磷鋁包覆的裝飾紙專用鈦白粉制備方法

鄭華平，劉　俊

（江蘇太白集團有限公司，江蘇　鎮江　212006）

磷鋁包覆的裝飾紙專用鈦白粉制備方法

鄭華平，劉俊

（江蘇太白集團有限公司，江蘇鎮江212006）

講述了一種磷鋁包覆的裝飾紙專用鈦白粉制備方法，著重對磷鋁包覆后的鈦白粉在紙張中的留著率、耐曬性等指標采用數理統計手段進行分析。結果表明：采用該磷鋁包覆方法制備的鈦白粉，無論在Zeta電位、在紙張中的留著率和耐曬性都和杜邦裝飾紙專用鈦白粉R-794相接近。

二氧化鈦；磷鋁包覆；留著率；耐曬性

引言

在造紙行業中，裝飾紙廣泛應用于裝飾板、強化木地板、辦公及家具用貼面材料等方面，鈦白粉是其主要組成，含量（質量分數）可達20%～45%，為滿足裝飾紙耐光耐熱的性能，必須采用經過專門表面處理的金紅石型鈦白粉，保證其有較高的白度及不透明度，紙張遮蓋性、可印刷性良好，有好的耐久性及抗黃變能力［1］。

國外市場上適合裝飾紙專用的有杜邦R-794和美禮聯TiONARCL-722層壓紙專業鈦白粉，它們都有高的不透明性和耐黃變能力，而國內市場，高檔裝飾紙普遍使用杜邦R-794或者是R-794和國內通用級鈦白粉的按比例摻用。

而國產鈦白粉在裝飾紙行業使用，普遍效果較差，經對R-794分析測試，它采用了較多量磷鋁包覆；對于美禮聯TiONARCL-722，在其專利引用介紹中也明確提到采用了磷鋁包覆。

因此，本方法以R-794為目標參比，參照它的包覆量，再試驗比較不同包覆條件，進行鈦白粉磷鋁包覆。

1　磷鋁包覆的原理

采用磷酸或磷酸鹽同鋁鹽對鈦白粉產品進行磷酸鋁、氧化鋁復合包膜可使產品具有較高的留著率和較好的耐光性。第一層磷酸鋁膜較為致密，能很好地改變顏料親水性能，提高在紙張體系留著率，增強其耐光性，它的包膜沉淀機理可以認為是：在鋁或鋁化合物與磷酸反應時，在溶液中形成-0-P-O-Al-O-P-短鏈，隨著pH上升，這些短鏈凝集成長鏈，形成網狀體，其對顏料而言，具有很高的表面親和力，且完全覆蓋它。在磷酸鋁膜層上包覆的水合氧化鋁膜層，可以很好地提高顏料的光澤度，并使之具有正的電動勢，與具有負電荷的紙張纖維結合具有更好的親合力，使顏料在紙張上的留著率相當高［2］。

2　實驗過程與分析

試驗用儀器設備包括：鈦白粉智能包膜機、砂磨機、Zeta電位測試儀、X-光能譜儀、紫外老化儀、分光測色計、SK-0.4水環式真空泵、LG-100B理化干燥箱以及JGM-H50全剛玉氣流粉碎機等。

試驗用材料包括：工業偏鋁酸鈉、工業硫酸鋁、工業氫氧化鈉、工業硫酸、工業磷酸、磷酸鹽A（CR）、磷酸鹽B（AR）和去離子水等。

2.1磷表面處理劑選擇

大劑量的含磷化合物帶入鈦白粉表面包覆，難以解決的是水洗后濾餅稀化問題。對于裝飾紙鈦白的開發，通過對水洗加工性能考察，進行磷表面處理劑的選擇。不同表面處理劑選擇試驗結果見下頁表1所示。

從表1可以看出：1）使用磷酸鹽A作表面處理劑，易引起濾餅稀化；2）對比LP-9、LP-10和LP13、LP14，對于包覆P2O5的加量是1%還是1.5%，總鋁量是4.5%或者3.5%時，水洗后濾餅仍能保持不稀化。但從實際效果來看，使用磷酸作表面處理劑，水洗后的濾餅顯得不太干。3）磷酸鹽B的使用，就水洗后濾餅加工性能看，明顯要優于使用磷酸鹽A、磷酸的磷表面處理條件。綜合考慮，采用磷酸鹽B和硫酸鋁、偏鋁酸鈉配合作為磷表面處理劑。

表1　不同表面處理劑選擇試驗結果

2.2磷鋁包覆的裝飾紙專用鈦白粉試驗

通過大量試驗我們確定磷鋁包覆的裝飾紙專用鈦白粉較好的包覆工藝條件是：處理劑采用磷酸鹽B、硫酸鋁與偏鋁酸鈉；第一層：漿料中加入磷酸鹽B （w（P2O5）=1.0%），再加入硫酸鋁（w（Al2O3）=1.2%），混合均勻，再以少量堿性鋁中和，調到pH=5～5.5熟化；第二層：以偏鋁酸鈉（w（Al2O3）=3.3%）和稀硫酸并流，在pH=5～5.5并流加完且熟化；最后調中性，包覆結束。

