[发明专利]一种复合型钛白粉的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化工领域，涉及一种钛白粉的制备方法，尤其涉及一种复合型钛白粉的制备方法。

背景技术

二氧化钛(TiO₂)是一种多晶体型化合物，它有三种晶型：金红石型(rutile)、锐钛矿型(anatase)和板钛矿型(brookite)，其中金红石型TiO₂的热力学稳定性最好，锐钛矿型和板钛矿型TiO₂的热力学稳定性都较差，属亚稳相结构，在600℃以上的焙烧温度亚稳相都可转变为稳定的金红石型结构。

二氧化钛俗称钛白粉，作为目前最好的白色添加剂，具有优异的白度、遮盖力、耐候性等物理化学性能，随着现代化建设的不断进步和人们生活水平的不断提高，钛白粉的市场供应不足，所以价格较高，尤其是在一些应用领域如涂料、塑料等产品中，很大程度上限制了其应用范围。迫于产品成本的压力，国内外都在努力研究和探索复合型钛白粉，以节约钛白粉的内核，将钛白粉的用量降低至最小，从而节约生产成本。

制备复合钛白粉，首先得得到金红石型钛白粉，目前二氧化钛的制备方法有很多，其中液相法主要采用溶胶凝胶法氧化法，同时气相法主要通过惰性气体原位加压法、气相水解法来制备钛白粉，但是钛白粉的制备过程都需要经过晶型的转变制得金红石型TiO₂，而相变过程只能通过高温热处理才能实现。这对于工业生产钛白粉来说，会大大提高对设备材质的要求，同时高温相变所需能量的消耗，都会大大提高生产成本，不利于企业地长远发展。

目前报道的一些制备复合型钛白粉的方法，其中一种方法是以钛盐、氢氟酸、硼酸为原料，在液相体系中，将TiO₂沉积在高岭土颗粒表面，让二氧化钛膜均匀地包覆在高岭土表面，这样可以很大程度地增加高岭土的遮盖力，但此法需要高温热处理，而且生产工艺也很复杂。另一种方法是通过利用自制恒温控制改性反应器，将一定量的超细煤系煅烧高岭土和介质水投入反应器，开启搅拌，使其充分分散，然后逐步加热到所需温度，再滴加一定量的钛盐溶液进行包覆，使生成的二氧化钛颗粒均匀的包覆在高岭土表面。此法很好避免高温条件，就可以包覆一层致密的二氧化钛薄层，但是基体悬浮液的浓度太低，工业化产量太低，造成原料的浪费，使得复合型钛白粉的成本升高。此外，还有一些制备复合钛白粉的专利，如中国专利CN 1052127用硅灰石、二氧化钛、氧化锌、三氧化二铝等与硅氧烷偶联剂进行复合。中国专利CN 103351648A用这重晶石、轻质碳酸钙、硅酸钠、增白剂TA、钛白粉制备得到的复合钛白粉，这些制备方法得到的复合钛白粉的性能能很好作为钛白粉的替代品，应用在塑料、橡胶等领域，很好地改善塑料、橡胶的性能，但是上述方法制备的复合型钛白粉大部分工艺相对比较复杂，产量低，使得生产成本较高，很难实现工业化生产。

发明内容

针对复合型钛白粉生产成本高的问题，本发明提供一种复合型钛白粉的制备方法，其特征在于，所述方法按下述的方案实现：

(1)金红石型钛白粉的制备

称取30～100g固体Ti(NO₃)₄溶于去离子水中，配制成质量浓度为15％的溶液，然后一次性加入三口瓶中；在室温下将2mol/L的氨水溶液滴加到三口瓶中，并不断搅拌，调节到适当pH为6～9时停止滴加氨水溶液，此时生成新鲜的Ti(OH)₄白色沉淀，反应完全后将所得沉淀离心分离，并水洗至体系中无硝酸根离子。然后把Ti(OH)₄沉淀分散在0.5mol/L～2mol/LHCl溶液中，其中在此过程要保证HCl与Ti⁴⁺的摩尔比在3～3.5:1之间，设置温度在35～80℃，回流胶溶5min～4h，所得沉淀离心分离，用无水乙醇和去离子水分别洗三次，然后于100℃烘干，即得到金红石型TiO₂粉末。

(2)复合钛白粉的制备

将经称量的无机矿物粉体与六偏磷酸钠混合均匀，经超细粉磨分散后制成悬浮液投入反应釜，常温搅拌10～30min，同时滴加Na₂SiO₃溶液及Ti(NO₃)₄溶液，并用酸或者碱调节pH值在8～9，滴完后常温下搅拌反应30min～60min，搅拌速度为200～800r/min，再滴加金红石型TiO₂浆液，随后逐步升温至70～90℃，保温反应1～2h后出锅，经抽滤、洗涤、干燥后，得到最终包覆反应产物，即复合钛白粉。