一种造纸用纳米TiO2/硅灰石复合物的制备方法与流程

本发明属于无机合成技术领域，特别是涉及到一种造纸用纳米tio2/硅灰石复合物的制备方法。

背景技术：

tio2具有高白度、高折光度、高遮盖力等特点，是一种具有很高光学性能的颜料，在造纸领域具有重要作用。将tio2应用于纸张中不但可以增强纸张的物理强度，还能够提高纸张的白度、不透明度，增强纸张的柔软度，是一种高级的造纸填料，但由于钛白粉价格昂贵，其仅在高级纸张中使用。为此人们试图寻找钛白粉的替代产品。而硅灰石属于一种呈纤维状、针状、板状的偏硅酸盐，其特殊的晶体形态和结构决定了其性质。硅灰石具有良好的绝缘性，同时具有很高的白度、良好的介电性能和较高的耐热、耐候性能，其广泛地应用于造纸领域。纳米tio2颗粒比表面积大，易团聚，在纸张中不易分散；微米级硅灰石颗粒不易团聚，但对纸张的改性效果差。将两者的优点结合起来，既能获得好的改性效果，又能解决分散问题。因此在硅灰石表面均匀包覆一层纳米tio2的复合物产品应运而生。考察金红石型纳米tio2包覆硅灰石的复合物的各方面参数，其是否符合金红石型二氧化钛的性能要求对于复合物在纸张中的应用尤其重要。

目前关于tio2/硅灰石复合物合成的相关专利尚未查到，只有在少量的文献当中有相关报道。吉林大学的杨少凤、王子忱等采用化学组装的方式预制备tio2/硅灰石复合体前驱体，后经煅烧形成了锐钛矿或者金红石型的复合体结构。中国矿业大学材料学院的丁家伟、耿德英、丁刚报道了金红石型二氧化钛包覆硅灰石的工艺研究。以sno2为成核剂，ticl4为钛源，制备出了二氧化钛包覆硅灰石的复合颗粒，通过500℃焙烧，包覆层的晶型更加完整。但是上述两种方法操作流程复杂，采用前驱体水解和煅烧工艺成本较高，不适于工业化应用。

因此现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决这一问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种造纸用纳米tio2/硅灰石复合物的制备方法用来解决现有技术中制备二氧化钛包覆硅灰石的复合颗粒时纳米金红石型二氧化钛在包覆时容易团聚且包覆效果不佳；采用前驱体水解和煅烧工艺制备二氧化钛包覆硅灰石的复合颗粒成本较高不适于工业化应用的技术问题。

一种造纸用纳米tio2/硅灰石复合物的制备方法，其特征是：包括以下步骤，并且以下步骤顺次进行，

步骤一、分别称取硅灰石和蒸馏水，将二者混合获得质量分数为10％的硅灰石浆液；

步骤二、将步骤一中获得的硅灰石浆液用200目筛网过滤，获得的滤液中依次加入商品级金红石型二氧化钛、分散剂peg以及氢氧化钠，30～80℃水浴搅拌1小时；

步骤三、将步骤二中水浴搅拌后的浆液转移至石英玻璃碳化管中，50℃水浴条件下通入空气和co2体积比为2:1的混合气体至浆液的ph＝7，得到白色浆液；

步骤四、将步骤三中的白色浆液真空抽滤后放置于80℃烘箱中烘干12h，获得造纸用纳米tio2/硅灰石复合物。

所述步骤二中商品级金红石型二氧化钛的添加量为硅灰石质量的5％～20％。

所述商品级金红石型二氧化钛粒径为200nm～300nm。

所述步骤二中分散剂peg的添加量与硅灰石的质量比为1:3000。

所述步骤二中氢氧化钠的添加量与硅灰石的质量比为1:6。

所述分散剂peg为peg-400、peg-1000或peg-6000。

通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：

本发明公开了一种尚未报道过的新方法，成功合成了一种包覆均匀，各方面性质达标的纳米tio2/硅灰石复合物新产品。

利用本发明制备方法所获得的复合物产品是板状结构，具有白度高，包覆均匀，耐候性好的特点。将所得的复合物产品用作造纸填料时,纸张的各项性能均与二氧化钛作为填料时相近。

本发明的生产工艺简单,可控制通入气体的速率和二氧化钛的添加量,从而可以调整二氧化钛颗粒的尺寸和硅灰石的包覆率,且硅灰石表面包覆均匀,产量高,反应条件温和，易于实现工业化生产。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明：

图1为本发明实施例2中的tio2/硅灰石复合物的扫描电镜图片。

图2为天然硅灰石的扫描电镜图。

图3为金红石型tio2的扫描电镜图。

图4为天然硅灰石、金红石型tio2和实施例4的tio2/硅灰石复合物的紫外吸收对比图。

具体实施方式

本发明获得的纳米tio2/硅灰石复合物产品，其结构为二氧化钛颗粒均匀包覆在硅灰石表面。本发明采用的具体技术方案为：

将30g硅灰石加入270ml蒸馏水中配制成质量分数为10％的浆液，用200目筛网过滤，加入金红石型二氧化钛的质量为硅灰石质量的5％～20％，0.01g分散剂peg，5g氢氧化钠，50℃水浴搅拌30min，然后将浆液转移至石英玻璃碳化管中，50℃水浴条件下通入空气和co2体积比为2:1的混合气体至ph＝7，最终得到白色浆液，真空抽滤后放置于80℃烘箱中烘干12h即可得到复合物产品。

