基于鈦白粉生產(chǎn)的新型鹽處理技術(shù)試驗(yàn)研究

張修臻，張本發(fā)，周 強(qiáng)，王 智

（安徽金星鈦白（集團(tuán)）有限公司，安徽 馬鞍山 243000）

鈦白粉具有光化學(xué)活性，在空氣和水的作用下，二氧化鈦晶格受紫外線激發(fā)產(chǎn)生氧原子，具有很強(qiáng)的氧化性，會(huì)使有機(jī)介質(zhì)降解，從而造成失光、變色、粉化[1]。鈦白粉在應(yīng)用中受到陽(yáng)光照射、溫度變化、風(fēng)吹雨淋等外界條件的影響，易出現(xiàn)褪色、變色、龜裂、粉化和強(qiáng)度下降等一系列老化現(xiàn)象。而紫外線照射是促使產(chǎn)品老化的關(guān)鍵因素，光照、高溫和潮濕是造成涂層失光、褪色、黃變、粉化的主要原因[2]。涂層的耐候性優(yōu)劣與鈦白粉的光譜敏感性有關(guān)，長(zhǎng)期放置于戶外的產(chǎn)品要求其配制所用的鈦白粉具有良好的耐光性和耐候性，否則就會(huì)變黃或粉化。要想獲得耐候性能優(yōu)異的鈦白粉，必須對(duì)鈦白粉進(jìn)行表面處理，以封閉其光化學(xué)活性點(diǎn)，改變粒子表面性質(zhì)[3-5]。本文為得到耐候性能好的鈦白粉，從鈦白粉粗品生產(chǎn)角度入手，改變其鹽處理方法，提高其耐光性。

1 試驗(yàn)部分

1.1 原料

主要原料有二洗后的濾餅、硫酸鈰（Ce2(SO4)3）溶液、KP 鹽（K 是氫氧化鉀，P 是磷酸）溶液、氧化鎂粉末和去離子水。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

主要試驗(yàn)設(shè)備有燒杯、攪拌棒、壓濾機(jī)、馬弗爐、恒溫箱、汽粉機(jī)、研缽、泵、平模儀、計(jì)算機(jī)、紫外光人工老化箱、光澤度儀和測(cè)試板。

1.3 試驗(yàn)方法

二洗后的濾餅轉(zhuǎn)入提前加入底水的制漿槽進(jìn)行制漿，所制得的漿料濃度控制在280～310 g/L，攪拌25～35 min；將漿料轉(zhuǎn)入鹽處理槽，加入0.2%～0.4%（以SeO2計(jì)）硫酸鈰溶液，攪拌25～35 min；漿料中邊攪拌邊加入KP 鹽，確保P2O5的加量在0.15%～0.20%（以P2O5計(jì)），攪拌1.0～1.5 h；繼續(xù)邊攪拌邊加入0.1%～0.3% MgO 粉末，攪拌1.0～1.5 h；將攪拌均勻的鹽處理漿料轉(zhuǎn)入壓濾機(jī)進(jìn)行壓濾，除去多余的水分，得到濾餅；將濾餅用螺旋轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)窯進(jìn)行煅燒，得到高耐光性的鈦白粉粗品。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

分別做五組試驗(yàn)，將得到的鈦白粉粗品進(jìn)行后處理得到成品，分別制成水性涂料與油性涂料，二者均采用現(xiàn)有技術(shù)，其中，水性涂料配方由國(guó)內(nèi)大型水性涂料公司提供，油性涂料配方由國(guó)際大型油性涂料公司提供。

放入紫外光人工老化箱進(jìn)行一定時(shí)間的老化試驗(yàn)，每到預(yù)定時(shí)間進(jìn)行顏色及光澤度測(cè)試。將涂料制好后刮到標(biāo)準(zhǔn)試板上，按相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求晾干，檢測(cè)光澤和色相，放入紫外光人工老化箱中進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為AASTMG154，到達(dá)規(guī)定的測(cè)試總時(shí)間后將試板取出，檢測(cè)試板的光澤、色相，評(píng)價(jià)試板的外觀（是否開(kāi)裂、生銹等），與之前的測(cè)試數(shù)據(jù)相比，計(jì)算色差（ΔE）和失光率等，根據(jù)相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求來(lái)判定其老化情況。其中，對(duì)比樣為未添加本發(fā)明鈦白粉的水性涂料或油性涂料。

2.1 水性涂料

將水性涂料樣板放入紫外光人工老化箱中300 h、600 h、900 h、1 200 h、1 500 h，分別測(cè)定其色差數(shù)據(jù)，如表1所示。由紫外光人工老化箱300 h、600 h、900 h、1 200 h、1 500 h 照射后的色差可以看出，本文產(chǎn)品與對(duì)比樣比較，照射每個(gè)時(shí)間段的色差均要好于對(duì)比樣，特別是1 500 h 照射后，對(duì)比樣的色差遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于本發(fā)明的產(chǎn)品色差。本文產(chǎn)品完全可以應(yīng)用于水性涂料中，并且遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于對(duì)比樣。

