[发明专利]一种高比例替代二氧化钛的无机复合白色颜料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及到一种白色粉体颜料的生产技术领域，具体地讲，涉及到一种高比例替代二氧化钛的无机复合白色颜料的制备方法。

背景技术

颜料级二氧化钛，即钛白粉，是由粒度0.2-0.3μm范围晶相二氧化钛颗粒组成的亚微米级粉体材料。钛白粉产业自20世纪初诞生至今100多年来，已在涂料、塑料、造纸和油墨等众多工业领域得到了广泛应用，是目前公认的性能最佳、应用范围最广和用量占绝对优势的白色颜料。全世界颜料级二氧化钛2009年产量达到550万吨，我国作为目前世界排名第一的生产和消费大国，2011年产量达181.19万吨。目前二氧化钛颜料的份额占白色颜料的90％以上，已成为国民经济众多领域的重要精细化工原料之一。

然而，二氧化钛颜料生产和消费中存在的资源与能源消耗大、环境污染严重和成本价格高等问题也越来越突出。随着全球钛资源的日益紧缺、贫化和社会公众对二氧化钛生产过程环境污染问题的严厉抨击，颜料级二氧化钛生产企业面临着前所未有的挑战与考验，不得不加大成本投入以应对资源和环境问题，而这些措施又成为不断推动产品成本与价格上涨的主因。颜料级二氧化钛价格上涨又导致其应用领域的产品成本增加、企业负担加重，行业发展受到极大制约。在所有针对上述问题的解决措施中，以无机粉体与二氧化钛复合途径制备与颜料级二氧化钛性能相似，且成本低廉的复合白色颜料，并通过实际应用降低二氧化钛用量被认为是目前最有效的措施之一，相关工作多年来一直成为研究热点。

目前，以无机粉体与二氧化钛复合途径制备复合白色颜料主要有化学沉淀包覆复合和机械力化学粒-粒包覆复合方法，其目标均为制备以无机粉体颗粒为包核、二氧化钛为包膜的复合颗粒，利用二氧化钛在复合颗粒表面的光学特性和无机粉体材料的协同效应使复合颗粒及复合粉体形成类似颜料级二氧化钛的性能。

化学沉淀包覆复合方法的原理是：在存在矿物无机粉体的钛盐，如TiOSO₄、TiCl₄的水解体系里，引发钛盐水解，生成非晶态的水合二氧化钛覆盖在无机颗粒表面，再经盐处理和焙烧使复合物表面的水合二氧化钛生成结晶型二氧化钛包膜物，从而制得以无机颗粒表面包覆结晶型二氧化钛为特征的复合颗粒，并由复合颗粒形成集合体，即复合粉体。该方法的优点是可以在无机颗粒表面形成较致密的二氧化钛包覆层，二氧化钛在无机颗粒表面结合牢固。但也存在下列缺点和制约问题：1)包核物表层的水合二氧化钛难以转变成纯金红石晶相；2)钛盐水解为酸性体系，碱性非金属矿物不能作为包核物使用；3)制备过程产生大量酸性废水对环境形成污染。

机械力化学粒-粒包覆复合方法的原理是：借助固体物质在机械研磨中产生的机械力化学效应，引发作为包膜物的细颗粒物质，即二氧化钛，与作为包核物的粗颗粒物质之间的界面反应，由此形成二氧化钛在粗颗粒表面上的包覆，具体包括干法复合和湿法复合工艺。其中，干法工艺简单，但颗粒间团聚现象严重，分散性差，二氧化钛在表面的包覆散乱、无序、不均匀，粒子间反应弱，包覆不完整，由复合颗粒制备的复合粉体材料的颜料性能差且不稳定；湿法工艺中，二氧化钛颗粒在包核颗粒表面的包覆较均匀，且二者间的作用力强，所以，复合粉体颜料性能优良、稳定，以至于和钛白相当。该方法还具有生产过程无环境污染的优点。不过，湿法机械力化学粒-粒包覆复合方法在制备工艺、产品性能设计方面还存在不足与制约问题：1)制备过程耗能较大。其原因有二：矿物实施强力研磨达到微小尺度需要能量较多；为使颗粒在水介质体系中克服彼此排斥作用，达到能够发生化学结合的距离，需要施加较大能量。2)矿物与二氧化钛颗粒彼此间形成化学结合的质点分布不均、识别性差导致化学结合力弱，颜料性能差而不稳定；3)二氧化钛颗粒堆积形成空隙而不利于提高复合颜料性能，并使二氧化钛用量增加。二氧化钛以颗粒状形态分布在包核物颗粒表面，由于颗粒堆积存在空隙，所以，若仅形成二氧化钛的单层包覆，则包核物表面就不能被其完整覆盖。因此，形成复合颗粒很难达到与颜料级二氧化钛相近的性能。若提高复合颗粒的颜料性能，则需增大二氧化钛用量，提高包覆层数，这又使粒度增大。4)制备的矿物-二氧化钛复合粉体材料呈亲水性，脱水干燥困难，用于有机基体时相容性差。因为以上原因，采用机械力化学粒-粒包覆复合方法所得复合颜料，其性能与颜料级二氧化钛往往存在一些差距，并且替代的二氧化钛量十分有限。