乳膠漆用鈦白粉生產(chǎn)技術研究

＊張春潔 曲波

（山東道恩鈦業(yè)有限公司 山東 265700）

近年來，國內(nèi)外涂料研究人員投入了大量資金和精力用以提高乳膠漆的裝飾性和擦洗性。乳膠漆具有色彩豐富特點，顏料對乳膠漆性能好壞具有決定性作用，顏料選取正確可指導高品質(zhì)乳膠漆的加工。二氧化鈦（TiO2）是乳膠漆最重要的一種顏色填料，可直接影響乳膠漆的遮蓋力，該種物質(zhì)的性質(zhì)較為穩(wěn)定，在常溫環(huán)境中幾乎不與其他化合物發(fā)生反應，且不溶于水、有機酸、脂肪等[1]。鈦白粉的主要組成就是二氧化鈦，目前世界上約有60%的鈦白粉均用于制備各種涂料，特別是金紅石型鈦白粉。本文現(xiàn)對乳膠漆用金紅石鈦白粉的生產(chǎn)技術進行分析。

1.乳膠漆用鈦白粉生產(chǎn)方式

對于乳膠漆用鈦白粉來說，其生產(chǎn)方式多種多樣，包括硫酸法、氯化法、鹽酸伐和硝酸法等，其中氯化法（制備流程見圖1）就是將原料磨碎后在高溫、通氯氣環(huán)境中，與石油焦充分混合，經(jīng)還原反應及氯氣氯化后生成TiCl4（四氯化鈦），再在高溫條件下通氧氣制備出鈦白粉；硫酸法（制備流程見圖2）就是將鈦鐵礦粉碎后與濃硫酸進行反應，沉淀分離出TiOSO4（硫酸氧鈦），再經(jīng)水解反應制備TiO(OH)2（偏鈦酸），在1000℃條件下進行煅燒即可得到粗鈦粉，再經(jīng)多項后處理工序制備出鈦白粉。

圖1 氯化法鈦白粉生產(chǎn)工藝流程

圖2 硫酸法鈦白粉生產(chǎn)工藝流程

2.乳膠漆用鈦白粉生產(chǎn)技術

(1)精密管式過濾技術

研究資料顯示，鈦液質(zhì)量高低可直接影響水解過程，若鈦液質(zhì)量較低，則可導致TiO2粒子形狀、大小和粒度等出現(xiàn)分散分布情況，粒子晶格存在一定缺陷，進而導致鈦白粉的白度下降，難以保證乳膠漆的應用性能。在乳膠漆用金紅石鈦白粉的生產(chǎn)技術中，精密管式過濾技術可將鈦液直接充入過濾器內(nèi)，并使其維持在高液位，再以具有一定壓力的壓縮空氣反復吹搓洗濾芯元件，達到促使濾袋再生的目的，再將已配置好的助濾劑懸浮液應用泵自罐底送入，直至助濾劑分布于罐內(nèi)液體中，在壓力作用下，濾袋可將助濾劑攔截至表面，進而形成一層助濾層，這時鈦液就會從罐體上部送出并回到預涂罐中，這一步驟不斷循環(huán)直至合格，最后從罐底應用泵將濁液送入進行預過濾，助濾層就可攔截、吸附濁液中的雜質(zhì)，進而形成一層濾餅層，此時鈦液再自罐體上部送出直至回到沉降槽，由于存在“架橋”現(xiàn)象，鈦液經(jīng)過濾餅層后就會越發(fā)澄清，直至濾出鈦液的澄清度達到合格標準后，鈦液就可流入清鈦液貯槽中進行連續(xù)過濾，此時將計量泵啟動，可將一定劑量的助濾劑添加至濁液中，進而降低濁液濃度，同時彌補濾餅層所存在的缺陷，隨著時間推移，過濾壓力不斷增大，流量隨之縮小，當過濾壓與流量達到一定數(shù)值時，機器就可自動終止過濾操作，此時過濾器就進行反吹脫餅、噴淋清洗濾袋和排渣等操作，在以上流程結束之后再進入到下一次循環(huán)中。與傳統(tǒng)過濾技術比較來說，精密管式過濾技術具有更高的自動化程度，且設備較小，無需占用較大面積，受到人工干預的影響較小，過濾精度高達10×10-6，可有效降低雜質(zhì)含量，進而提高鈦液質(zhì)量。

(2)硅鋁復合表面處理技術

包膜操作始終處于包膜罐內(nèi)，在一定溫度和攪拌轉速下進行，將表面處理劑加入后可在顆粒表面形成一層特殊膜，促使特定化學物質(zhì)以膜的形式附著于TiO2粒子表面。表面處理技術的作用在于，可對TiO2表面進行改性，以提高鈦白粉的分散性、親水性和耐候性。

①硅包膜。包膜劑較為常用的就是硅酸鈉、乙酸硅和硅的鹵素化合物等，硅以化學鍵的形式與TiO2表面的羥基結合，可提高鍵能，形成包膜，不僅具有致密結構，還可有效保護核體CO2免受化學侵蝕。致密氧化硅包膜的應用，顯著提高了硅表面處理技術的使用價值，不僅能彌補老工藝的一系列不足，還能將平均粒度為0.2μm的產(chǎn)品耐久性提高。這種包膜的特征為：A.包膜厚薄均勻且連續(xù)，具有致密結構，非多孔海綿狀；B.屬于化學結合的一種，無定型的水合氧化硅可以羥基形式鍵合于TiO2表面。但需要注意的是，致密氧化硅包膜技術的確立，并不排斥海綿狀包膜，具體應用過程中還需考量生產(chǎn)品種的適用性。

