一种复合钛白粉的制备方法及其应用与流程

本发明属于化工填料的制备领域，具体涉及一种复合钛白粉的制备方法及其应用。

背景技术：

1、涂料作为涂布在物体表面，与被涂物形成牢固附着的连续薄膜，通常是以树脂、或油、或乳液为主组分，在添加或不添加颜料、填料，添加相应助剂，用有机溶剂或水配制而成的粘稠液体。涂料在国民经济中发挥着重要作用，是现代社会不可缺少的化工材料。

2、钛白粉(tio2)作为一种白色无机填料，是一种质地柔软的无嗅无味的白色粉末，不溶于水、稀无机酸、有机溶剂、油，微溶于碱，溶于浓硫酸。遇热变黄色，冷却后又变白色。因其遮盖力和着色力强，熔点为1560～1580℃，主要用于涂料、塑料、造纸、油墨、其它(含化妆品、化纤、电子、陶瓷、搪瓷、焊条、合金、玻璃等)行业。

3、根据钛白粉的结晶形态可分为锐钛型钛白粉和金红石型钛白粉，金红石型(r型)密度4.26g/cm3，折射率2.72。r型钛白粉具有较好的耐气候性、耐水性和不易变黄的特点，但白度稍差。锐钛型(a型)密度3.84g/cm3，折射率2.55。a型钛白粉耐光性差，不耐风化，但白度较好。近年来发现纳米级超微细二氧化钛(通常为10～50nm)具有半导体性质，并且具有高稳定性、高透明性、高活性和高分散性，无毒性和颜色效应。钛白粉(纳米级)广泛应用于功能陶瓷、催化剂、化妆品和光敏材料等白色无机颜料，是白色颜料中着色力最强的一种，具有优良的遮盖力和着色牢度，适用于不透明的白色制品。金红石型特别适用于室外使用的塑料制品，可赋予制品良好的光稳定性。锐钛型主要用于室内使用制品，但略带蓝光，白度高、遮盖力大、着色力强且分散性较好。

4、但是目前钛白粉存在价格偏高，运行成本较大，且生产过程中易产色二次污染。复合钛白粉作为钛白粉的替代品，指的是具有钛白粉的性能且成本比钛白粉低，能够部分或全部替代钛白粉的无机粉体材料。采用无机粉体包覆方法生产复合钛白粉，根据处理工艺不同，目前一般可以分为干法和湿法两种，干法一般是采用机械力化学法对无机粉体颗粒进行表面活化处理，引发阴阳离子结合。如公开号cn101100561a文献报道了采用干法生产，用旋风粉碎机对粉体高速剪切，在一定温度下，使粉体引进阴阳离子结合，得到一种复合钛白粉。湿法是在液体状态下通过化学助剂或者机械研磨，使两种粉体包覆复合得到复合物。如公开号cn1724595a文献对白色矿物粉体tio2复合白色颜料的制备，采用将无机矿物粉体制浆后与tio2的悬浮液在化学助剂的帮助下实现化学反应包覆，形成复合物。目前干法生产的工艺虽然简单，但包覆效果不理想，湿法生产工艺比干法生产工艺包覆效果理想，但工艺较为复杂，会有废液产生，对环境也有污染。而且，单纯采用干法或者湿法工艺制备，其复合物的实际包覆率与理论值都仍有一定差距，因而使制备的复合钛白粉产品在性能上与钛白粉相比仍存在较大差距。同时，绝大多数复合钛白的制备都是选择一些单一的、外观为白色粉末，质地松软的矿物粉体如云母、高岭土、滑石、硅灰石、碳酸钙等与tio2得到的复合钛白粉，可以在一定程度上满足对于白度要求高的行业，作为钛白粉的替代品使用。但是在性能方面目前还没有一种复合钛白粉体能够在市场上很好的代替纯钛白粉的作用，比如遮盖力下降、耐候性不足，消色力表现不能令人满意等等问题，所以说目前的钛白粉技术在一定程度上是以牺牲部分钛白粉应有的性能而进行的取代钛白粉，还不能达到完全取代钛白粉。