2.2.1磷鋁用量的范圍確定

我們進行了不同磷包覆量的樣品和R-794微量元素比較，結果如圖1。其中，LP-21是包覆1%P2O5、4%Al2O3類型，LP-50是包覆1.5%P2O5、4%Al2O3類型（注：全文中包覆量均為各物質質量分數）。

由圖1可以確認，包覆1.5%P2O5，鈦白粉成品的磷含量就大于R-794，而包覆1.0%P2O5，磷含量相對于R-794就偏少。因此P2O5的包覆量確定在1.0%～1.5%范圍。

此外，由圖1發現我們目前小樣成品鋁含量偏低，考慮到R-794的生產工藝，鋁的包覆量確定在4.0%～5.0%范圍。

圖1　不同磷包覆量的樣品與R-794微量元素比較

2.2.2專用鈦白粉正交試驗

磷鋁包覆的裝飾紙專用鈦白粉采用正交試驗方案。選擇P2O5加量、T-Al2O3加量（包覆總鋁量）、F-Al2O3加量（第一部分和磷酸鹽B混合，與堿中和的那部分鋁量）、鋁熟化pH（外層）作為鈦白粉性能效果的四個因素，同時每個因素選擇三個不同水平。試驗方案如表2。

表2　正交試驗表

2.2.3試驗結果及數據處理

專用鈦白粉正交試驗留著率數據處理結果見表3所示；耐曬性數據處理結果見表4所示。同輪次R-794對照測試，留著率：89.11，耐曬性：0.18。

從表3可以看出，LP-56留著率指標最好；從每個因素的K1、K2、K3分析，A1B3C1D2的組合平均留著率最高。從表中各個因素極差R得知，各因素對指標留著率的影響，以順序DBAC減弱，其中首層包鋁的量影響最小，而外層鋁熟化PH對留著率影響較大。因此，從留著率指標考慮，建議P2O5%加量為1%；T-Al2O3%加量為5.5%；F-Al2O3%加量為1%；鋁熟化pH（外層）控制在7-7.5。

表3　留著率數據處理結果

從表4可以看出，LP-55耐曬性指標最好，從每個因素的K1、K2、K3分析，A1B2（B3）C2D1的組合平均△E最低。從表中各個因素極差R得知，各因素對指標耐曬性的影響，以順序DAB（C）減弱，外層鋁熟化pH影響最大，而鋁包覆量和首次鋁量影響較小。因此從耐曬性△E考慮，外層鋁必須包覆在酸性，磷的用量要少。

表4　耐曬性數據處理結果

通過正交試驗和數據分析，結合小樣在裝飾紙體系、留著率和耐曬性指標的分析，我們得出磷鋁包覆的裝飾紙專用鈦白粉的表面處理條件為：P2O5用量1%，總Al2O3用量為5%左右，第一層和磷結合的鋁為1%，第二層包覆的鋁必須在酸性進行。

2.3Zeta電位測試

幾種不同鈦白進行Zeta電位測試后的數據匯總見圖2所示。

圖2　不同鈦白Zeta電位測試結果

從圖2可以看出，我們的研制產品具有和R-794更接近的表面電位和等電點，在裝飾紙體系使用可以具有較好的應用性能。

3　結語

通過對裝飾紙專用鈦白粉包覆采取正交試驗，對其在紙張中的留著率和耐曬性分析；采用Zeta電位儀對顏料的電荷情況進行分析；采取X-光能譜儀，對不同配方的微量元素變化情況進行分析，最后確定了該種類型鈦白的最優表面處理條件。研制所得到這種磷鋁包覆的裝飾紙專用鈦白，性能與杜邦R-794相接近，可在裝飾紙行業廣泛使用［3］。

［1］鄧捷，吳立峰.鈦白粉應用手冊［M］.北京:化學工業出版社，2005: 56-63.

［2］畢勝.鈦白粉生產表面處理培訓教材［J］.國家化工行業生產力促進中心鈦白分中心，2004（5）:38-45.

［3］唐振寧.鈦白粉的生產與環境治理［M］.北京:化學工業出版社，2000:27-36.

（編輯：王紅霖）

Preparation Method of Titanium Dioxide Coated with Phosphorus and Alum inum for Decorative Paper

Zheng Huaping，Liu Jun
（Jiangsu Taibai Group Co.，Ltd.，Zhenjiang Jiangsu 212006）

This paper indicates a phosphor coated aluminum decorative paper dedicated titanium dioxide preparationmethods，focus on phosphorus aluminum coating of titanium dioxide retention in the paper，fast index is analyzed by usingmathematical statisticsmeans. And the results show that the phosphorus aluminum claddingmethod preparation of titanium white，whether in the Zeta potential，keep the rate in the paper and dry resistance and dupont decorative paper special titanium dioxide to R-794.

titanium dioxide；phosphorus and aluminum coating；tinting power；light resistance

TQ621.12

A

2095-0748（2016）11-0059-03

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.11.25

2016-04-20

鄭華平（1982—），女，江蘇泰州人，本科，工程師，主要從事鈦白粉生產與試驗，以及生產管理等工作；劉俊（1971—），男，江蘇鎮江人，大專，工程師，主要從事化工生產、分析，以及管理等工作。

工程技術