②鋁包膜。相較于致密氧化硅技術來說，氧化鋁包膜技術并未取得重大突破，常用鋁包膜機是鋁鹽，先將鋁酸鈉包膜溶液制備出來，將其加入到TiO2漿液中，在一段時間內(nèi)緩慢加酸，促使Al2O3完全沉析，再在TiO2表面沉積一道致密保護膜。這層保護膜可隔絕外部紫外線，并阻礙化學介質(zhì)與TiO2表面的直接接觸，在存在少量水的條件下，鋁鹽就可進行離解，進而形成雙電層，促使TiO2粒子表面帶正電荷，而在其表明又吸附了一層樹脂層，由于該層保護膜的吸附作用和保護作用，可促使TiO2顏料粒子起到分散作用。氯化鋁包膜技術的一個技術難點就在于，漿液過濾性較差，易出現(xiàn)膠凍狀[2]。

③混合包膜。在無機處理過程當中，包膜劑若僅采用一種，如金屬水合氧化物或氫氧化物等，難以顯著提高鈦白粉的保光性，因此在鈦白粉的實際生產(chǎn)過程中，常常需要應用兩次包膜和混合包膜等技術。混合包膜指的就是，在同一酸堿性條件下，應用中和法將兩種或兩種以上的包膜劑進行處理，促使其沉積于TiO2表面，而兩次包膜指的就是，在一定情況下沉積一種或一種以上的包膜劑。新型改進方法是在堿性條件下，沉積氧化硅或氧化鋁包膜，直至酸性穩(wěn)定之后，再進行二次包膜，這樣就能夠提高鈦白粉的光學性能，制備出符合乳膠漆實際應用需求的高檔金紅石型鈦白粉。

(3)氣流粉碎技術

即便鈦白粉的粒徑及其分布關鍵在于煅燒和水解兩個階段，但是在這兩個階段之后，表面處理的干燥產(chǎn)品均為絮凝體和聚集體，需采用一種高效粉碎設備，對其進行粉碎，以獲得理想的粒徑及其分布，才能夠提高顏料的光學性能。鈦白粉生產(chǎn)工藝中，應用氣流粉碎技術，將高壓空氣作為粉碎介質(zhì)，不僅純度較高，且雜質(zhì)較少，粉碎機的粉碎壓力較大，表面較為圓滑，所制備顆粒較為規(guī)整，可有效提高鈦白粉的粒徑表現(xiàn)。

(4)特殊有機處理技術

無機處理指的就是，通過一部分操作促使TiO2粒子表面的電荷發(fā)生變化，進而提高鈦白粉的抗粉化能力，同時提高產(chǎn)品保色性能、改善分散性能等。二氧化硅和三氧化二鋁的處理絕對量和相對量均可對Zeta電位大小產(chǎn)生一定影響，因此對以上兩種物質(zhì)的比例進行合理控制，可改善TiO2特性，但若想要改進鈦白粉的相容性和潤濕性，以減少涂料體系中存在的團聚情況，就必須采取有機處理技術。通常情況下，有機包膜均是在鈦白粉生產(chǎn)的粉碎階段，也就是氣流粉碎技術中進行有機包膜，將其與物料一同加入到氣流粉碎機中，主要表現(xiàn)為有機包膜劑覆蓋于新生顏料的粒子表面。有機包膜在吸附于鈦白粉顆粒表面時，常以物理或化學吸附的方式進行，可降低顏料與介質(zhì)界面之間的張力，在已經(jīng)開展無機復合包膜的TiO2表面，包膜上一層表面活性劑或有機氧化物膜，以促使介質(zhì)較易取代吸附于顏料表面的水和氣體，以完成良好附著。物理吸附的原因主要在于，有機表面的活性劑分子，通常由兩部分組成，即極性基和非極性基，這兩部分的區(qū)別在于，極性基親水，而非極性基親油?；钚詣┓肿优c極性鈦白粉分子進行接觸時，極性基就可吸附于鈦白粉表面，而非極性基就暴露于外部，進而降低界面張力，以降低潤濕性，促使漆基滲入到顏料顆粒之間，促使顏料顆粒呈現(xiàn)出相互分離狀態(tài)，以達到分散目的。化學吸附指的就是，鈦白粉表明羥基與有機處理劑直接連接，促使鈦白粉性能改變，變?yōu)樵魉H油。針對耐擦洗的乳膠漆來說，為達到這些性能要求，在對鈦白粉進行有機包膜處理時，可選擇多元醇類包膜劑，而包膜劑附著于顏料粒子表面后，就可使顏料粒子接近中性，進而提高其分散性。

3.結語

隨著國內(nèi)外對乳膠漆需求量的不斷提升，建筑市場對于金紅石型鈦白粉的需求量也越來越大，同時對鈦白粉性能也提出了更高要求。目前，國內(nèi)所生產(chǎn)的鈦白粉雖然能滿足大部分的涂料使用，但在產(chǎn)品性能、工藝水平和設備制備等多方面仍然與國外鈦白粉生產(chǎn)公司存在一定差距。本次研發(fā)的耐擦洗乳膠漆專用的金紅石鈦白粉項目不僅符合我國環(huán)保戰(zhàn)略，還能滿足市場對鈦白粉的需求，發(fā)展前景廣闊。