本發(fā)明屬于硫酸法生產(chǎn)鈦白粉的技術(shù)，具體涉及對(duì)鈦白粉進(jìn)行無(wú)機(jī)包覆以及有機(jī)包覆，提高產(chǎn)品在塑料色母粒體系具有更好的應(yīng)用性能的色母級(jí)鈦白粉的制備方法。

背景技術(shù)：

鈦白粉的物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，并具有最佳的不透明性、白度和最高的光亮度，是當(dāng)今世界無(wú)可替代、性能最優(yōu)異的白色顏料，其廣泛應(yīng)用于涂料、塑料、造紙、油墨等行業(yè)。

鈦白粉的生產(chǎn)方法主要有硫酸法和氯化法。其中硫酸法生產(chǎn)鈦白粉的主要原料是鈦鐵礦和硫酸，基本工藝流程包括：偏鈦酸的制備、偏鈦酸漂白漂洗、鹽處理、煅燒粉粹、后處理等階段。偏鈦酸的制備主要是用工業(yè)硫酸分解經(jīng)磁選、干燥、磨細(xì)后的鈦鐵礦，加水浸取、加鐵粉還原后制成鈦液，經(jīng)沉降、過(guò)濾分離掉硫酸亞鐵、膠質(zhì)等固體雜質(zhì)，制成清鈦液，再濃縮、水解制成偏鈦酸(水合二氧化鈦)。

塑料是鈦白粉的第二大應(yīng)用領(lǐng)域，鈦白粉作為塑料填料的基本顏料，除要求具有良好的光澤度、遮蓋力和消色力等常規(guī)顏料性能外，在色母粒制備過(guò)程中要求具有非常好的表面濕潤(rùn)性能，與塑料其它助劑混合時(shí)要求具有良好的分散效果和優(yōu)良的熱加工性能，在塑料成型過(guò)程中具有良好的耐熱性，在日光曝曬過(guò)程中具有良好的耐光性，所以鈦白粉的后續(xù)加工性能中，如耐溫性成為了塑料用鈦白粉的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。要得到優(yōu)異的加工性能，除了對(duì)鈦白粉進(jìn)行無(wú)機(jī)包膜處理外，還必須對(duì)其進(jìn)行有機(jī)包膜處理，其中有機(jī)包膜處理直接決定了鈦白粉的耐溫性能。

常見(jiàn)的有機(jī)包膜劑主要分為多元醇類(lèi)、有機(jī)硅類(lèi)和有機(jī)胺類(lèi)三大類(lèi)。硫酸法通用鈦白和涂料級(jí)鈦白常使用多元醇類(lèi)作為有機(jī)包膜劑，國(guó)內(nèi)色母級(jí)鈦白粉經(jīng)常使用小分子有機(jī)硅作為有機(jī)包膜劑，但是這類(lèi)有機(jī)物存在耐溫性差、容易黃變，加工性能差等問(wèn)題。

國(guó)內(nèi)目前對(duì)色母級(jí)鈦白粉的現(xiàn)有研究和產(chǎn)品制造不多，現(xiàn)有廠家通過(guò)對(duì)鈦白粉的有機(jī)處理劑的選擇，進(jìn)行色母粒鈦白粉的制備，如：CN200810045510.5公開(kāi)了提出采用一種特殊的有機(jī)硅材料，對(duì)鈦白粉進(jìn)行有機(jī)包膜處理，得到具有高分散性、耐黃變性和高加工性能的鈦白粉的方法。通過(guò)我們?cè)谠囼?yàn)室試驗(yàn)表明，色母粒用鈦白粉采用何種有機(jī)處理很重要，但鈦白粉的無(wú)機(jī)包膜影響也很大，如果不將二者統(tǒng)一兼顧，其在塑料色母粒體系的白度、分散性、遮蓋力、加工轉(zhuǎn)矩性得不到保證。

另外鈦白粉非常關(guān)鍵的一個(gè)基本顏料性能指標(biāo)是白度，白度是鈦白粉的一個(gè)光學(xué)性質(zhì)，是人們感覺(jué)白色顏料的光亮強(qiáng)度和色調(diào)兩種光學(xué)效果，表示吸收和反射自然光之間的比量，是對(duì)自然光中不同波長(zhǎng)的光波吸收和反射程度的標(biāo)志，能對(duì)自然光波中紅、橙、黃、綠、靛、藍(lán)、紫七種光波普遍而均勻的反射呈現(xiàn)白色。根據(jù)Kubelka-Munk理論，無(wú)限厚的涂膜(不透明膜)的亮度或反射率R與顏料對(duì)光的吸收系數(shù)K和散射系數(shù)S之比(K/S)成反比，即K減少或S增大，白度和亮度就增大。因此，在鈦白的實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，主要通過(guò)調(diào)整和控制二氧化鈦的粒徑和粒徑分布來(lái)增強(qiáng)分散性，并提高S；以及盡可能地減少二氧化鈦中的雜質(zhì)含量，并提高化學(xué)純度，避免二氧化鈦出現(xiàn)晶格缺陷，從而降低K的方式，來(lái)獲得良好的白度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上，通過(guò)添加鋅鹽、鉀鹽、磷鹽鹽處理配方來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)金紅石鈦白粉粒度和粒度分布的有效控制，并通過(guò)無(wú)機(jī)和有機(jī)包覆結(jié)合方式，從而得到一種高白度高耐溫色母級(jí)鈦白粉。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種高白度高耐溫色母級(jí)鈦白粉的制備方法，包括以下步驟：

