國產鈦白粉在硬質PVC異型材中的應用

陳海平 李慶 張勇 張修臻

摘? 要：我國的鈦白粉工業起步較晚，直到1955年才有研究機構開始系統地研究硫酸法生產鈦白粉。隨著二氧化鈦應用領域的進一步發展，二氧化鈦已經滲透到人們生活的各個角落，成為重要的無機化工產品之一。這樣，二氧化鈦的消耗量，可以衡量一個國家的生活水平。本文主要結合國內二氧化鈦的發展現狀，對國內二氧化鈦在硬質PVC型材中的應用進行詳細的研究和分析，以期從根本上提高該領域的整體質量水平。

關鍵詞：國產鈦白粉? 硬質PVC異型材? 應用? 研究

中圖分類號：TQ621? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）08（a）-0076-05

Abstract： The titanium dioxide industry in China started late. It was not until 1955 that a research institute began to systematically study the production of titanium dioxide by sulfuric acid method. With the further development of titanium dioxide application field， titanium dioxide has penetrated into every corner of people's life and become one of the important inorganic chemical products. In this way， the consumption of titanium dioxide can measure the standard of living of a country. In this paper， based on the development status of domestic titanium dioxide， the application of domestic titanium dioxide in hard PVC profiles is studied and analyzed in detail， in order to fundamentally improve the overall quality level in this field.

Key Words： Domestic titanium dioxide; Hard PVC profile; Application; Research

1? 有關國產鈦白粉相關內容概述

工業制造中主要以硫酸法生產出鈦白粉（主要成分為二氧化鈦）粗品，其制備過程中需要經過原礦粉碎、酸解、還原、冷凍結晶、水解、過濾水洗、鹽處理、煅燒等工藝，之后經過后處理，采用不同的包膜、氣流粉碎等工藝對鈦白粉粗品進行加工，使其適用于不同的應用領域。

二氧化鈦對PVC樹脂有明顯的增白作用;提高了復合材料的耐高溫性能和覆蓋能力。當添加到PVC樹脂中，紫外光的穿透可以限制在復合材料的表面，提高復合材料的光老化性能。二氧化鈦的覆蓋力是形成膜后覆蓋底相的能力，它不僅取決于其晶體結構、折射率和散射能力，還取決于其對光的吸收能力。然而，二氧化鈦像其他白色顏料一樣，吸收光的能力很小。雖然光吸收對覆蓋能力有影響，但覆蓋能力的影響小于散射能力。因此，其覆蓋功率主要受散射能力、折射率、粒徑、粒徑分布和色散特性的影響。鈦白粉的耐高溫性能長期或短期內在高溫環境下工作，高溫環境工作后其色差小、并具有很好的功能性和抗熱震性。

近些年來，鈦白粉在塑料工業的應用量急劇增加，目前已經成為鈦白粉的第二大用戶，是鈦白粉應用近幾年增長最快的領域，年均增長率達6%，全世界500余個鈦白粉牌號中，有50多個牌號是屬于塑料專用的。由此可以看出PVC專用鈦白粉的需求量是巨大的，因此加快PVC專用鈦白粉的研發是十分迫切的。

2? 有關國內外PVC硬質材的發展現狀

目前，國內外對PVC硬質材技術的研究正在全面展開。雖然與西方發達國家相比，中國的科研能力相對薄弱，但在改革開放新常態下，技術水平不斷提高，科研能力不斷增強。探索和分析PVC硬質材材技術的發展方向，以占據更大的市場份額。一是高質量、低毒。PVC硬質材雖然具有價格低廉、耐腐蝕、抗裂、耐高溫等突出特點，但其鉛鹽熱穩定劑具有一定的毒性和污染性，不利于管道的持續應用和發展。因此，如何消除PVC硬質材未來的毒副作用已成為國內外PVC硬質材技術發展的主要方向。二是團結高效。國家除了國內PVC硬質材，還出口到其他國家，這是需要建立一個系統的PVC硬質材生產和制造業的國際體系，提高綜合素質的PVC硬質材，提高市場準入門檻，改善PVC硬質材的競爭力，使管道在新時期與時俱進的衛生標準，擴大PVC硬質材的方法技術發展奠定基礎。

3? 現階段PVC硬質材技術面臨的困境及解決策略

3.1 通過擴脹技術解決管材脹氣問題

解決管脹氣的問題，國內外研究氣液膨脹、機械擴張和氣囊擴張和其他技術手段，通過管放置在生產工廠，管道的一端固定在擠出模頭和固定氣囊結構或機械曝氣設備管道的另一端，適用于相關技術和解決PVC硬質材脹氣的問題。

