磷鋁雙層包覆制備裝飾紙用鈦白粉的工藝參數(shù)研究

王莉萍，許 冉

（龍佰集團(tuán)股份有限公司，河南 焦作 454006）

0 引言

鈦白粉制備出后，必須對(duì)其表面進(jìn)行包覆處理，提高留著率和耐光性，才能應(yīng)用于裝飾紙用鈦白粉。本文采用磷鋁雙層包覆方式對(duì)鈦白粉表面進(jìn)行處理，通過試驗(yàn)確定最佳表面處理劑及工藝參數(shù)。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 試驗(yàn)藥品

未經(jīng)表面包覆處理金紅石型二氧化鈦漿料，龍佰集團(tuán)某鈦業(yè)公司；偏鋁酸鈉（AR）、硫酸鋁（AR）、氫氧化鈉（AR）、硫酸（AR）、磷酸（AR）、磷酸鹽A（AR）、磷酸鹽B（AR）、磷酸鹽C（AR），國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑上海有限公司。

1.1.2 試驗(yàn)儀器

PHSJ-4A 型實(shí)驗(yàn)室pH，蘇州安原儀器有限公司；VEGA3SBH 型掃描電子顯微鏡，泰思肯公司；ESCALAB 250Xi 型X-射線光電子能譜儀，美國(guó)熱電公司。

1.2 試驗(yàn)原理與方法

1.2.1 試驗(yàn)原理

采用磷酸/磷酸鹽與鋁鹽對(duì)金紅石型二氧化鈦漿料進(jìn)行表面處理，提高鈦白粉產(chǎn)品留著率并具有較好的耐光性[1]。

第一層包覆形成的為磷酸鋁膜，包膜較致密，能改善顏料親水性能，提高在紙張?bào)w系的留著率，增強(qiáng)其耐光性。在鋁或鋁化合物與磷酸反應(yīng)時(shí)，可形成氧、磷、鋁等原子之間的短鏈，通過提高反應(yīng)體系的pH值，可使短鏈迅速凝集成長(zhǎng)鏈形成網(wǎng)狀體，具有很高的表面親和力進(jìn)而可以覆蓋其他顏料。

第二層包覆形成的是水合氧化鋁膜層，可以有效提高顏料光澤度，并使之具有正的電動(dòng)勢(shì)，與具有負(fù)電荷的紙張纖維結(jié)合具有更好的親合力，使顏料在紙張上的留著率較高。

1.2.2 試驗(yàn)方法

1）磷鋁包覆表面處理劑選擇：采用不同的磷鋁包覆無機(jī)處理劑進(jìn)行包覆試驗(yàn)，考察水洗后濾餅狀況，確定最佳處理劑。

2）磷鋁包覆表面處理工藝參數(shù)的確定。處理步驟：第一步，在二氧化鈦漿料中加入磷酸鹽C，再加入硫酸鋁，混合均勻，加少量堿性鋁中和，調(diào)整pH，并進(jìn)行熟化，此時(shí)進(jìn)行第一層包覆；第二步，加入鋁酸鈉濃度和稀硫酸并流，調(diào)整pH，并進(jìn)行熟化，調(diào)節(jié)pH 至中性后，完成第二層包覆，結(jié)束整個(gè)包覆過程；第三步，經(jīng)水洗、過濾、干燥、粉碎研磨后，取樣品進(jìn)行性能指標(biāo)測(cè)試。

試驗(yàn)采用單因素法，物質(zhì)加入量均為各物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 磷鋁包覆表面處理劑的選擇

在其他條件一致情況下，采用不同的磷鋁包覆無機(jī)處理劑進(jìn)行包覆試驗(yàn)，對(duì)水洗后濾餅狀況進(jìn)行考察，結(jié)果如表1 所示。

表1 不同的磷鋁包覆無機(jī)處理劑包覆試驗(yàn)結(jié)果

從表1 數(shù)據(jù)可知，經(jīng)“磷酸鹽A+偏鋁酸鈉”和“磷酸鹽B+偏鋁酸鈉”兩種處理劑處理后，易引起濾餅觸變，效果不佳，不采用；采用“磷酸+偏鋁酸鈉”處理后，盡管濾餅不觸變，但是濾餅發(fā)粘；采用“磷酸鹽C+偏鋁酸鈉”處理后濾餅不觸變，水洗后濾餅加工性能優(yōu)越。確定最佳表面處理劑為“磷酸鹽C+偏鋁酸鈉”。

2.2 磷鋁包覆表面處理工藝參數(shù)的確定

選擇P2O5加入量、第一層包覆鋁加入量、包覆鋁加入總量、第二層包覆熟化pH 值作為影響鈦白粉性能的因素，進(jìn)行單因素試驗(yàn)，檢測(cè)產(chǎn)品試樣留著率和耐光性ΔE。

2.2.1 P2O5加入量因素對(duì)裝飾紙用鈦白粉性能的影響

在其他工藝參數(shù)條件一致情況下，對(duì)不同P2O5加入量（1.0%、1.2%、1.4%、1.6%、1.8%）進(jìn)行試驗(yàn)。產(chǎn)品試樣留著率分別為89.81%、89.11%、88.18%、87.22%、86.10%，耐光性ΔE 分別為0.42、0.47、0.45、0.44、0.42。

試驗(yàn)結(jié)果顯示，P2O5加入量對(duì)產(chǎn)品試樣耐光性沒有顯著影響。當(dāng)P2O5加入量從1.0%增加至1.8%時(shí)，產(chǎn)品試樣留著率表現(xiàn)為下降趨勢(shì)，在P2O5加入量為1.0%時(shí)表現(xiàn)為最大值89.81%。綜合上述分析，確定最佳P2O5加入量為1.0%。

