專利名稱：超細(xì)鈦白粉表面包覆工藝及其反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超細(xì)鈦白粉表面包覆工藝及其反應(yīng)器，屬材料技術(shù)領(lǐng)域。
超細(xì)二氧化鈦顆粒的粒徑通常為0.2～0.4μm。一方面，由于顆粒小比表面積大，顆粒間的凝聚力增強(qiáng)，顆粒易團(tuán)聚，在樹脂中分散性降低。因此，在表面處理前，必須使TiO2漿液中團(tuán)聚的顆粒進(jìn)行分散成單顆粒。目前，國內(nèi)主要的分散設(shè)備是球磨機(jī)，這種分散方法存在以下缺點(diǎn)1、球磨機(jī)由于存在返混，所以，磨出的物料顆粒粒度分布寬，達(dá)不到單分散的要求。2、球磨機(jī)是靠內(nèi)裝砂粒機(jī)械摩擦的方法，由于砂粒和物料(TiO2)接觸摩擦，會帶來污染，降低TiO2的純度。3、目前國內(nèi)的球磨機(jī)耗能大，成本高。另一方面，如果把TiO2粒子直接加入到涂料、油漆中去，則存在耐候性差，抗粉化性低等不良影響。因此，無機(jī)包膜處理的目的是在二氧化鈦的表面上包覆一層保護(hù)膜，使二氧化鈦表面和周圍介質(zhì)之間建立起一道屏障，從而降低二氧化鈦的光化學(xué)活性，有利于提高二氧化鈦的分散性、耐光性、耐候性和抗粉化性。
在美國專利3437502中已有關(guān)于TiO2包膜方法的報(bào)道，其包覆設(shè)備是普通攪拌釜，由于設(shè)備條件和工藝的限制，包膜效果不好，包膜不均勻，有獨(dú)立的SiO2和Al2O3粒子自身成核，具體實(shí)施過程中表現(xiàn)為產(chǎn)品的觸變性大，難過濾，帶干機(jī)生產(chǎn)能力降低，導(dǎo)致成品的各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)不到要求。
本發(fā)明的目的是研制一種超細(xì)鈦白粉表面包覆工藝及其反應(yīng)器，在溶膠一凝膠理論指導(dǎo)下，提出均勻包硅、包鋁的工藝，并與新型高湍流場包膜裝置相配合，使顆粒單分散過程與成膜過程一體化，并使整個工藝操作簡便，能耗低，而且易于工程放大。成品觸變性低，成膜均勻。
本發(fā)明研制的超細(xì)鈦白粉表面包覆工藝，包括以下各步驟(1)在含有10～30％二氧化鈦的水漿液中加入分散劑Na2SiO3，使溶液的pH值為8.0～9.0，攪拌約15～20分鐘，進(jìn)行預(yù)分散；(2)將上述溶液加熱至80℃～90℃，加入0.1～0.5mol/l的硅酸鈉，加入硅酸鈉的化學(xué)計(jì)量為SiO2∶TiO2=0.01～0.02∶1，用10～20％的稀硫酸調(diào)節(jié)溶液的pH值為7.0～8.0，在80℃～90℃下保溫3～4小時，陳化；(3)在上述第二步包硅膜的基礎(chǔ)上，使溶液溫度保持在70℃～80℃，加入0.1mol/l硫酸鋁，加硫酸鋁化學(xué)計(jì)量為Al2O3∶TiO2=0.02～0.04∶1，用0.1mol/l氫氧化鈉，調(diào)節(jié)溶液的pH值為6～7，攪拌10分鐘；
(4)用0.1mol/l～0.2mol/l硫酸鋁調(diào)上述漿液的pH值為7.0，繼續(xù)攪拌2～3小時，過濾，水洗至用鋇鹽檢驗(yàn)無硫酸根離子，最后，在110℃～120℃下干燥4～5小時，即得到用氧化硅和氧化鋁包膜的超細(xì)鈦白粉。