(1)將偏鈦酸進(jìn)行一次水洗，添加0.8g/L的Ti³⁺和硫酸進(jìn)行漂白，再進(jìn)行二次水洗，充分洗掉濾餅中的鐵離子，洗滌完成后壓濾得到鐵含量低于15ppm的偏鈦酸濾餅；

(2)將偏鈦酸濾餅打漿分散制得200-400g/L濃度的料漿后，用鋅鹽、鉀鹽和磷鹽進(jìn)行組合鹽處理，然后在950-980℃煅燒得到金紅石轉(zhuǎn)化率為94-98％的窯下物；

(3)將煅燒窯下物添加水和硅酸鈉作分散劑制備成300-700g/L的料漿后，通過(guò)球磨機(jī)粗粉碎和砂磨機(jī)細(xì)粉碎后獲得分散良好的漿料后，用水調(diào)節(jié)濃度至200-400g/L和pH值至8.0-10.0；

(4)將上述料漿用偏鋁酸鈉進(jìn)行無(wú)機(jī)包膜處理，包膜劑添加量以Al₂O₃計(jì)，為T(mén)iO₂質(zhì)量的1.0-2.0％；

(5)將包膜后的料漿進(jìn)行壓濾和脫鹽水洗滌，濾餅進(jìn)行閃蒸干燥；

(6)把閃蒸干燥后的物料進(jìn)行氣流粉碎，并在氣流粉碎時(shí)加入有機(jī)包膜劑，然后在汽粉袋濾器收集經(jīng)過(guò)充分粉碎和有機(jī)包膜的粉末，獲得所述的二氧化鈦顏料，該產(chǎn)品在細(xì)小二氧化鈦顆粒的表面上包覆有聚合類(lèi)有機(jī)膜，所述顏料中二氧化鈦TiO₂含量范圍為97～99％，C元素含量范圍為0.05-0.2％。

其中，步驟(2)所述的煅燒窯下物的晶體結(jié)構(gòu)中嵌有鋅鹽、鉀鹽和磷鹽，所述鹽處理采用硫酸鋅、碳酸鉀和磷酸的組合實(shí)現(xiàn)鹽處理；

步驟(2)所述的鹽處理中鋅鹽其加入量以ZnO質(zhì)量計(jì)，為T(mén)iO₂質(zhì)量的0.05-0.2％；

步驟(2)所述的鹽處理中鉀鹽其加入量以K₂O質(zhì)量計(jì)，為T(mén)iO₂質(zhì)量的0.25-0.45％；

步驟(2)所述的鹽處理中磷鹽其加入量以P₂O₅質(zhì)量計(jì)，為T(mén)iO₂質(zhì)量的0.2-0.4％；

步驟(6)中的有機(jī)包膜劑，是指兩端甲基封端的粘度為50-500cp的聚二甲基硅氧烷，添加量是鈦白粉中碳含量的0.05％-0.2％。

步驟(1)中漂白漂洗主要是洗掉Fe²⁺，因?yàn)樵谒催^(guò)程中隨著pH值升高，F(xiàn)e²⁺會(huì)氧化成Fe³⁺，三價(jià)鐵在pH＞2.5時(shí)會(huì)水解而沉淀為膠體氫氧化鐵，吸附在偏鈦酸中，從而影響產(chǎn)品白度，為此需要將水洗后的偏鈦酸用鋅粉、鋁粉或三價(jià)鈦溶液進(jìn)行漂白處理，將三價(jià)鐵還原為低價(jià)的硫酸亞鐵用水洗去，同時(shí)也可除去偏鈦酸中吸附的鉻、釩等雜質(zhì)。若使用一次水洗方法除鐵，長(zhǎng)時(shí)間水洗也難以完全除去雜質(zhì)鐵。工業(yè)上常用的漂白方法有鋅粉-硫酸、鋁粉-硫酸及三價(jià)鈦-硫酸漂白法，其中三價(jià)鈦漂白由于對(duì)產(chǎn)品不產(chǎn)生二次污染而廣泛采用，所以本發(fā)明采用的是三價(jià)鈦-硫酸漂白法。

