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專業知識
鈦白的后處理
* 來源: 河北麥森 * 作者: * 發表時間: 2017-01-21 16:44:12

  作為一種白色顏料,鈦白固然有優良的光學和某些顏料特性,但未經表面處理的原始鈦白顆粒,如直接用于制漆,尚存在一定的缺陷。例如,它在很多涂料介質中不能很好地分散;制成的漆膜不 耐日曬雨淋,容易失光、泛色、粉化等等。要克服這些缺陷,就需要經過一系列的粒度分級和表面 改性處理,稱為后處理。通過后處理,還能改善它的底色、著色力、遮蓋力和不透明度,并提高化 學穩定性。對某些需要具有特殊性質的產品,例如化纖消光用鈦白,應防止它使纖維產生對光和熱 的敏感性,也要通過后處理來解決。

  鈦白的后處理中最重要的工序是表面處理---包膜,這里主要介紹表面處理工藝。 要提高鈦白的耐候性和在各種介質中的分散性,并使它具有優良的顏料性能,表面處理是常用的也是最用效的方法。所謂表面處理,就是在顆粒表面“包覆”一層特殊的“膜”。近年來,各國為了改善產品性能,發展符合特殊要求的不同品種,對表面處理進行了大量的研究,創造了很多方法。

  表面處理的方法: 按照處理劑類型的不同,表面處理分無機包膜和有機包膜兩大類。一般地說,無機包膜是在鈦白顆粒表面沉積一層金屬的氫氧化物或水合氧化物,以降低光化學活性,提高耐候性。有機包膜即 表面活性處理,主要目的是改進鈦白在不同介質中的分散性。

  按照處理工藝,表面處理分濕法和干法兩種。濕法在水介質中進行,適用于無機包膜,又分煮 沸法、中和法和碳化法三種。煮沸法是在強烈沸騰下使處理劑水解而沉淀在鈦白顆粒上。此法適應 性差,水解不易徹底,過程較慢,不易控制,故不常采用。中和法是在漿液中加入酸性(或堿性) 包膜劑,再以堿(或酸)中和,使處理劑沉淀出來。碳化法是在含包膜劑的堿性鈦白漿液中通入二氧化碳使處理劑沉淀,據稱用此法使硅鋁共沉淀形成的膜比中和法更均勻,因為此法反應緩慢,接 觸面亦大,反應式如下

  Na2O·mAl2O3+CO2+nH2O=mAl2O3·nH2O+Na2CO3 Na2O·mSiO2+CO2+nH2O=mSiO2·H2O+Na2CO3

  干法后處理是一種新工藝,是在氣流載帶下用噴霧方法使鈦白顆粒表面吸附一種金屬鹵化(如 AlCl3、ZnCl2、ZrCl4 或 TiCl4 ),再在含氧氣體存在下焙燒使其氧化成氧化物,或在過熱蒸氣等含水 氣體存在下使其水解。此法對有機包膜尤為適宜,因為有機處理劑往往也是一種粉碎助劑。

  A、 無機包膜

  鈦白顆粒表面以鋁或硅的氧化物包覆后能減少漆膜的黃變和粉化現象,這是很早便已發現了的。

  這兩類化合物也是至今仍用得最多的包膜劑。經過后處理,人們發現鈦白的比表面積大為增加,有 的能增加一倍。

  對于所包的膜的物理狀態,也應由性能要求的不同而不同。例如:如果主要目的是提高耐候性,其膜應薄而致密,呈表皮狀,這樣能使鈦白與油料間循環不息的光氧化還原反應抑止到最大限度。 當用于制造平光乳膠漆時,則應處理成海綿狀的不規則的膜,這樣由于顏料顆粒間隔而留有氣孔, 入射光穿過顏料——空氣界面的折光指數差(2.76~1.06)大于顏料——漆料界面的折光指數差(2.76~1.50),光散射力大為增強,從而提高了涂料的不透明度。 最常用的包膜劑仍然是鋁和硅的化合物,使用時加入可溶性鋁或硅鹽的水溶液,再在一定條件下使它水解,沉淀出氫氧化物,包覆在鈦白顆粒表面。

  (1)鋁包膜

  常用的是硫酸鋁,當以堿中和時,它即水解為氫氧化物或它的聚合物[HO-Al-O]y 的沉淀,式中 y>=2,其反應式為Al2(SO4)3+6NaOH+(x-3)H2O=Al2O3·xH2O+3Na2SO4也可采用氯化鋁和溴化鋁。

  包膜劑的用量,以 Al2O3 計,一般為鈦白重量的 0.5-5%,可將它的溶液(含 Al2O3 40~100 克/升) 加入分散好的鈦白漿液中,攪勻后以堿或酸中和,堿酸不宜太濃,緩慢而均勻地進行中和。當采用 硫酸鋁時,為了保持鈦白均勻分散,可同時加堿保持漿液 pH 為 8.5-11,最后再調節至中性使鋁鹽 完全溶解。處理的溫度,有用常溫的,但一般控制在 50-80 攝氏度,使生成的膜結構致密,也有加溫至近 100 攝氏度。對反應速度,一般地說,速度快則生成海綿狀膜,使產品遮蓋力高,但吸油量也 高。如欲得均勻致密的膜,常使中和反應緩慢地延續至數小時。

  理論研究表明,包覆的氧化鋁約有 50~80%是以 AlO(OH)形式存在,而其余為無定形水溶膠的形式。

  (2)硅包膜

  常用的有硅酸鈉、硅的鹵素化合物、醋酸硅或一些有機硅化合物,經過水解,成為 Si(OH)4 、 SiO(OH)2 等。處理劑的用量,以 SiO2 計應為 1-10%。最近硅包膜通過生成“活性硅”形成一層致密 的無定形水合氧化硅的表皮狀膜,大大提高了產品的耐候性。

  (3)其他包膜

   
為了提高包膜處理的效果,常?梢酝瑫r使用二種或多種包膜劑。這種復合包膜的方法分混合包膜和多次包膜兩種;旌习び址Q共沉淀包膜,是通過中和反應使二種或多種處理劑同時沉淀出 來;多次包膜是在不同條件下,將處理劑一層層地分次包覆。所用處理劑除鋁硅外,常用的有鈦、 鋯、鋅等的化合物。前面談的先在堿性條件下包覆致密表皮狀氧化硅膜,然后再在酸性條件下沉氧 化鋁,就是一種典型的兩此包膜。有關復合包膜工藝,國外曾有大量研究,提出了很多方法,包括 不同處理劑種類,不同配比和不同使用條件。在此不一一詳述。

  B、 有機包膜

    有關包膜的目的,主要是改進鈦白在各種介質中的分散性能,其機理是改變鈦白的表面性質。

  有機處理劑和鈦白顆粒表面的連接主要有二種方式,一種是物理吸附,另一種方式是化學吸附,即 它與鈦白表面的羥基反應而連接起來,使鈦白變為憎水而親油。

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