表1 水性涂料紫外線老化色差

將水性涂料樣板放入紫外光人工老化箱中300 h、600 h、900 h、1 200 h、1 500 h，分別測(cè)其60°光澤度，數(shù)據(jù)如表2所示。對(duì)比樣初始光澤與本文產(chǎn)品的初始光澤近似，照射300 h 后數(shù)據(jù)偏差也不大。照射600 h后，本文產(chǎn)品的光澤變化不大，略有降低，而對(duì)比樣降低較多，說(shuō)明本文產(chǎn)品在光澤度上耐光性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于對(duì)比樣，可以用于水性涂料，并且耐光性較好。

表2 水性涂料60°光澤度

2.2 油性涂料

將油性涂料樣板放入紫外光人工老化箱中300 h、600 h、900 h、1 200 h、1 500 h，分別測(cè)定其色差數(shù)據(jù)，如表3所示。由紫外光人工老化箱300 h、600 h、900 h、1 200 h、1 500 h 照射后的色差可以看出，本文產(chǎn)品與對(duì)比樣比較，照射每個(gè)時(shí)間段的色差均要好于對(duì)比樣，特別是900 h 照射后，對(duì)比樣的色差開(kāi)始明顯大于本文產(chǎn)品的色差，1 500 h 照射后，本文產(chǎn)品要明顯優(yōu)越于對(duì)比樣。本文產(chǎn)品完全可以用于油性涂料。

表3 油性涂料紫外線老化色差

將油性涂料樣板放入紫外光人工老化箱中300 h、600 h、900 h、1 200 h、1 500 h，分別測(cè)定其60°光澤度，數(shù)據(jù)如表4所示。由上述數(shù)據(jù)可以看出，本文產(chǎn)品制成油性涂料并在紫外光人工老化箱照射后，光澤度變化不大，即使照射1 500 h，光澤度變化也不大。而對(duì)比樣經(jīng)紫外光照射后，光澤度明顯降低。本文產(chǎn)品完全適用于油性涂料，并且遠(yuǎn)好于對(duì)比樣。

表4 油性涂料60°光澤度對(duì)比

3 鹽處理工藝分析

偏鈦酸煅燒工藝需要加入少量添加劑，按照改性要求，合理進(jìn)行鹽處理。要根據(jù)生產(chǎn)的鈦白粉顏色，結(jié)合不同品級(jí)要求進(jìn)行評(píng)估，注意偏鈦酸的改性水平。按照溫度和煅燒量，適度調(diào)節(jié)產(chǎn)品的色相、配比與光澤度，控制消色力、遮蓋力和吸油量，適當(dāng)調(diào)整晶體顆粒大小[6-8]。鈦白粉生產(chǎn)過(guò)程需要根據(jù)電焊級(jí)別，分析鈦白粉含磷量和焊縫冷脆水平。鈦白粉含磷量需要按照要求進(jìn)行調(diào)控，不可大于0.05%。按照生產(chǎn)工藝要求，合理加入磷酸，嚴(yán)格控制礦源，避免含磷量偏高。鈦白粉生產(chǎn)過(guò)程要嚴(yán)格控制含磷量，提升鈦白粉的耐候性和白度，更好地達(dá)到松軟效果。磷酸加入量不能過(guò)多或過(guò)少，要根據(jù)鹽處理工藝，適當(dāng)加入。在生產(chǎn)工藝中，鈦白粉可以促進(jìn)鈦晶的轉(zhuǎn)化，防治出現(xiàn)金紅石晶。如果加入的磷酸過(guò)多，鈦酸度增加，脫硫可能產(chǎn)生困難。另外，鹽處理工序加入硫酸鈰，硫酸鈰經(jīng)煅燒后轉(zhuǎn)化為CeO2。鹽經(jīng)高溫煅燒后更容易進(jìn)入光活性點(diǎn)，若從根本上封閉光活性點(diǎn)，則可以提高鈦白粉的耐光性。

4 結(jié)語(yǔ)

鈦白粉具有優(yōu)異的白度和光亮度，遮蓋能力較強(qiáng)，是目前應(yīng)用較廣的白色顏料，廣泛應(yīng)用于涂料、塑料、橡膠、造紙、化纖、油墨、化妝品等領(lǐng)域。根據(jù)市場(chǎng)需求，本文研究了一種新型鹽處理技術(shù)，以更好地進(jìn)行鈦白粉生產(chǎn)。研究表明，鹽處理工序加入硫酸鈰，硫酸鈰經(jīng)煅燒后轉(zhuǎn)化為CeO2。鹽經(jīng)高溫煅燒后更容易進(jìn)入光活性點(diǎn)，而封閉光活性點(diǎn)可以提高鈦白粉的耐光性。