磷鋁雙層包覆制備裝飾紙用鈦白粉的工藝參數研究

王莉萍，許 冉

（龍佰集團股份有限公司，河南 焦作 454006）

0 引言

鈦白粉制備出后，必須對其表面進行包覆處理，提高留著率和耐光性，才能應用于裝飾紙用鈦白粉。本文采用磷鋁雙層包覆方式對鈦白粉表面進行處理，通過試驗確定最佳表面處理劑及工藝參數。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 試驗藥品

未經表面包覆處理金紅石型二氧化鈦漿料，龍佰集團某鈦業公司；偏鋁酸鈉（AR）、硫酸鋁（AR）、氫氧化鈉（AR）、硫酸（AR）、磷酸（AR）、磷酸鹽A（AR）、磷酸鹽B（AR）、磷酸鹽C（AR），國藥集團化學試劑上海有限公司。

1.1.2 試驗儀器

PHSJ-4A 型實驗室pH，蘇州安原儀器有限公司；VEGA3SBH 型掃描電子顯微鏡，泰思肯公司；ESCALAB 250Xi 型X-射線光電子能譜儀，美國熱電公司。

1.2 試驗原理與方法

1.2.1 試驗原理

采用磷酸/磷酸鹽與鋁鹽對金紅石型二氧化鈦漿料進行表面處理，提高鈦白粉產品留著率并具有較好的耐光性[1]。

第一層包覆形成的為磷酸鋁膜，包膜較致密，能改善顏料親水性能，提高在紙張體系的留著率，增強其耐光性。在鋁或鋁化合物與磷酸反應時，可形成氧、磷、鋁等原子之間的短鏈，通過提高反應體系的pH值，可使短鏈迅速凝集成長鏈形成網狀體，具有很高的表面親和力進而可以覆蓋其他顏料。

第二層包覆形成的是水合氧化鋁膜層，可以有效提高顏料光澤度，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較高。

1.2.2 試驗方法

1）磷鋁包覆表面處理劑選擇：采用不同的磷鋁包覆無機處理劑進行包覆試驗，考察水洗后濾餅狀況，確定最佳處理劑。

2）磷鋁包覆表面處理工藝參數的確定。處理步驟：第一步，在二氧化鈦漿料中加入磷酸鹽C，再加入硫酸鋁，混合均勻，加少量堿性鋁中和，調整pH，并進行熟化，此時進行第一層包覆；第二步，加入鋁酸鈉濃度和稀硫酸并流，調整pH，并進行熟化，調節pH 至中性后，完成第二層包覆，結束整個包覆過程；第三步，經水洗、過濾、干燥、粉碎研磨后，取樣品進行性能指標測試。

試驗采用單因素法，物質加入量均為各物質質量分數。

2 結果與討論

2.1 磷鋁包覆表面處理劑的選擇

在其他條件一致情況下，采用不同的磷鋁包覆無機處理劑進行包覆試驗，對水洗后濾餅狀況進行考察，結果如表1 所示。

表1 不同的磷鋁包覆無機處理劑包覆試驗結果

從表1 數據可知，經“磷酸鹽A+偏鋁酸鈉”和“磷酸鹽B+偏鋁酸鈉”兩種處理劑處理后，易引起濾餅觸變，效果不佳，不采用；采用“磷酸+偏鋁酸鈉”處理后，盡管濾餅不觸變，但是濾餅發粘；采用“磷酸鹽C+偏鋁酸鈉”處理后濾餅不觸變，水洗后濾餅加工性能優越。確定最佳表面處理劑為“磷酸鹽C+偏鋁酸鈉”。

2.2 磷鋁包覆表面處理工藝參數的確定

選擇P2O5加入量、第一層包覆鋁加入量、包覆鋁加入總量、第二層包覆熟化pH 值作為影響鈦白粉性能的因素，進行單因素試驗，檢測產品試樣留著率和耐光性ΔE。

2.2.1 P2O5加入量因素對裝飾紙用鈦白粉性能的影響

在其他工藝參數條件一致情況下，對不同P2O5加入量（1.0%、1.2%、1.4%、1.6%、1.8%）進行試驗。產品試樣留著率分別為89.81%、89.11%、88.18%、87.22%、86.10%，耐光性ΔE 分別為0.42、0.47、0.45、0.44、0.42。

試驗結果顯示，P2O5加入量對產品試樣耐光性沒有顯著影響。當P2O5加入量從1.0%增加至1.8%時，產品試樣留著率表現為下降趨勢，在P2O5加入量為1.0%時表現為最大值89.81%。綜合上述分析，確定最佳P2O5加入量為1.0%。

