多元复合包膜钛白粉及其制备方法与流程

本技术涉及化工领域，具体地说，涉及钛白粉的，更具体地说，它涉及一种多元复合包膜钛白粉及其制备方法。

背景技术：

1、钛白粉是性能最好的白色颜料，同时也是重要的化工原料，因其优良的化学性能、稳定的化学性能、高折射率以及良好的遮盖力等特点，被广泛应用于涂料、塑料、造纸、油墨等领域。然而钛白粉，尤其是金红石型钛白粉是一种具有光活性的半导体材料，在光照下ti4+易被还原为ti3+并释放氧化性极强的活性氧物质，从而使与之接触的有机成分降解，导致相关产品如涂料涂层发生变色、粉化和失光等现象，即耐候性变差，严重影响了涂层的性能和使用寿命。为了解决此问题，人们通常在钛白粉的工业生产过程中，对初生的钛白粉，即初品二氧化钛进行后处理，在其表面包覆一层惰性的无机氧化物薄膜以降低钛白粉自身的光催化活性，从而提高钛白粉的耐候性。

2、但是，受到包膜工艺的技术限制，现有的户外耐候型钛白粉多为二元复合包膜、中低包覆量的通用型钛白粉产品。这种通用型钛白粉产品无法满足高性能涂料所需的高耐候等性能指标要求，从而导致最终制得的涂料在户外应用中各项性能指标均较差。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本技术提供一种多元复合包膜钛白粉及其制备方法。

2、第一方面，本技术提供的一种多元复合包膜钛白粉的制备方法，采用如下的技术方案：

3、一种多元复合包膜钛白粉的制备方法，包括以下步骤：

4、s1.将二氧化钛浆料与硅酸盐溶液搅拌分散得到混合浆料，所述二氧化钛浆料的温度为65-75℃，质量浓度为22-25％，ph值为9.0-11.0，所述硅酸盐溶液的加入量以sio2计占tio2质量的3.5-3.8％，然后控制混合浆料的温度为74-78℃，边搅拌边在180-200min内先用无机酸溶液调节并控制混合浆料的ph值为8.8-9.0，完成第一层致密硅膜沉积，随后在90-100min内再用无机酸溶液调节并控制混合浆料的ph值为7.5-7.8，完成第二层致密硅膜沉积，之后搅拌熟化100-110min；

5、s2.控制混合浆料的温度为58-62℃，边搅拌边在200-220min内连续加入锆酸盐溶液，同时用碱溶液控制混合浆料的ph值为9.3-9.5，完成致密锆膜沉积，所述锆酸盐溶液的加入量以zro2计占tio2质量的0.6-0.7％，之后搅拌熟化60min；

6、s3.继续调节控制混合浆料的温度为60-67℃，边搅拌边在90-110min内连续加入偏铝酸盐溶液，所述偏铝酸盐溶液的加入量以al2o3计占tio2质量的2.0-2.5％，同时用无机酸溶液控制混合浆料的ph值为8.9-9.5，所述无机酸溶液以逆流方式加入，之后搅拌熟化50min；

7、s4.继续调节控制混合浆料的温度为48-55℃，边搅拌边在45-60min内连续加入偏铝酸盐溶液，所述偏铝酸盐溶液的加入量以al2o3计占tio2质量的1.2-1.5％，同时用硫酸铝溶液控制混合浆料的ph值为7.2-7.8，所述硫酸铝溶液以顺流方式加入，之后搅拌熟化50min；

8、s5.调节混合浆料的终点ph值为7.0-7.2，并继续搅拌熟化90-100min，然后经过均质，过滤，洗涤，脱水，干燥，粉碎及有机处理，得到多元复合包膜钛白粉。

9、通过采用上述技术方案，本技术根据不同包膜过程的浆料状态、ph调控速率、温度和搅拌分散条件，优化了包膜过程的各项参数，实现了多元硅膜、锆膜以及铝膜的复合叠加，在初品二氧化钛表面形成了致密的氧化硅膜层、致密的氧化锆膜层、以及致密与疏松相结合的氧化铝膜层，在保持了初品二氧化钛优异的光学性能指标的基础上，极大程度的提升了钛白粉的耐候性能，满足了船舶、桥梁、太阳能、风电等高耐候、新兴环保领域涂料的发展需要。

