鈦白粉又名二氧化鈦，其物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，是一種常見顏料。它與傳統(tǒng)的鉛白、鋅白、鋅鋇白等白色顏料相比，具有折射率高、消色力強(qiáng)、遮蓋力大、分散性好、白度好、無毒等多種優(yōu)異性能，被稱為白色顏料之王，因此在塑料、橡膠、膠粘劑、涂料、造紙、陶瓷等需要白色顏料的工業(yè)領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用。

白色顏料之王：鈦白粉

但未經(jīng)過包覆處理的鈦白粉光化學(xué)穩(wěn)定性不佳，在紫外的照射下容易產(chǎn)生變色、失光和粉化等弊病，同時(shí)未處理的鈦白粉在應(yīng)用領(lǐng)域中如涂料油墨因其潤(rùn)濕分散性較差，會(huì)產(chǎn)生顏填料浮色發(fā)花、絮凝以及容易沉淀等各種弊病，限制產(chǎn)品的應(yīng)用范圍。因此，鈦白粉的表面處理，即無機(jī)包覆，是應(yīng)用前的關(guān)鍵一步。

包覆層的選擇

對(duì)于鈦白粉無機(jī)包覆產(chǎn)品，其應(yīng)用性能較大程度上取決于包覆層的微觀結(jié)構(gòu)。因此研究清楚鈦白粉表面不同包覆層對(duì)提升分散穩(wěn)定性能、耐光性能及耐候性能等方面的作用機(jī)理，是鈦白粉產(chǎn)品應(yīng)用性能優(yōu)化的重要技術(shù)基礎(chǔ)。

1.氧化鋁包覆鈦白粉

水合氧化鋁包覆處理是鈦白粉生產(chǎn)工藝中常見的表面處理方式之一，包覆處理后的鈦白粉能明顯提升鈦白粉的分散穩(wěn)定性與及其他綜合應(yīng)用性能。當(dāng)氧化鋁包覆層為勃姆石結(jié)構(gòu)，且其連續(xù)性與孔隙度越高，則絮狀結(jié)構(gòu)越顯著，鈦白粉包覆氧化鋁樣品在水性體系中的分散穩(wěn)定性能越優(yōu)。

鈦白粉顆粒表面被包覆了一層均勻的水合氧化鋁薄膜

提升分散性能的機(jī)理：

①鈦白粉顆粒表面絮狀或纖維狀水合氧化鋁包覆層的形成阻礙了鈦白粉顆粒間碰撞團(tuán)聚，維持了鈦白粉顆粒在水性體系中的空間穩(wěn)定；

②連續(xù)絮狀水合氧化鋁在鈦白粉顆粒表面的形成，顯著提升了顆粒表面的羥基含量，增加了顆粒表面的潤(rùn)濕性，加速其在水性體系中的分散；

③鈦白粉顆粒表面連續(xù)絮狀包覆層的形成，增加了鈦白粉顆粒表面的zeta電位，增強(qiáng)了顆粒間的靜電斥力，阻礙了顆粒間的團(tuán)聚

2.二氧化硅包覆鈦白粉

水二氧化硅包覆處理也是鈦白粉生產(chǎn)工藝中常見的表面處理方式之一，鈦白粉表面二氧化硅包覆層可阻礙其與周圍介質(zhì)及外界環(huán)境之間的直接接觸，提升鈦白粉的耐候性能。

鈦白粉表面二氧化硅包覆層物相結(jié)構(gòu)為無定型水合二氧化硅，其微觀結(jié)構(gòu)主要取決于水合二氧化硅一次粒子在鈦白粉顆粒表面的吸附、成膜與聚合過程。以酸溶穩(wěn)定性能為耐候性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)，二氧化硅包覆鈦白粉樣品包覆層連續(xù)性越高致密性越好，包覆層越厚所得包覆樣品的耐候性能越優(yōu)。

二氧化鋯包覆鈦白粉TEM圖

提升耐候性能的機(jī)理：

①二氧化硅包覆層可以有效阻礙酸性物種對(duì)鈦白粉內(nèi)核的直接侵蝕，減緩?fù)饨绛h(huán)境變化造成鈦白粉內(nèi)核的風(fēng)化；

②二氧化硅包覆層可以抑制鈦白粉晶體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化，提升鈦白粉的結(jié)構(gòu)與熱穩(wěn)定性能