本發(fā)明設(shè)計(jì)了專門用于制備上述超細(xì)鈦白粉的反應(yīng)器，反應(yīng)器的上部設(shè)有進(jìn)料口，下部設(shè)有出料口，反應(yīng)器的兩側(cè)壁上裝有噴嘴，噴嘴的進(jìn)口端為錐形，出口端為柱形，上部進(jìn)料口與噴嘴的出口端相通，噴嘴的進(jìn)料口錐角α為13°～14°，出口端直徑d與出口端圓柱長L1的比例為d∶L1=1∶2.5～3，出口端柱長L1與進(jìn)口端錐長L2的比例為L1∶L2=1∶2～4。
本發(fā)明提出的包覆工藝，在二氧化鈦的表面包覆一層保護(hù)膜，使二氧化鈦的表面和它周圍的介質(zhì)之間建立起一道屏障，從而降低二氧化鈦的光化學(xué)活性。再包上一層Al2O3膜后，形成硅鋁二元包膜，而且本工藝實(shí)現(xiàn)了成膜包覆而不出現(xiàn)成核包膜。
本發(fā)明還設(shè)計(jì)了專用的反應(yīng)器，將反應(yīng)器物料進(jìn)口設(shè)計(jì)成噴嘴形式，通過噴嘴內(nèi)孔橫截面的收縮，將壓力能聚集起來，并轉(zhuǎn)化為動能，最后以高速射流的形式向外噴出，用以對物料進(jìn)行分散或破碎，以生成均勻、致密的無機(jī)膜，并控制膜厚，降低產(chǎn)品的觸變性，易過濾，因而大大提高了鈦白粉在油漆中的抗粉化性和耐候性。


圖1是本發(fā)明設(shè)計(jì)的反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2(a)、(b)、(c)、(d)為本發(fā)明制備樣品的電鏡照片。
下面結(jié)合附圖，詳細(xì)介紹本發(fā)明的內(nèi)容。
圖1中，1是反應(yīng)器，2和5是噴嘴，3和4是進(jìn)料口，6是出料口。
如圖1所示，本發(fā)明設(shè)計(jì)了專門用于制備上述超細(xì)鈦白粉的反應(yīng)器，反應(yīng)器的上部設(shè)有進(jìn)料口3和4，下部設(shè)有出料口6，反應(yīng)器的兩側(cè)壁上裝有噴嘴2和5，噴嘴的進(jìn)口端為錐形，出口端為柱形，上部進(jìn)料口與噴嘴的出口端相通，噴嘴的進(jìn)料口錐角α為13°～14°，出口端直徑d與出口端圓柱長L1的比例為d∶L1=1∶2.5～3，出口端柱長L1與進(jìn)口端錐長L2的比例為L1∶L2=1∶2～4。反應(yīng)器的機(jī)理是利用噴嘴2和5的高湍流場，使包膜劑在成膜之前能快速進(jìn)行微觀混合，產(chǎn)生一個均勻的濃度分布，然后均勻地在TiO2表面生長。物料TiO2和H2O用泵從噴嘴2,5對噴，同時成膜劑(包硅時為Na2SiO3和H2SO4，包鋁時為NaOH和Al2(SO4)3)分別經(jīng)進(jìn)料口3,4進(jìn)入噴嘴前端一起進(jìn)入反應(yīng)器。在撞擊腔中混合后從出料口6轉(zhuǎn)入陳化罐，進(jìn)行下一步的工作。
下面介紹本發(fā)明的實(shí)施例。
實(shí)施例1 在含有15％二氧化鈦的漿液中加入分散劑硅酸鈉，調(diào)節(jié)溶液的pH值至8，攪拌進(jìn)行預(yù)分散，加熱至85℃，硅酸鈉的化學(xué)計(jì)量控制在SiO2/TiO2=2％，用10％稀硫酸調(diào)溶液的pH值至8，陳化，完成包硅膜。在包硅膜的基礎(chǔ)上，維持溫度在80℃，同時加入0.1mol/l的硫酸鋁和20％的氫氧化鈉，硫酸鋁的化學(xué)計(jì)量控制在Al2O3/TiO2=2％，用氫氧化鈉調(diào)pH值，維持在pH=8，用硫酸鋁調(diào)漿液的pH至7.0，陳化，水洗至無SO42-，用鋇鹽檢驗(yàn)，過濾，120℃干燥，得到硅鋁二元包膜的二氧化鈦。所得樣品是均勻、致密的膜。TEM照片見圖4(a)，表面成分分析見表1。