10、其中，分两次调节不同ph值范围沉积得到的硅膜致密程度高，能够大幅度增加钛白粉的耐候性能，并在其表面再包覆致密的氧化锆薄膜能够进一步提升钛白粉的光泽度和耐光性能，并进一步增强钛白粉的耐候性能，继续包覆不同形态的二层氧化铝薄膜可以进一步提高钛白粉的光泽度、体系分散的稳定性，促进钛白粉整体耐候性能指标的稳定，并有利于后续产品的过滤和洗涤。根据本领域的公知常识及现有技术，本领域技术人员应用中可将包硅膜和锆膜的顺序进行常规调换，即先包覆一层致密锆膜，再包覆二层致密硅膜，最后包覆二层铝膜。本技术通过采用上述三种包膜物质并设计了膜层优化组合，能有效堵塞二氧化钛晶格缺陷，实现多层物质叠加的屏蔽效应，不仅改善了其光学性能指标，还使得最终制得的钛白粉产品又具有很高的耐候和抗粉化性能。

11、具体地说，本技术在包膜前，调节搅拌器转速为60-70r/min，用碱液将二氧化钛浆料在ph值9.0-11.0范围良好分散，并加入脱盐水降低二氧化钛浆料的质量浓度为22-25％，有利于降低包膜速率，经过搅拌分散30-40min后，将二氧化钛浆料加热升温至65-75℃。

12、进一步地，本技术调节搅拌器转速为65-70r/min，调节二氧化钛浆液的ph值至10.5-11.0，将二氧化钛浆料加热升温至68-72℃，以便充分分散二氧化钛颗粒，同时控制二氧化钛质量浓度为22-23％，较低的浓度有利于提高后续包膜的硅膜致密程度。

13、在本技术的包覆硅膜的步骤中，硅酸盐溶液采用硅酸钠溶液，其浓度以sio2计为150-180g/l。进一步地，所述硅酸钠溶液浓度以sio2计为170g/l。本技术将硅酸钠溶液一次性快速加入二氧化钛浆料中并充分分散30-40min，便于后续包覆致密的氧化硅薄膜。进一步地，本技术将硅酸钠溶液以sio2计占tio2质量的3.6％的加入量加入二氧化钛浆料中。

14、由于较高的温度更有利于形成致密的膜层，但是考虑综合能耗和包覆效果等方面，本技术进一步控制混合浆料的温度为74℃，在50-55r/min的转速下通过用无机酸溶液分二阶段调节控制ph值进行致密硅膜沉积。其中，所述无机酸溶液采用盐酸，其质量浓度为9-11％。进一步地，本技术将转速调节至55r/min。

15、在本技术的包覆锆膜的步骤中，锆酸盐溶液采用硫酸锆溶液，其浓度以zro2计为165-175g/l。本技术在60-65r/min的转速下将锆酸盐溶液在一定的时间内缓慢均匀的加入混合浆料中，较长的沉积时间更有利于形成致密的锆膜。进一步地，本技术将转速调节至65r/min，混合浆料的温度控制在60℃，沉积时间设定为210min，锆酸盐溶液的加入量以zro2计占tio2质量的0.62％。

16、在本技术的包覆铝膜的步骤中，由于先沉积氧化锆薄膜再沉积氧化铝薄膜，会使得沉积氧化铝薄膜时出现浆料假稠的现象，导致粒子团聚，因此本技术调节搅拌器转速为55-65r/min，优选为60-65r/min，强化搅拌能力，增强粒子的分散性。在上述搅拌条件下，本技术将偏铝酸盐溶液在一定时间内缓慢均匀加入混合浆料中，该偏铝酸盐溶液采用偏铝酸钠溶液，其浓度以al2o3计为145-170g/l，进一步地，选用浓度为以al2o3计为150-170g/l的偏铝酸钠溶液。该步骤中，无机酸溶液为硫酸溶液，其质量浓度为10％。本技术将硫酸溶液以逆流的方式加入混合浆料中(即与混合浆料搅拌方向相反的方向加入)，能够形成一层更为致密的氧化铝薄膜。进一步地，本技术控制混合浆料的温度为63-67℃，沉积时间为105-110min，偏铝酸钠溶液的加入量以al2o3计占tio2质量的2.2-2.3％。

17、为了进一步提高产品整体结构的稳定性，使得钛白粉更容易进行后续的其他加工与应用，例如接枝改性等，本技术在致密的氧化铝薄膜上还沉积了一层相对疏松的氧化铝薄膜。调节转速到50-58r/min，在较短的时间内快速均匀地加入偏铝酸钠溶液，该偏铝酸钠溶液的浓度以al2o3计为175-200g/l，进一步地，选用浓度为以al2o3计为180-185g/l的偏铝酸钠溶液。在该步骤中，本技术通过顺流的方式加入硫酸铝溶液调节ph值，以便完成疏松氧化铝薄膜的沉积。进一步地，本技术调节转速为52-58r/min，控制混合浆料的温度为48-54℃，沉积时间为45-55min，偏铝酸钠溶液的加入量以al2o3计占tio2质量的1.35-1.5％，同时用硫酸铝溶液调节ph值为7.2-7.3。

