高白度、藍底相鈦白粉的制備及其性能

周 強，齊 飛，陳 樂，李 慶

（安徽金星鈦白（集團）有限公司，安徽馬鞍山 243000）

我國鈦白粉工業(yè)從20世紀末至今一直處于高速發(fā)展階段，鈦白粉的總產量一直處于世界第一的位置，但國內鈦白粉產品質量參差不齊，大部分集中在中檔水平，難以進入國內高檔市場.國內高檔市場長期被國外鈦白粉企業(yè)壟斷，高白度、藍底相等高端商品仍需進口，對于大多數(shù)的鈦白粉生產企業(yè)來說，其產品主要集中在中低端檔次，從長遠發(fā)展來看，我國產品的質量必須有一個大的提升，爭取占領更高市場[1]。

目前，國內在金紅石型鈦白粉的生產工藝以及性能研究上，大都集中在單獨某一段的工藝參數(shù)討論。山東道恩鈦業(yè)有限公司趙蓬勃對鈉、鉀元素含量對鈦白粉底層色相的影響，提出在其余元素不變的情況下，提高鈉元素的含量，可以有效降低底相的SCX，且在氧化鈉0.01%，氧化鉀0.16%時，電鏡粒子表現(xiàn)最優(yōu)[2]。殷紅忠[3]從研磨強度、落窯品的關系以及分散劑的關系等幾個方面，討論了著色底相在后處理的控制。龍蟒佰利聯(lián)的李嬌嬌對油墨用鈦白粉的光澤度進行討論，判斷粒徑對光澤性的影響，粒徑小則分散性能優(yōu)異，反之，光澤度較差[4]。

本文針對高白度藍底相連續(xù)工藝，采用特殊的鹽處理方法，優(yōu)化煅燒條件和表面處理工藝，進一步提升鈦白粉的分散性，得到高白度藍底相金紅石型鈦白粉，并對產品性能進行研究。

1 實驗部分

1.1 實驗原料及儀器

硫酸法水解偏鈦酸，自制；硫酸鋯，硫酸銻，山東鴻遠新材料科技股份有限公司，工業(yè)純；硫酸鋁，山東光坤生物科技有限公司，工業(yè)純；硫酸，偏鋁酸鈉，山東嘉虹化工有限公司，工業(yè)純；三羥基甲基乙烷（TME），三羥甲基丙烷（TMP），上?；萁窕べQ易有限公司，工業(yè)純；六偏磷酸鈉，分析純，國藥集團化學試劑有限公司；市售硫酸法金紅石型鈦白粉R，澧陽實業(yè)（上海）有限公司；去離子水，自制。

恒溫水浴鍋，常州億通分析儀器制造有限公司；馬弗爐，蘇州歐文烘箱制造有限公司；SK-DC 1800超聲波清洗器，張家港市神科超聲電子有限公司；小型高速粉碎機，廣州市旭朗機械設備有限公司；AS50A實驗用氣流粉碎機，上海捷謄粉體設備有限公司；ZP100壓片機，上海天祺制藥機械有限公司；PM-240平磨儀，武漢格萊莫檢測設備有限公司；PHSJ-4F型多功能pH測定儀，上海雷磁設備有限公司；XRD衍射儀，丹東通達科技有限公司；MS2000粒徑測定儀，馬爾文儀器公司；ZESSEVO 18型掃面電子顯微鏡，德國卡爾蔡司公司。

1.2 高白度藍底相鈦白粉的制備工藝

（1）取水解偏鈦酸（TiO2含量100g）于燒瓶中，加入50mL去離子水，超聲分散10min。

（2）依次加入0.2%硫酸鋯和0.15%硫酸銻，超聲分散10min，用壓片機將所得產品壓濾，得到濾餅。

（3）將濾餅置于馬弗爐中煅燒，0.5h內從室溫勻速升溫至420℃，保溫20min；再經過1h勻速升溫至650℃，保溫30min；最后經過0.5h勻速升溫至850℃，保溫30min，煅燒結束得到金紅石鈦白粉粗品A。

（4）制得粗品置入燒瓶中加水稀釋至700g/L，水浴加熱至55℃，調pH至中性，分批加入2.5%偏鋁酸鈉和3.0%硫酸鋁溶液（以Al2O3計），熟化30min。

（5）轉入漏斗進行洗滌至洗滌水電導率80μS/cm以下，得到的產品放入真空干燥箱中干燥。

（6）上述步驟得到的粉料置于氣流粉碎機中有機處理得到最終產品B。

1.3 性能測試

1.3.1 鈦白粉基本性能測試

遮蓋力按照GB/T5211.17—88測試；消色力測試：按照GB/T5211.16—2007測試；電阻率按照GB/T5211.12—2007測試；細度測試：GB/T6753.1—2007。

1.3.2 鈦白粉粒徑測試

在室溫條件下，取0.5g鈦白粉置于400mL燒杯中，加入六偏磷酸鈉3mL以及去離子水200mL輕微攪拌，將燒杯置于超聲機中超聲20min，測試平行數(shù)據(jù)三次，取平均值。

