氯化法鈦白粉表面處理分析

秦國強，王永珊，豆 君，苗委然

（龍蟒佰利聯集團股份有限公司，河南焦作 454191）

鈦白粉即二氧化鈦，是用途最為廣泛的白色顏料，也是具有最高折光指數的白色顏料。在性能方面，鈦白粉的光散射能力、消色力、遮蓋力和白度都十分優異。雖然鈦白粉在性能和折光指數上有諸多優點，但它也存在不可忽視的缺陷：

其具有光化學極不穩定的特征，在水分和日光照射的雙重作用下，二氧化鈦晶格上的氧離子會丟失兩個電子而變為氧原子。這種變化發生后，形成的新生物具有極強的氧化性，可以使得涂膜出現失光、粉化、變色等情況，最終導致降解，斷鏈反應的發生，造成耐候性減弱現象的發生，降低二氧化鈦的使用率。

二氧化鈦存在晶格缺陷的問題，其離子表面存在諸多的光活化點，若加上一些微量雜質，就可能加速光化學反應，從而引起因自由基健反應而導致的如涂膜等有機介質的破壞。

就二氧化鈦的本質而言，其屬于親水憎油性的物質。二氧化鈦在大部分有機物中的穩定性都不太高，因此涂料發花、絮凝、涂色等不良情況的發生率就會大大提高，這對二氧化鈦在涂料方面的應用造成了極大的限制。

因此，需要采取措施來最大限度地規避因這三點缺陷而造成的風險，做到二氧化鈦的效益最大化，而表面處理是一種很好的解決措施。

1 表面處理概述

表面處理就是運用不同的表面處理劑和處理工具，將一層或多層的有機物和無機物覆蓋在二氧化鈦離子表面，形成致密的包膜層，從而達到改善二氧化鈦固有的三大缺陷，提升其耐候性、分散性等目的。而有關二氧化鈦的表面處理，主要是運用等電子理論和穩定理論以及多種不同的化學反應方式，來對二氧化鈦的表面進行處理。通過這種方式所達到的結果只能對二氧化鈦的表面電荷和表面起到相應的改變，從而做到對二氧化鈦的光化學活性這一缺陷的彌補，同時也可以達到對其耐候性、耐久性提高的目的。

根據二氧化鈦表面處理劑的性質，可以將二氧化鈦的表面處理分為無機表面處理和有機表面處理；根據二氧化鈦的表面處理工藝，可以將二氧化鈦表面處理分為濕法和干法兩大類。其中無機表面處理雖然方式類型較少，但由于其無機的性質所導致的處理工藝上的千變萬化，對產品影響最大的還是無機表面處理。

2 氯化法鈦白粉無機表面處理相關工藝

二氧化鈦的表面處理方式以無機表面處理為主要模式，所以重點看一下無機表面處理的相關工藝流程。使用無機表面處理法必然會用到若干無機金屬化合物，比如鋅化合物、鎂化合物、硅化合物、鋁化合物、鈦化合物和鋯化合物等，其中的鈦、硅、鋯、鋁化合物是目前普遍使用的處理劑。但是現如今，為了響應習主席的“建設綠色中國”的號召，為了減少環境的污染，傳統的硫酸法已經被摒棄，新型的氯化法鈦白粉無機表面處理法已占據主導地位。因此，介紹氯化法鈦白粉無機表面處理工藝流程就顯得十分有必要了。

2.1 分散

當二氧化鈦溶在水性介質中時，其分散的程度及分散的好壞不僅會對其包膜的均勻性造成影響，而且會對二氧化鈦離子對光的折射功能造成影響，這將直接影響到最終得到的顏料的性質，導致產出產品的光學性質和功能有較大的缺陷。對分散造成較大影響的因素如下。

2.1.1 水質要好

水中若有雜質，將直接影響二氧化鈦離子在水中對光的折射程度，從而直接影響顏料的光學性質，因此必須使用去離子水。

2.1.2 漿液pH控制好

不同pH 的漿液對于薄膜的均勻性有較大影響，合理控制pH 是成功完成表面處理的一大前提。通常漿液的pH 控制在9～11為最佳。

2.1.3 控制分散劑的用量

凡事都必須遵循“適量”二字，對于分散劑的使用也是如此。分散劑若加入過少則達不到所需的效果，若加入過多，則會使得分散劑之間產生凝絮、聚集反應，對最終產品質量造成影響。

2.2 研磨

在表面處理過程中會發生大量的氧化還原反應，從而導致凝絮、聚集反應頻發，產生較大的、不規則的二氧化鈦相關氧化物聚集體。而研磨這一過程就是使用超微粉碎手段，將氧化物聚集體打磨成符合工藝要求的顆粒大小。這一過程的影響因素較多，漿液的濃度、濕度、黏度、pH 和分散度都對其有較大的影響。