所述二氧化钛粒径优选200～300nm。

所述分散剂为peg，所用的分散方法为通入co2和空气混合气体在气泡剪切力的作用下保持充分分散。

所述金红石型二氧化钛的添加量为硅灰石质量的5％～20％，反应温度为50℃。

所述反应终点为浆液ph＝7。

优选的，通入的混合气体的最佳流速为300l/h。

优选的，金红石型二氧化钛的添加量为硅灰石质量的20％。

优选的，peg的最佳分子量为1000。

优选的，最佳的反应温度均为50℃。

实施例1

将30g硅灰石加入270ml蒸馏水配制成10％的浆液，用200目筛网过滤，加入1.5g金红石型二氧化钛，0.01g分散剂peg-1000，5g氢氧化钠，50℃水浴搅拌30min，然后将浆液转移至石英玻璃碳化管中，50℃水浴条件下通入空气和co2体积比为2:1的混合气体至ph＝7，得到白色浆液，真空抽滤后放置80℃烘箱中烘干12h即可得到纳米tio2/硅灰石复合物产品。所得产品的白度值为92.2，产率为88.49％。将所得复合物作为纸张的主要填料应用于造纸中，所得纸张的白度为81.3，遮盖力为90.5，撕裂度为16mn。

实施例2

将30g硅灰石加入270ml蒸馏水配制成10％的浆液，用200目筛网过滤，加入3g金红石型二氧化钛，0.01g分散剂peg-1000，5g氢氧化钠，50℃水浴搅拌30min，然后将浆液转移至石英玻璃碳化管中，50℃水浴条件下通入空气和co2体积比为2:1的混合气体至ph＝7，得到白色浆液，真空抽滤后放置80℃烘箱中烘干12h即可得到纳米tio2/硅灰石复合物产品。所得产品的白度值为92.8，产率为90.66％。将所得复合物作为纸张的主要填料应用于造纸中，所得纸张的白度为82.1，遮盖力为91.2，撕裂度为40mn。

实施例3

将30g硅灰石加入270ml蒸馏水配制成10％的浆液，用200目筛网过滤，加入4.5g金红石型二氧化钛，0.01g分散剂peg-1000，5g氢氧化钠，50℃水浴搅拌30min，然后将浆液转移至石英玻璃碳化管中，50℃水浴条件下通入空气和co2体积比为2:1的混合气体至ph＝7，得到白色浆液，真空抽滤后放置80℃烘箱中烘干12h即可得到纳米tio2/硅灰石复合物产品。所得产品的白度值为93.3，产率为91.85％。将所得复合物作为纸张的主要填料应用于造纸中，所得纸张的白度为86.4，遮盖力为91.8，撕裂度为48mn。

实施例4

将30g硅灰石加入270ml蒸馏水配制成10％的浆液，用200目筛网过滤，加入6g金红石型二氧化钛，0.01g分散剂peg-1000，5g氢氧化钠，50℃水浴搅拌30min，然后将浆液转移至石英玻璃碳化管中，50℃水浴条件下通入空气和co2体积比为2:1的混合气体至ph＝7，得到白色浆液，真空抽滤后放置80℃烘箱中烘干12h即可得到纳米tio2/硅灰石复合物产品。所得产品的白度值为94.1，产率为92.58％。将所得复合物作为纸张的主要填料应用于造纸中，所得纸张的白度为88.2，遮盖力为92.6，撕裂度为64mn。

通过实施例1至实施例4可知，当金红石型二氧化钛的添加量为硅灰石质量的20％，通入空气和co2体积比为2:1，反应温度为50℃时，所得的复合物产品包覆效果是最好的，白度和产率也是最好的。

实施例5

将30g硅灰石加入270ml蒸馏水配制成10％的浆液，用200目筛网过滤，加入6g金红石型二氧化钛，0.01g分散剂peg-400，5g氢氧化钠，50℃水浴搅拌30min，然后将浆液转移至石英玻璃碳化管中，50℃水浴条件下通入空气和co2体积比为2:1的混合气体至ph＝7，得到白色浆液，真空抽滤后放置80℃烘箱中烘干12h即可得到纳米tio2/硅灰石复合物产品。所得产品的白度值为93.8，产率为92.27％。将所得复合物作为纸张的主要填料应用于造纸中，所得纸张的白度为87.2，遮盖力为92.0，撕裂度为58mn。

实施例6

将30g硅灰石加入270ml蒸馏水配制成10％的浆液，用200目筛网过滤，加入6g金红石型二氧化钛，0.01g分散剂peg-6000，5g氢氧化钠，50℃水浴搅拌30min，然后将浆液转移至石英玻璃碳化管中，50℃水浴条件下通入空气和co2体积比为2:1的混合气体至ph＝7，得到白色浆液，真空抽滤后放置80℃烘箱中烘干12h即可得到纳米tio2/硅灰石复合物产品。所得产品的白度值为93.4，产率为91.76％。将所得复合物作为纸张的主要填料应用于造纸中，所得纸张的白度为87.8，遮盖力为91.8，撕裂度为60mn。

实施例1～实施例6中的tio2/硅灰石复合物应用于造纸中纸张的各项性质

通过比较以上实施例可知，当金红石型二氧化钛的添加量为硅灰石质量的20％，所用分散剂为peg-1000，通入空气和co2的体积比为2:1，反应温度为50℃时，所得的纳米tio2/硅灰石复合物产品包覆效果是最好的，白度和产率也是最好的。将所得复合物作为纸张的主要填料应用于造纸中，纸张的各项性质得到明显改善。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本领域的普通技术人员来说,可以根据本发明的技术方案和发明构思,做出相应改变和替代,而且性能或用途相同,都应当视为本发明的保护范围。