(xiàn)聚沉現(xiàn)象，導致分散度降低。不同廠家的產(chǎn)品，粒徑的最佳分散值因生產(chǎn)方法不同而不同。英國T101DE公司的A-PP2的最佳分散粒徑為0.35微米，德國Sach?tleben公司的產(chǎn)品最佳值為0.28微米，日本TA300最佳值為0.30微米。

3 結語

a.二氧化鈦漿液中，由于PAN濃度的不同，PAN會顯示分散作用和絮凝作用。二氧化鈦對PAN大分子的吸附較慢，較長的時間有利于提高二氧化鈦漿液的分散度。當攪拌速度為960r/min，PAN含量與二氧化鈦含量較為接近時，攪拌時間為4小時，可獲得一周內(nèi)不沉降的二氧化鈦漿液，分散度大于98%。

b.粒徑對二氧化鈦漿液分散度有明顯的影響。在其它條件不變情況下，日本TA300的TiO2粒徑在0.35微米，可獲得較高分散度的二氧化鈦漿液。