2.2.2 第一層包覆鋁加入量因素對裝飾紙用鈦白粉性能的影響

在其他工藝參數條件一致情況下，對不同第一層包覆鋁加入量（1.0%、1.2%、1.4%、1.6%、1.8%）進行試驗。產品試樣留著率分別為89.02%、88.15%、87.63%、87.04%、85.28%，耐光性ΔE 分別為0.36、0.38、0.45、0.47、0.55。

當第一層包覆鋁加入量從1.0%增加至1.8%時，產品試樣留著率表現為下降趨勢，在加入量為1.0%時表現為最大值89.02%；產品試樣ΔE 值表現為增大趨勢，在加入量為1.0%時ΔE 為最小值0.36，此時耐光性最好。綜合上述分析，確定最佳第一層包覆鋁加入量為1.0%。

2.2.3 包覆鋁加入總量因素對裝飾紙用鈦白粉性能的影響

在其他工藝參數條件一致情況下，對不同包覆鋁加入總量（3.0%、3.5%、4.0%、4.5%、5.0%）進行試驗。產品試樣留著率分別為83.18%、85.14%、87.22%、89.54%、90.18%，耐光性ΔE 分別為0.51、0.48、0.45、0.41、0.34。

當包覆鋁加入量從3.0%增加至5%時，產品試樣留著率表現為增大趨勢，在加入量為5.0%時表現為最大值90.18%；產品試樣ΔE 值表現為下降趨勢，在加入量為5.0%時ΔE 為最小值0.34，此時耐光性最好。綜合上述分析，確定包覆鋁加入總量最佳加入量為5.0%。

2.2.4 第二層包覆熟化pH 值因素對裝飾紙用鈦白粉性能的影響

在確定其他工藝參數條件一致的情況下，對不同第二層包覆熟化pH（5.0、6.0、7.0、8.0、9.0）進行試驗。產品試樣留著率分別為79.53%、87.88%、88.12%、88.89%、87.10%，耐光性ΔE 分別為0.49、0.33、0.46、0.47、0.52。

當第二層包覆熟化pH 從5.0 增加至9.0 時，產品試樣留著率表現為增大、穩定、下降的趨勢，在pH為6.0、7.0、8.0 時的留著率較好；產品試樣ΔE 值表現為先下降后增大趨勢，在熟化pH 為6.0 時ΔE 值為最小值0.33，此時耐光性最好。綜合上述分析，確定第二層包覆熟化pH 為6.0。

2.3 產品試樣性能分析

采用上述最佳表面處理劑及工藝參數制備裝飾紙用鈦白粉，并進行性能檢測及表征。

磷鋁雙層包膜鈦白粉留著率為90.02%、耐光性ΔE 為0.33，而未經表面處理的鈦白粉留著率為72.18%、耐光性ΔE 為2.5。因此，最佳工藝參數制備的磷鋁雙層包膜鈦白粉留著率和耐光性較為理想，與國外高檔裝飾紙用杜邦R-796+鈦白粉留著率和耐光性指標較為接近。

從磷鋁雙層包膜鈦白粉SEM圖片可知，二氧化鈦漿液表面經磷鋁雙層包膜表面處理后，鈦白粉表面光滑、連續、顆粒分明、包覆層明顯，包覆效果理想。

對未經表面處理的鈦白粉和磷鋁雙層包膜鈦白粉采用X-射線光電子能譜儀測定表層元素含量，結果如表2 所示。

表2 不同鈦白粉表層元素含量分析

從表2 數據可知，經表面處理制備的磷鋁雙層包膜鈦白粉中磷和鋁元素質量分數分別增加6.0%、11.3%，鈦元素質量分數降低11.1%，這說明磷鋁雙層包膜鈦白粉表層包膜厚度較大，包覆完整性較好。

3 結語

采用單因素法對磷鋁包覆制備裝飾紙用鈦白粉備工藝參數進行研究。確定“磷酸鹽C+偏鋁酸鈉”為最佳處理劑，最佳工藝參數：P2O5加入量1.0%，第一層包覆鋁加入量1.0%，包覆鋁加入總量5.0%，第二層包覆熟化pH 為6.0。該工藝條件下制備裝飾紙用鈦白粉留著率90.02%、耐光性ΔE 為0.33，SEM和表層元素分析結果表明：磷鋁雙層包膜鈦白粉包膜厚度大、包覆完整性好，是理想的裝飾紙用鈦白粉。