1.3.3 金紅石轉化率測試

將模具及試樣放入衍射儀測試口進行測試。掃描角度范24.5°～28.5°，管電壓30V，管電流20A，掃描方式采用連續(xù)掃描，掃描速度0.02（°）/s。

1.3.4 掃描電子顯微鏡（SEM）測試

取一定量的樣品分散于無水乙醇中，超聲分散10min后，取分散后的樣品滴于銅網上，待樣品干燥后放入電子顯微鏡中進行檢測。

1.3.5 紅外光譜測試

采用KBr壓片法，以傅立葉紅外變換光譜儀對產品表征。

2 結果與討論

2.1 試樣的結構與性能

2.1.1 FTIR紅外光譜分析

圖1所示為金紅石型鈦白粉粗品A和成品B的紅外光譜分析圖，由圖可見樣品A和樣品B在3 417cm-1處均出現(xiàn)—OH基團的伸縮振動峰和H—O—H的彎曲振動峰[5]，這是由于金紅石型鈦白粉表面含有大量的羥基，同時伴隨著少量水分的引入，由于相對的鋁包膜含量較少，對表面羥基吸收峰影響不大；同時觀察到B在1 600cm-1附近出現(xiàn)了吸收峰，在562cm-1處也有一個微弱的吸收峰，這是由于氧化鋁包覆在鈦白粉表面，形成了金屬鍵。

圖1 樣品A和樣品B的紅外光譜

2.1.2 SEM分析

圖2為樣品A和樣品B的SEM圖，從圖2看出，樣品A表面沒有包覆任何物質，即沒有在顆粒表面成膜，且鈦白粉顆粒周圍有很多絮狀物質；樣品B顆粒表面較為光滑，說明表面包覆均勻，分散性更好，表面包覆了均勻且致密的氧化膜[6-7]。

圖2 樣品A和樣品B的SEM圖

2.1.3 XRD分析

為了進一步分析對比樣品A和樣品B的晶體結構和物相分析，對樣品進行XRD分析，從圖3可以看出：在衍射角2θ為27.4°、35.5°、42°、55°和68°處均有衍射峰，這是金紅石型鈦白粉晶相的特征衍射峰，說明樣品A和B均為單一結構的金紅石型鈦白粉。經對比并未發(fā)現(xiàn)氧化鋁的衍射峰，這是因為經過高溫退火處理的氧化鋁具有結晶峰，未經過退火處理的氧化鋁在衍射角范圍內為一水平線，同時也說明氧化鋁包覆對金紅石型鈦白粉晶型未產生影響，這也進一步說明包覆前后產物晶型的對稱性良好、晶相單一、結構規(guī)整[8-9]。

圖3 樣品A和樣品B的XRD譜圖

2.1.4 鈦白粉粒徑分析

圖4為樣品A和樣品B的粒徑分布圖，表1為樣品A和樣品B 的粒徑數(shù)據(jù)。由圖4可以看出，樣品B相較于樣品A左移且峰的范圍更為集中，從表1可以看出，樣品B較樣品A在D10、D50、D99表現(xiàn)上都有較大的提升，且在鈦白粉性能表現(xiàn)最佳的0.2,～0.6μm，樣品A在62.76%，樣品B在85.17%，說明經過表面處理的鈦白粉粒徑表現(xiàn)得到改善，整體性能表現(xiàn)得到提升[10-11]。

圖4 樣品A和樣品B的粒徑分布圖

表1 樣品A和樣品B的粒徑數(shù)據(jù)

2.2 產品基本性能評價

表2為樣品B和市場上在售的硫酸法金紅石型鈦白粉R基本性能的數(shù)據(jù)對比，圖5是兩種鈦白粉的b*和TCS值隨時間變化的趨勢圖，綜合圖表來看，樣品B 在白度、消色力以及遮蓋力等性能上優(yōu)于市售鈦白粉R，同時綜合圖5可以發(fā)現(xiàn)隨著時間的變化，樣品B的消色力和b*值的變化較小，說明樣品B的鈦白粉更加穩(wěn)定，結合粒徑表現(xiàn)來看，樣品B 的總體性能符合高白度工藝要求，可以應用于生產。

表2 樣品B與市售硫酸法鈦白粉的基本性能比較

圖5 樣品R1和樣品C的b*和TCS隨時間變化趨勢圖

2.3 刮板宏觀形貌

圖6為樣品B和樣品R 的刮板宏觀形貌，可以明顯看出右側R的刮板顏色要深于左側的樣品B，這是由于樣品B較樣品R粒徑表現(xiàn)更好，對鈦白粉來說，粒徑的表現(xiàn)極大地影響了鈦白粉底相顏色的表達，可以看出樣品B的底層色相顯現(xiàn)出較為明顯的藍色。

圖6 樣品B（左）與樣品R刮板宏觀形貌

3 結論

制備出一種高白度藍底相金紅石型鈦白粉，并對其基本結構進行了測試和分析，確定在鈦白粉表面形成了一道致密且均勻的氧化膜，樣品B較樣品A有著更好的粒徑表達；通過將樣品B與樣品R的基本性能對比發(fā)現(xiàn)，樣品B具有更好的白度和消色力，且底層色相顯現(xiàn)出藍色，綜合來看，樣品B符合高白度藍底相的產品要求。