鈦液水解生成的偏鈦酸經(jīng)洗滌去除雜質(zhì)離子后，若不進(jìn)行鹽處理而直接送至回轉(zhuǎn)窯煅燒，成品的白度、消色力、吸油量、遮蓋力等遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到鈦白顏料質(zhì)量要求。然而同樣的偏鈦酸經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)柠}處理和煅燒就會(huì)生產(chǎn)出高顏料性能的成品，大大提高經(jīng)濟(jì)效益，所以在鈦白生產(chǎn)中鹽處理階段不可忽視。事實(shí)上，對(duì)于偏鈦酸質(zhì)量和成品質(zhì)量的不同要求，加入鹽處理的種類(lèi)和數(shù)量是不同的。實(shí)驗(yàn)證明偏鈦酸在煅燒前加入磷酸鹽，使偏鈦酸中的鐵雜質(zhì)在高溫煅燒時(shí)氧化變成灰黃色的磷酸鐵，相對(duì)比棕紅色氧化鐵對(duì)產(chǎn)品白度影響要小一些，因此能部分隱蔽雜質(zhì)鐵的顯色，可間接提高產(chǎn)品的白度，鉀鹽可使煅燒后顆粒疏松，調(diào)整金紅石晶型，鋅鹽可以起到抑制粒子晶型快速轉(zhuǎn)化，有利于粒子在晶型轉(zhuǎn)化過(guò)程中慢速均勻長(zhǎng)大，達(dá)到改善粒徑分布和圓滑粒子形貌的作用。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于通過(guò)工藝條件的嚴(yán)格控制，采用鋅鹽、鉀鹽和磷鹽進(jìn)行組合鹽處理，及根據(jù)鹽處理配方的不同來(lái)調(diào)節(jié)煅燒強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)鈦白粉粗品的原級(jí)粒徑和粒度分布的有效控制，提高鈦白粉白度，并通過(guò)無(wú)機(jī)包覆方式，在二氧化鈦顆粒表面包覆一層薄薄的氧化鋁膜，使包膜后三洗洗滌時(shí)，料漿不會(huì)大量穿濾，同時(shí)因包覆量較少，使二氧化鈦具有較好的遮蓋性、潤(rùn)滑性、分散性，再通過(guò)硅氧烷的進(jìn)一步有機(jī)包膜處理，使二氧化鈦在塑料色母粒體系具有很高的耐黃變形和更高應(yīng)用性能。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)的說(shuō)明

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不限定于本發(fā)明。

實(shí)施例1：

(1)將偏鈦酸經(jīng)過(guò)一次水洗，添加Ti³⁺和硫酸進(jìn)行漂白，再進(jìn)行二次水洗，洗滌完成后壓濾得到鐵含量低于10ppm的偏鈦酸濾餅；

(2)將偏鈦酸濾餅打漿分散制得300g/L濃度的料漿后，用鋅鹽、鉀鹽和磷鹽進(jìn)行組合鹽處理，硫酸鋅、碳酸鉀和磷酸的加入量分別為0.05％、0.35％、0.3％(基于二氧化鈦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，加入量分別以氧化物ZnO，K₂O，P₂O₅的質(zhì)量計(jì))，然后在950℃煅燒得到金紅石轉(zhuǎn)化率為94％的窯下物；

(3)煅燒后的金紅石型窯下物添加水和硅酸鈉作分散劑制備成500g/L的料漿后，進(jìn)入球磨機(jī)進(jìn)行粗磨，然后進(jìn)入砂磨機(jī)進(jìn)行細(xì)粉碎，接著用水調(diào)節(jié)料漿濃度至200g/L和pH值至9.0后；

(4)進(jìn)行偏鋁酸鈉無(wú)機(jī)包膜處理，包覆劑添加量以Al₂O₃質(zhì)量計(jì)，為T(mén)iO₂質(zhì)量的1.0％；

(5)將包膜后的物料進(jìn)行壓濾和脫鹽水洗滌，濾餅進(jìn)行閃蒸干燥；

(6)把閃蒸干燥后的物料進(jìn)行氣流粉碎，在氣流粉碎時(shí)，加入有機(jī)硅氧烷，然后在汽粉袋濾器收集經(jīng)過(guò)充分粉碎和有機(jī)包膜的粉體，獲得所述二氧化鈦顏料，碳含量為T(mén)iO₂質(zhì)量的0.1％。

實(shí)施例2

(1)將偏鈦酸經(jīng)過(guò)一次水洗，添加Ti³⁺和硫酸進(jìn)行漂白，再進(jìn)行二次水洗，洗滌完成后壓濾得到鐵含量低于10ppm的偏鈦酸濾餅；