5、因此，如何获得一种复合钛白粉以部分或完全替代现有钛白粉的同时，不丧失钛白粉应有的各项性能优势，已成为当下亟需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的第一目的在于，提出了一种复合钛白粉的制备方法，该方法的流程简单，工艺稳定，污染较小；本发明的第二目的在于，提出了一种复合钛白粉，可以完全作为普通钛白粉的优异替代品；本发明的第三目的在于，提出了复合钛白粉在涂料、塑料、造纸等行业的应用。

2、为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

3、一种复合钛白粉，按重量份数计组成如下：250目金红石钛白粉80-120份、煅烧高岭土40-110份、硅烷偶联剂4-8份、三氧化二铝2-5份、酰胺化合物5-6份、碳酸钙5-8份、聚乙二醇5-8份、氧化锌2-3份、润湿剂2-8份、活化剂5-10份、酸碱中和剂2-8份。

4、进一步地，按重量份数计组成如下：250目金红石钛白粉100份、煅烧高岭土110份、硅烷偶联剂6份、三氧化二铝3份、酰胺化合物5份、碳酸钙5份、聚乙二醇5份、氧化锌2份、润湿剂4份、活化剂5份、酸碱中和剂5份。

5、进一步地，所述硅烷偶联剂选自甲基三氯硅烷、氨基硅烷、乙烯基硅烷、环氧硅烷和烯丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种。

6、进一步地，所述润湿剂选自微晶纤维素、海藻酸钠和硅酸镁铝中的一种或多种。

7、进一步地，所述活化剂选自氯化钡、硫氢化钠和二乙胺磷酸钠中的一种或多种。

8、进一步地，所述酸碱中和剂为碳酸钠。

9、进一步地，所述的复合钛白粉的制备方法，步骤如下：

10、(1)将煅烧高岭土、三氧化二铝、酰胺化合物和润湿剂依次加入到搅拌机中进行搅拌，搅拌速度为300r/min，搅拌时间30min；

11、(2)依次加入金红石钛白粉、碳酸钙、氧化锌、活化剂，提高转速到600r/min，研磨分散60min，至粒度小于25μm；

12、(3)继续调整转速至300r/min，加入硅烷偶联剂、聚乙二醇和酸碱中和剂，分散搅拌10min后，即得到产品。

13、进一步地，该复合钛白粉在在涂料、塑料、造纸等行业的应用。

14、相比于现有技术，本发明的优点如下：

15、1)本发明获得的是一种表面覆盖长碳链阴离子表面活性剂的复合钛白粉，该复合钛白粉体表面带有碳氢长链基团、以及偶联剂水解可能产生的醇类基团经过缩合反应形成自聚合基团，并且表面接枝上活性物质，极大地改善了常规钛白粉的耐候性和消色力。

16、2)本发明制备得到的超细活性复合钛白粉可用于塑料行业和涂料行业，特别是pvc型材、pvc扣板这一类塑料以及汽车家电船舶等用涂料。

17、3)本发明的方法在制备过程中的不同阶段还分别使用了有利于各物料成分能充分、快速反应的活化剂，超分散剂和离子复合剂等成分，使复合钛白粉的性能得到了很大提升。试验结果显示，本发明方法制备的复合钛白粉产品与普通钛白粉的性能指标比较效果很好，表明本发明的复合钛白粉完全可以作为普通钛白粉的优异替代产品，应用于涂料，塑料，造纸等行业，用途范围广泛。同时，由于本发明制备方法的流程简单，工艺稳定，生产效率高，成本低，无污染，有利于实现环保节能型材料的生产和推广。

18、4)本发明生产工艺简单，能耗低，在湿法球磨过程中添加了偶联剂和分散剂，防止粉体出现团聚现象，影响最后产品的白度和遮盖力，导致产品的性能差。

19、5)醇类物质作为极性溶剂进行微量引入可以促使高岭土和钛白粉胶体体系的形成，同时三氧化二铝对钛白粉进行吸附式表面处理有利于颜料的光稳定性，硅烷偶联剂和活化剂的引入能使颜料表面形成电荷吸附形成较厚的包膜层从而作为较强分散剂和防凝聚剂，酰胺化合物和润湿剂与二氧化钛表面发生有机吸附可以防止颜料重新结块，利于分散，从而提高钛白粉的分散性和着色力。

20、6)通过控制酸碱中和剂快速加入的方式、控制反应ph值为5.0-5.5，避免了其他铝形式的形成，使附着在酸式铝层外面的为均匀致密的硅酸铝层，同时还提高了与最外层铝层的结合力。