5? 國產鈦白粉在硬質PVC異型材中應用

5.1 鈦白粉的性能指標分析

高遮蓋、耐高溫金紅石鈦白粉具有遮蓋力強、耐候性好的性能。本項目鈦白粉產品的各項主要性能指標如表1、表2。

5.2 實驗方法

首先，按照每種礦的品位先進行配礦、投料，用球磨機、雷蒙磨磨礦，將鈦精礦粉碎至一定的粒度，以符合酸解工藝需求。采用礦酸預混合的方案，讓酸溶性鈦礦顆粒預先浸潤，避免原料直接進入酸解罐而造成劇烈反應出現冒鍋等事故，促使酸解反應穩定完全。之后進行鈦液凈化，主要包括沉降、結晶、分離等工序。之后，除去部分雜質，但鈦液濃度偏低，為穩定水解、得到粒徑分布較窄的粒子，需要經濃縮，提高鈦含量及其他溶質含量。鈦液在水解工序需要加入水解晶種，利用二氧化鈦晶核誘導達到水解效果;偏鈦酸在煅燒工序需要加入金紅石晶種，誘導鈦白粉向金紅石晶型轉化。本項目從歐洲引進四氯化鈦雙效晶種，既可以做為水解晶種，又可以做煅燒晶種。再次，采用外加晶種常壓水解技術。常壓水解又分為外加晶種和自生晶種兩種，由于外加晶種需要另設一套晶種制備設施，而且預先制備好的晶種將定量加入到水解槽中，有利于鈦液充分水解，能有效地控制水解粒子的形狀和大小，蒸汽耗用相對較低。完成這一水解過程關鍵是擁有合適的設施、嚴格的操作及控制，采取合理設備結構和布置，再加上PLC操作，對溫度、壓力、流量、組分、色度等進行全面的控制，確保獲得最佳的水解工藝條件和穩定的產品質量。之后要對其進行水洗，水洗的任務是將水合二氧化鈦與母液分離，再用水洗滌除去偏鈦酸中所含可溶性雜質。但經過水洗而仍殘留在水合二氧化鈦中的最后一部分雜質（高鐵為主），需要加鋁粉將高價態鐵轉化為低價態鐵除去，即在酸性條件下以還原劑將不溶的高鐵還原為可溶性的亞鐵，再進行二次水洗。在充分攪拌的情況下，向偏鈦酸漿液中加入氫氧化鉀和磷酸等鹽處理劑，可防止煅燒物料燒結，隱蔽雜質元素的顯色，使煅燒產品顆粒松軟，色澤潔白等。之后偏鈦酸經壓濾機壓濾，除去多余水分。鹽處理后的偏鈦酸在回轉窯中經高溫脫水、脫硫及晶型轉化等過程，得到具有顏料性能的鈦白粉。 采用輥壓磨的研磨工藝，與球磨機配合使用，同時使用旋流分級技術，將粗顆粒返回上一級再次進行研磨粉碎，降低包膜前鈦白粉粒徑，提高包膜效率;用聚丙烯酸鈉作為無機分散劑，與使用雷蒙磨相比設備投資更省，電耗更低，操作更為簡便。采用自動化包膜工藝。包膜是改善產品性能，獲得不同產品品種的主要途徑之一，在獲得鈦白半成品后，往往由于半成品顆粒表面的缺陷而影響了成品的質量。因此，眾多的研究人員對其表面進行了研究，采用各種不同的工藝配方，在顆粒表面包履一層特殊的膜，不同的膜效果不一樣，有耐溫的、耐候的、分散性好的等，本項目采用稀土、硅、鋁包膜，在鋁包膜過程采用并流工藝，提高其包膜效果，可以達到高耐候、高分散的性能。采用閃蒸干燥工藝，對經洗滌后的鈦白粉經過皮帶送入閃蒸干燥系統，與熱空氣充分接觸，使濾餅水分快速蒸發，從而得到滿足氣流粉碎要求的干燥物料。最后，采用閃蒸干燥方式，濾餅直接進入干燥系統，不需要添加水分、制漿，可以大幅度降低天然氣單耗。氣流粉碎機內的物料在高速、高溫氣流的作用下，相互發生劇烈碰撞而被粉碎，同時加入有機處理劑進行有機包膜，以提高鈦白粉的分散性。

6? 結語

國內鈦白粉主要以通用型鈦白粉為主，在高遮蓋、耐高溫PVC壓延膜用鈦白粉中的應用集中在低端領域，雖然國產鈦白粉經過近30年的發展壯大，產品規模和產品性能有了相當大的進步，但在高遮蓋、耐高溫PVC壓延膜用鈦白粉應用領域，國產鈦白粉在工藝技術、產品性能、裝備水平、產品規模等方面與國際鈦白巨頭相比還存在較大的差距。

參考文獻

[1] 路玉環.有色PVC膜的光氧老化性能研究[D].上海：東華大學，2018.

[2] 魏洪生.硬質聚氯乙烯塑料的改性研究[D].北京：北京化工大學，2017.

[3] 霍志偉.中空夾層鋼管混凝土柱與鋼梁節點性能分析[D].邯鄲：河北工程大學，2019.

[4] 梅綺文.鈦白粉在輕工行業的應用[J].輕工標準與質量，2015（5）：59-60.

[5] 王喜梅，趙志鴻，欒維濤，等.2014年我國工程塑料應用進展[J].工程塑料應用，2015，43（6）：108-116.

[6] 嚴壯.實德塑料門窗型材市場營銷策略研究[D].大連：大連理工大學，2015.