2.3 包膜

包膜是整個鈦白粉處理過程中最為關鍵、最難控制的一道工序，也是整個工序能否成功以及工序質量是否優異的關鍵。因此，在大部分生產鈦白粉的工廠中，最后包膜步驟都是采用先進的計算機集散控制系統來完成的。除此之外，在包膜這一過程中，還有諸多影響因素，這些影響因素可以對包膜的結構和疏松度造成影響，一定要嚴格控制。

2.3.1 硅包膜

表面處理的目的是提高鈦白粉的耐候性，要做到這一點，可以通過在二氧化鈦顆粒表面覆蓋一層致密的二氧化硅來實現，即覆蓋一層硅包膜。只有監測好溫度、pH、分散度、包硅量等諸多因素才可以得到致密性較好的硅包膜。

2.3.2 鋯包膜

除了提高耐候性外，粒子間結合力的提高也能提高二氧化鈦的使用效率。諸多金屬包膜中的鋯包膜就可以提高離子間的結合力，并且對二氧化鈦晶格表面上的光活化點進行遮蔽，在一定程度上對二氧化鈦的晶格缺陷這一點進行了彌補，從而提高二氧化鈦的光澤度和耐久度。

2.3.3 鋁包膜

除了硅包膜和鋯包膜外，鋁包膜也是一種很好的提升二氧化鈦耐候性的方法。除此之外，鋁包膜還可以提高二氧化鈦的分散度，提升二氧化鈦產品的質量。同時需要注意的是，在鋁包膜制作過程中，不僅添加速度要控制均勻，并且其攪拌速度也要控制均勻，這樣才能得到致密均勻的鋁包膜。

3 氯化法鈦白粉產品質量的影響因素

3.1 二氧化鈦漿液的分散性

鈦白粉的生產過程包括分散、研磨、分級、包膜步驟，其中分散為第一步，把握好二氧化鈦漿液的分散性就相當于在完成鈦白粉制作道路上邁出了堅實的第一步。因此，要想得到質量上乘的鈦白粉，就必須把握好二氧化鈦漿液的分散性。在漿料之中，二氧化鈦粒子多以原級粒子、絮凝粒子、聚集粒子、附集粒子的形式存在，而這其中又數原級粒子的化學性質最為穩定。因此，要想二氧化鈦漿液通過分散、研磨、分級這三大步驟之后還能最大限度地滿足包膜的需求，就必須使得二氧化鈦粒子多以原級粒子的形式存在。由表1可知，分散劑質量分數在25%～35%時，二氧化鈦粒子粒徑較小且漿液黏度較低，有利于分散。

表1 不同分散劑濃度下漿液黏度及粒子直徑比較

3.2 攪拌強度

無論何種方法來生產鈦白粉，制作過程中必然會涉及攪拌，而攪拌的強度也是決定最終產品質量的重要因素。如果攪拌程度太大，會使得二氧化鈦粒子之間劇烈碰撞，使得剛形成的氧化物沉淀被破壞，難以成型；若攪拌程度太小，會使得二氧化鈦漿液分散度不夠，難以形成完整的包膜。

3.3 研磨過程中研磨介質填充率

研磨過程中必然涉及研磨介質的選擇，不論是硬度、強度還是大小、密度都與研磨效果有著密切的聯系。研磨的過程就是研磨介質與二氧化鈦漿液中的介質相互碰撞，得到大小合適的粒子，這其中涉及碰撞力、剪切力等多種力的作用。除此之外，研磨介質與漿液中的介質發生力的相互作用的前提是要發生接觸，因此，研磨介質的表面積的大小取舍就顯得十分重要了，研磨介質的球形直徑也是一項較為重要的影響因素。綜上，研磨介質填充率對研磨效果有極大的影響，由表2可知，研磨介質填充率越大，研磨所得粒子的直徑就越小，即研磨的效果就越好。

表2 研磨介質不同填充率研磨后所得粒子直徑大小比較

3.4 二氧化鈦漿液的pH

對于二氧化鈦漿液來說，其pH 乃是最后一步成膜的關鍵因素，無論pH 過高還是過低，都會影響到最終的成膜效果，影響最終成品的質量。

以硅包膜為例，對于硅包膜來說，最重要的就是其致密性，唯有做到良好的致密性，才算是完成了表面處理工藝。當pH控制在9-11時，二氧化鈦粒子的分散狀態較高，且硅包膜聚合成型速度較慢，能夠形成均勻致密的硅包膜，此pH 下完成的硅包膜質量最佳。當pH 為7～8時，硅包膜聚集成型速度太快，難以得到致密均勻的包膜。當pH 值為2-3時，硅包膜聚集成型速度也是比較慢的，但是此時的二氧化鈦粒子分散狀態較差，多呈凝集狀態，難以得到致密均勻的硅包膜。

4 結束語

鈦白粉的生產過程中，表面處理是其中必不可少的一環。因此，要想得到耐候性、耐久度和光澤度等多種性質均為理想狀態的鈦白粉，就必須在表面處理工藝的分散、研磨、分級和包膜中都做到嚴格把關，并且嚴格控制二氧化鈦漿液的分散性、攪拌強度、研磨介質填充率和漿液的pH，只有這樣方可得到質量上乘的鈦白粉。