實(shí)施例2 實(shí)驗(yàn)方法同實(shí)施1。改變包硅膜的酸度，調(diào)節(jié)溶液的pH至8.5進(jìn)行預(yù)分散，并且在該酸度下進(jìn)行包硅膜。所得樣品是海棉狀的疏松膜，TEM照片見圖4(b)，表面成分分析見表1。
實(shí)施例3 實(shí)驗(yàn)方法同實(shí)施例1。改變成膜酸度。包硅膜時的pH=7條件下進(jìn)行包硅膜。所得樣品是成核包覆，而不是成膜包覆。TEM照片見圖4(c)，表面成分分析表1。
實(shí)施例4 實(shí)驗(yàn)方法同實(shí)施例1。改變成膜劑的用量。SiO2/TiO2=1～1.6％，Al2O3/TiO2=2％所得樣品的TEM見圖4(d)，表面成分分析見表1。
權(quán)利要求
1.一種超細(xì)鈦白粉表面包覆工藝，其特征在于，該工藝包括以下各步驟(1)在含有10～30％二氧化鈦的水漿液中加入分散劑Na2SiO3，使溶液的pH值為8.0～9.0，攪拌約15～20分鐘，進(jìn)行預(yù)分散；(2)將上述溶液加熱至80℃～90℃，加入0.1～0.5mol/l的硅酸鈉，加入硅酸鈉的化學(xué)計(jì)量為SiO2∶TiO2=0.01～0.02∶1，用10～20％的稀硫酸調(diào)節(jié)溶液的pH值為7.0～8.0，在80℃～90℃下保溫3～4小時，陳化；(3)在上述第二步包硅膜的基礎(chǔ)上，使溶液溫度保持在70℃～80℃，加入0.1mol/l硫酸鋁，加硫酸鋁化學(xué)計(jì)量為Al2O3∶TiO2=0.02～0.04∶1，用0.1mol/l氫氧化鈉，調(diào)節(jié)溶液的pH值為6～7，攪拌10分鐘；(4)用0.1mol/l～0.2mol/l硫酸鋁調(diào)上述漿液的pH值為7.0，繼續(xù)攪拌2～3小時，過濾，水洗至用鋇鹽檢驗(yàn)無硫酸根離子，最后，在110℃～120℃下干燥4～5小時，即得到用氧化硅和氧化鋁包膜的超細(xì)鈦白粉。
2.一種用于制備上述超細(xì)鈦白粉的反應(yīng)器，其特征在于，該反應(yīng)器的上部設(shè)有進(jìn)料口，下部設(shè)有出料口，反應(yīng)器的兩側(cè)壁上裝有噴嘴，噴嘴的進(jìn)口端為錐形，出口端為柱形，上部進(jìn)料口與噴嘴的出口端相通，噴嘴的進(jìn)料口錐角α為13°～14°，出口端直徑d與出口端圓柱長L1的比例為d∶L1=1∶2.5～3，出口端柱長L1與進(jìn)口端錐長L2的比例為L1∶L2=1∶2～4。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超細(xì)鈦白粉表面包覆工藝及其反應(yīng)器,該工藝為首先在二氧化鈦漿液中加入分散劑,再加熱至一定溫度,再加入硅酸鈉,用稀硫酸調(diào)節(jié)pH值,保溫,陳化后即完成包硅膜過程,再加入氫氧化鈉,調(diào)節(jié)pH值,再加入硫酸鋁,調(diào)節(jié)pH值,,過濾,水洗,干燥,即得到產(chǎn)品。反應(yīng)器的兩側(cè)壁上裝有噴嘴,上、下分別設(shè)有進(jìn)料口和出料口。利用本發(fā)明的工藝和反應(yīng)器包覆鈦白粉表面,能生成均勻、致密的無機(jī)膜,降低產(chǎn)品的觸變性,提高抗粉化性和耐候性。
文檔編號C04B20/10GK1213659SQ9811796
公開日1999年4月14日 申請日期1998年9月11日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月11日
發(fā)明者崔愛莉, 王亭杰, 金涌 申請人:清華大學(xué)