[发明专利]复合钛白粉的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合钛白粉的生产方法，属于化工领域。

背景技术

钛白粉作为一种白色颜料，具备高遮盖力、高光洁度、高白度和强的耐候性，但由于生产成本较其它白色颜料高许多，以及钛矿资源的日益紧缺，使得其应用受到限制。如何降低钛白粉生产成本成了目前急需研究的课题。

钛白粒子的颜料性能通过光学性能体现，光学性能主要取决于TiO₂粒子的表面性质，因此，TiO₂粒子内核对光学性能几乎没有贡献。如果能使用一种廉价易得的白色材料取代内核，则钛白单位成本将大大降低。复合钛白正是通过采用廉价的非金属矿物作为内核，在其表面包覆一层TiO₂粒子而制得。

目前各国都在研究和探索复合钛白粉（或称钛白粉的代用品），以降低其成本。美国、英国、德国、日本等工业发达国家的科学工作者，从上世纪七十年代就开始从事钛白粉代用品的研究和探索工作,并取得了较大的经济效益。近年来先后开发了以云母、高岭土、滑石、硅灰石、碳酸钙等为核心的复合钛白粉，分别用于化妆品、涂料和造纸等行业，满足中低端市场需求。目前，我国复合钛白粉的研究开发还处于初级阶段，产品性能不佳，一般只能代替钛白粉的10%～30%。

目前国内外复合钛白的生产方法归纳起来有：物理法、化学法和化学物理综合法三种，各种方法具体又可分为多种，由于原理的不同，生产出的复合钛白在质量和成本上有很大差异。

各种具体方法如下所示：

（1）简单机械混合法

这种方法是将TiO₂简单地黏糊在非金属矿微粒表层，这种无序混合性二氧化钛复合颜料，因TiO₂包覆较差，故复合制品只能在一定范围内简单模拟钛白粉的部分性质，使用过程中TiO₂和机体很容易剥离，不能满足涂料等大宗用户的要求，如日本制成的SiO₂复合钛白颜料主要用于合成纤维制品,英国和法国的滑石基复合钛白仅部分用于造纸行业。在中国,将部分煅烧高岭土与钛白粉混合的产品一般只用于涂料。而且该复合制品只能以较低比例替代钛白加以应用，其降低产品成本的效果十分有限。在正常渠道的生产、消费市场应用很少。

（2）强力机械研磨法

作为一种物理法，该技术的代表是俄罗斯高效工艺材料研究院（原苏联国家建委建材中心），该技术实际上是在上述“简单机械混合法”基础上进行了改进，使用高强度机械研磨方法，使两种物质活化后黏结在一起。该公司开发的这项技术以无机内核材料碳酸钙、高岭土等外包钛白的方法生产包核钛白。生产中采用离心振动磨等相关设备和工艺,使内核与钛白之间产生分子间力（范德华力、氢键力和静电引力等),从而相互吸附成为包核钛白。该法的优点是:生产效率高、工艺流程短、节约原材料和能源、没有环境污染，该法生产包核钛白的弊端在于：由于工艺和设备的原因,生产过程中钛白与内核之间相互吸附是不完全的,核与钛白之间的相互吸附不可能达到100%,而是呈概率分布,因此只具有统计学上的意义。所以生产出的复合钛白质量极不稳定,难以被市场和客户接受。由于钛白对内核的包覆仅是物理吸附,其分子间的作用力和静电力较弱,钛白容易从内核的表面脱落。包核钛白在介质中不能承受高剪切力和强挤出力,从而使复合钛白应用性能下降甚至丧失。

（3）粒-粒包覆改性法

该法的典型代表是北京天之岩健康科技有限公司和安徽滁洲格锐矿业公司。其实质是对上述“强力机械研磨法”的较深层次改进。

该法以碳酸钙、高岭土、煅烧高岭土和重晶石等白色矿物粉体为包核基体，结晶TiO₂(锐钛型和金红石型)为包膜物，采用白色矿物粉体湿法超细研磨和白色矿物粉体与结晶TiO₂湿法共混研磨途径，通过固体颗粒的分割细化、表面羟基化改造和机械力化学效应导致的粒-粒包覆改性反应等方式制备而成。白色矿物粉体-TiO₂复合白色颜料的细度达到小于2μm含量90％～94％，各组分按重量的组成比为：白色矿物粉体(碳酸钙或高岭土，或煅烧高岭土，或重晶石)50％-80％，结晶TiO₂(锐钛型或金红石型)20％-50％。