(2)將偏鈦酸濾餅打漿分散制得200g/L濃度的料漿后，用鋅鹽、鉀鹽和磷鹽進(jìn)行組合鹽處理，硫酸鋅、碳酸鉀和磷酸的加入量分別為0.2％、0.25％、0.20％(基于二氧化鈦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，加入量分別以氧化物ZnO，K₂O，P₂O₅的質(zhì)量計(jì))，然后在950℃煅燒得到金紅石轉(zhuǎn)化率為96％的窯下物；

(3)煅燒后的金紅石型窯下物添加水和硅酸鈉作分散劑制備成300g/L的料漿后，進(jìn)入球磨機(jī)進(jìn)行粗磨，然后進(jìn)入砂磨機(jī)進(jìn)行細(xì)粉碎，接著用水調(diào)節(jié)料漿濃度至300g/L和pH值至8.0后；

(4)進(jìn)行無(wú)機(jī)包膜處理，包覆劑添加量以Al₂O₃質(zhì)量計(jì)，為T(mén)iO₂質(zhì)量的1.5％；

(5)將包膜后的物料進(jìn)行壓濾和脫鹽水洗滌，濾餅進(jìn)行閃蒸干燥；

(6)把閃蒸干燥后的物料進(jìn)行氣流粉碎，在氣流粉碎時(shí)，加入有機(jī)硅氧烷，然后在汽粉袋濾器收集經(jīng)過(guò)充分粉碎和有機(jī)包膜的粉體，獲得所述二氧化鈦顏料。碳含量為T(mén)iO₂質(zhì)量的0.05％。

實(shí)施例3

(1)將偏鈦酸經(jīng)過(guò)一次水洗，添加Ti³⁺和硫酸進(jìn)行漂白，再進(jìn)行二次水洗，洗滌完成后壓濾得到鐵含量低于10ppm的偏鈦酸濾餅；

(2)將偏鈦酸濾餅打漿分散制得400g/L濃度的料漿后，用鋅鹽、鉀鹽和磷鹽進(jìn)行組合鹽處理，硫酸鋅、碳酸鉀和磷酸的加入量分別為0.15％、0.45％、0.4％(基于二氧化鈦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，加入量分別以氧化物ZnO，K₂O，P₂O₅的質(zhì)量計(jì))，然后在950℃煅燒得到金紅石轉(zhuǎn)化率為98％的窯下物；

(3)煅燒后的金紅石型窯下物添加水和硅酸鈉作分散劑制備成700g/L的料漿后，進(jìn)入球磨機(jī)進(jìn)行粗磨，然后進(jìn)入砂磨機(jī)進(jìn)行細(xì)粉碎，接著用水調(diào)節(jié)料漿濃度至400g/L和pH值至10.0后；

(4)進(jìn)行無(wú)機(jī)包膜處理，包覆劑添加量以Al₂O₃質(zhì)量計(jì)，為T(mén)iO₂質(zhì)量的2.0％；

(5)將包膜后的物料進(jìn)行壓濾和脫鹽水洗滌，濾餅進(jìn)行閃蒸干燥；

最后物料進(jìn)入氣流粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎，在氣流粉碎時(shí)，加入有機(jī)硅氧烷，碳含量控制在0.2％；

(6)把閃蒸干燥后的物料進(jìn)行氣流粉碎，在氣流粉碎時(shí)，加入有機(jī)硅氧烷，然后在汽粉袋濾器收集經(jīng)過(guò)充分粉碎和有機(jī)包膜的粉體，獲得所述二氧化鈦顏料。碳含量為T(mén)iO₂質(zhì)量的0.2％。

性能檢測(cè)：

1、耐溫性

由于鈦白粉表面包有一層有機(jī)包膜劑，當(dāng)鈦白粉加熱到一定程度時(shí)，表面活性劑會(huì)發(fā)生碳化，從而發(fā)生黃變影響產(chǎn)品色相。該耐溫性測(cè)試方法就基于此原理，把鈦白粉放于一定溫度的烘箱一段時(shí)間，然后測(cè)試加熱前和加熱后的色差。具體方法如下：將制得的鈦白粉分別在260、280、300、320、330、340、360、380、400、420℃下，置于馬弗爐中加熱10分鐘，然后測(cè)試鈦白粉的干粉L、a、b值，并與加熱前的鈦白粉進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算出色差△E。

2、白度

鈦白粉在樹(shù)脂中的白度非常重要，此次實(shí)驗(yàn)將制得的鈦白粉按1.5％的質(zhì)量比添加到低密度聚乙烯中，混合均勻后，進(jìn)行注塑打板，然后用色差儀測(cè)試樣板的白度。