18、优选的，所述步骤s1中，二氧化钛浆料的制备方法包括以下步骤：

19、将初品二氧化钛用脱盐水制浆，得到二氧化钛质量浓度为33-35％的浆料，然后调节浆料ph值为9.5，随后加入分散剂搅拌分散，之后先经过筛分去除45μm以上的硬颗粒，再经过研磨，最后通过旋流分级处理去除5μm以上的大颗粒，得到二氧化钛浆料。

20、通过采用上述技术方案，本技术将初品二氧化钛通过脱盐水制浆并加入分散剂分散后，依次经过振动筛的组合筛分、砂磨机的研磨和旋流分级器的分流，最大限度研磨并打开团聚体，剔除大颗粒，使初品二氧化钛具备良好的光学性能指标基础。

21、优选的，所述初品二氧化钛的cbu指标为11-13。

22、通过上述技术方案，本技术控制初品二氧化钛的cbu指标(cbu是炭黑底色，其代表二氧化钛粒子特性的综合指标)，能够使最终制得的钛白粉具备较高遮盖力所需中性色调的指标基础。本技术的初品二氧化钛由氯化法生产工艺制备，并因为氯化法金红石型钛白粉光学性能指标更好，故用此作为基础原料。

23、可选的，所述分散剂为硅酸钠、六偏磷酸钠、柠檬酸和山梨酸中的一种。

24、本技术选用柠檬酸作为分散剂，其加入量为浆料中柠檬酸含量占tio2质量分数的0.3-0.35％，充分搅拌30-35min。

25、优选的，所述筛分过程为：依次经过100目筛、200目筛和325目筛。

26、通过上述技术方案，本技术采用100目/200目/325目组合振动筛先分离45μm以上的较大硬颗粒，充分剔除了氯化法工艺的氧化反应中高温导致少量二氧化钛物料烧结而产生的相对较大的硬颗粒。并且本技术采用不同规格的组合筛网，能够适应二氧化钛浆料的特性，降低了实际生产中筛网被堵塞的可能性。

27、优选的，所述步骤s5中，粉碎时加入绿色有机处理剂进行有机处理，所述绿色有机处理剂的加入量为干燥后产物中含碳量的0.25-0.6％。

28、可选的，所述绿色有机处理剂为双亲类多元醇和/或有机硅分散助剂。

29、可选的，所述绿色有机处理剂采用三羟甲基乙烷、乙二醇、二甲基硅油、钛酸酯偶联剂、二羟甲基丙酸中的一种或多种。

30、优选的，所述绿色有机处理剂采用三羟甲基乙烷和二羟甲基丙酸的混合物。

31、通过上述技术方案，本技术在高温高压汽流粉碎时加入双亲类绿色有机处理剂进行绿色有机复合包膜，能够增强钛白粉在水性涂料和油性涂料中的相容性和分散性，从而使钛白粉能够充分发挥其颜料作用，提高涂料产品的耐候和抗粉化性能。

32、本技术的双亲类绿色有机处理剂的加入方式在汽粉机出料口的位置，采用气体雾化连续定量与研磨后的物料同时加入，能够保证绿色有机处理剂均匀稳定的分布在钛白粉表面。

33、本技术进一步选用三羟甲基乙烷和二羟甲基丙酸混合搭配使用，能够进一步改善钛白粉的分散性并提高钛白粉的光泽度。

34、第二方面，本技术提供一种由上述制备方法制得的多元复合包膜钛白粉。

35、综上所述，本技术具有以下有益技术效果：

36、1.本技术通过采用硅、锆、铝三种包膜物质，设计了膜层组合，并根据不同包膜过程的浆料状态、ph调控速率、温度和搅拌分散条件，优化了包膜过程的各项参数需要，使得本技术制得的钛白粉表面包覆有致密的氧化硅膜层、致密的氧化锆膜层、以及致密与疏松相结合的氧化铝膜层，相比于现有的二元复合包膜、中低包覆量的通用型钛白粉产品，本技术的钛白粉在光学性能指标以及耐候性能方面具有显著的提升，能够满足船舶、桥梁、太阳能、风电等高耐候、新兴环保领域涂料的发展需要；

37、2.本技术控制了初品二氧化钛的cbu指标，并将符合cbu指标要求的初品二氧化钛通过脱盐水制浆并加入分散剂分散后，依次经过振动筛的组合筛分、砂磨机的研磨和旋流分级器的分流，最大限度研磨并打开团聚体，剔除大颗粒，提高了初品二氧化钛的光学性能指标基础；3.本技术在高温高压汽流粉碎时加入双亲类绿色有机处理剂进行绿色有机复合包膜，能够增强钛白粉在水性涂料和油性涂料中的相容性和分散性，从而使钛白粉能够充分发挥其颜料作用，提高涂料产品的耐候和抗粉化性能。