2.2.2 第一層包覆鋁加入量因素對(duì)裝飾紙用鈦白粉性能的影響

在其他工藝參數(shù)條件一致情況下，對(duì)不同第一層包覆鋁加入量（1.0%、1.2%、1.4%、1.6%、1.8%）進(jìn)行試驗(yàn)。產(chǎn)品試樣留著率分別為89.02%、88.15%、87.63%、87.04%、85.28%，耐光性ΔE 分別為0.36、0.38、0.45、0.47、0.55。

當(dāng)?shù)谝粚影蹭X加入量從1.0%增加至1.8%時(shí)，產(chǎn)品試樣留著率表現(xiàn)為下降趨勢(shì)，在加入量為1.0%時(shí)表現(xiàn)為最大值89.02%；產(chǎn)品試樣ΔE 值表現(xiàn)為增大趨勢(shì)，在加入量為1.0%時(shí)ΔE 為最小值0.36，此時(shí)耐光性最好。綜合上述分析，確定最佳第一層包覆鋁加入量為1.0%。

2.2.3 包覆鋁加入總量因素對(duì)裝飾紙用鈦白粉性能的影響

在其他工藝參數(shù)條件一致情況下，對(duì)不同包覆鋁加入總量（3.0%、3.5%、4.0%、4.5%、5.0%）進(jìn)行試驗(yàn)。產(chǎn)品試樣留著率分別為83.18%、85.14%、87.22%、89.54%、90.18%，耐光性ΔE 分別為0.51、0.48、0.45、0.41、0.34。

當(dāng)包覆鋁加入量從3.0%增加至5%時(shí)，產(chǎn)品試樣留著率表現(xiàn)為增大趨勢(shì)，在加入量為5.0%時(shí)表現(xiàn)為最大值90.18%；產(chǎn)品試樣ΔE 值表現(xiàn)為下降趨勢(shì)，在加入量為5.0%時(shí)ΔE 為最小值0.34，此時(shí)耐光性最好。綜合上述分析，確定包覆鋁加入總量最佳加入量為5.0%。

2.2.4 第二層包覆熟化pH 值因素對(duì)裝飾紙用鈦白粉性能的影響

在確定其他工藝參數(shù)條件一致的情況下，對(duì)不同第二層包覆熟化pH（5.0、6.0、7.0、8.0、9.0）進(jìn)行試驗(yàn)。產(chǎn)品試樣留著率分別為79.53%、87.88%、88.12%、88.89%、87.10%，耐光性ΔE 分別為0.49、0.33、0.46、0.47、0.52。

當(dāng)?shù)诙影彩旎痯H 從5.0 增加至9.0 時(shí)，產(chǎn)品試樣留著率表現(xiàn)為增大、穩(wěn)定、下降的趨勢(shì)，在pH為6.0、7.0、8.0 時(shí)的留著率較好；產(chǎn)品試樣ΔE 值表現(xiàn)為先下降后增大趨勢(shì)，在熟化pH 為6.0 時(shí)ΔE 值為最小值0.33，此時(shí)耐光性最好。綜合上述分析，確定第二層包覆熟化pH 為6.0。

2.3 產(chǎn)品試樣性能分析

采用上述最佳表面處理劑及工藝參數(shù)制備裝飾紙用鈦白粉，并進(jìn)行性能檢測(cè)及表征。

磷鋁雙層包膜鈦白粉留著率為90.02%、耐光性ΔE 為0.33，而未經(jīng)表面處理的鈦白粉留著率為72.18%、耐光性ΔE 為2.5。因此，最佳工藝參數(shù)制備的磷鋁雙層包膜鈦白粉留著率和耐光性較為理想，與國(guó)外高檔裝飾紙用杜邦R-796+鈦白粉留著率和耐光性指標(biāo)較為接近。

從磷鋁雙層包膜鈦白粉SEM圖片可知，二氧化鈦漿液表面經(jīng)磷鋁雙層包膜表面處理后，鈦白粉表面光滑、連續(xù)、顆粒分明、包覆層明顯，包覆效果理想。

對(duì)未經(jīng)表面處理的鈦白粉和磷鋁雙層包膜鈦白粉采用X-射線光電子能譜儀測(cè)定表層元素含量，結(jié)果如表2 所示。

表2 不同鈦白粉表層元素含量分析

從表2 數(shù)據(jù)可知，經(jīng)表面處理制備的磷鋁雙層包膜鈦白粉中磷和鋁元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別增加6.0%、11.3%，鈦元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低11.1%，這說明磷鋁雙層包膜鈦白粉表層包膜厚度較大，包覆完整性較好。

3 結(jié)語

采用單因素法對(duì)磷鋁包覆制備裝飾紙用鈦白粉備工藝參數(shù)進(jìn)行研究。確定“磷酸鹽C+偏鋁酸鈉”為最佳處理劑，最佳工藝參數(shù)：P2O5加入量1.0%，第一層包覆鋁加入量1.0%，包覆鋁加入總量5.0%，第二層包覆熟化pH 為6.0。該工藝條件下制備裝飾紙用鈦白粉留著率90.02%、耐光性ΔE 為0.33，SEM和表層元素分析結(jié)果表明：磷鋁雙層包膜鈦白粉包膜厚度大、包覆完整性好，是理想的裝飾紙用鈦白粉。