3.二氧化鋯包覆鈦白粉

鈦白粉具有一定的光催化活性，可以吸收紫外光產(chǎn)生活性基團(tuán)，致使周圍有機(jī)介質(zhì)發(fā)生降解，降低產(chǎn)品的使用壽命。二氧化鋯折射率高（2.170），且對(duì)紫外光的吸收能力極弱。因此，在鈦白粉顆粒表面包覆連續(xù)致密二氧化鋯，既能降低紫外光的吸收，又能阻礙活性基團(tuán)與周圍介質(zhì)及外界環(huán)境之間的直接接觸，提升鈦白粉的耐光性能。若以耐光性能為評(píng)價(jià)指標(biāo)，二氧化鋯包覆鈦白粉樣品表面包覆層連續(xù)均勻性越好則致密性越高，包覆樣品的耐光性能越優(yōu)。

二氧化鋯包覆鈦白粉TEM圖

提升耐光性能機(jī)理：

①連續(xù)均勻致密二氧化鋯包覆層阻礙鈦白粉界面活性基團(tuán)與有機(jī)物的接觸；

②降低光生電子-空穴對(duì)的產(chǎn)生與分離幾率，阻礙光生電子向顆粒表面遷移，加速光生電子-空穴對(duì)復(fù)合；

③降低顆粒表面羥基含量，從而降低二氧化鋯包覆鈦白粉表面活性基團(tuán)的生成速率，減緩其對(duì)周圍有機(jī)物的氧化降解。

4.磷酸鋁包覆鈦白粉

鋁基材料作為較好的電子受體，可湮滅鈦白粉吸收紫外光激發(fā)產(chǎn)生的光生電子，抑制活性基團(tuán)的產(chǎn)生，改善耐光性能；而磷酸根的引入可調(diào)節(jié)鈦白粉顆粒的表面電位，改善分散穩(wěn)定性能。因此，在鈦白粉表面包覆磷酸鋁可同時(shí)提升鈦白粉的耐光性能及分散穩(wěn)定性能。

提升耐光性能的機(jī)理：

①連續(xù)致密磷酸鋁包覆層阻礙鈦白粉界面活性基團(tuán)與有機(jī)物的接觸；

②降低光生電子-空穴對(duì)的產(chǎn)生與分離速率，加速電子的湮滅，阻礙光生電子向顆粒表面遷移從而降低復(fù)合樣品表面活性基團(tuán)（羥基自由基、超氧根自由基等）生成速率，減緩其對(duì)周圍有機(jī)物的降解。

提升水性體系分散穩(wěn)定性能的機(jī)理：

①連續(xù)磷酸鋁包覆層通過降低鈦白粉顆粒表面能增加顆粒表面潤(rùn)濕性，促進(jìn)其在水性體系中的分散；

②提升鈦白粉表面的電負(fù)性，增加顆粒間的靜電斥力，阻礙顆粒間的團(tuán)聚

5.其他

除了以上提及的包覆層選擇外，根據(jù)其他不同工業(yè)領(lǐng)域?qū)Ξa(chǎn)品應(yīng)用性能的需求，近年來國(guó)內(nèi)外研究人員也開發(fā)了不同種類鈦白粉表面無機(jī)包覆新產(chǎn)品，如二氧化鈰、二氧化錫等。其中，前者能起到提升鈦白粉耐光性能的作用，后者則是一種相對(duì)成熟的工業(yè)級(jí)制備導(dǎo)電鈦白粉的方法。

鈰氧化物包覆金紅石型鈦白粉 TEM 圖

總結(jié)

總之，鈦白粉特性雖可從表面包覆氧化物的處理來區(qū)分，但表面處理過程中還會(huì)涉及到包覆層微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控、 包覆層微觀結(jié)構(gòu)與應(yīng)用性能的關(guān)系、各應(yīng)用性能的提升機(jī)制等方面的研究。因此還需要更多相關(guān)的研究，才能制備出更高質(zhì)、合適的包覆鈦白粉產(chǎn)品。

資料來源：

董雄波,張祥偉,劉曉瑞,等. 無機(jī)包覆鈦白粉研究進(jìn)展及發(fā)展趨勢(shì)[J]. 無機(jī)鹽工業(yè),2020,52(10):30-36. DOI:10.11962/1006-4990.2020-0494.

梁艷,傅正彥. 水合氧化鋁包覆鈦白粉的工藝研究[J]. 化工管理,2022(23):159-161. DOI:10.19900/j.cnki.ISSN1008-4800.2022.23.047.

馮煒光,李海艷,楊振,等. 鈦白粉表面包覆水合氧化鋁的工藝及性能研究[J]. 云南冶金,2018,47(1):46-49,76. DOI:10.3969/j.issn.1006-0308.2018.01.011.

陳隆,侯清麟,段海婷,等. 鈰氧化物包覆金紅石型鈦白粉的耐候性研究?[J]. 功能材料,2016,47(12):12217-12221. DOI:10.3969/j.issn.1001-9731.2016.12.037.

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