摘要：實驗室包覆有機物通常采用高速分散濕法、振蕩分散法、汽粉機粉碎法。三種常用方法都能在鈦白粉表面包覆有機物，但其中包覆工藝不同，決定了包覆質量也不同。本文采用同種有機物對鈦白粉進行三種包覆方法，對比其包覆方法，找出其優缺點。

關鍵詞：鈦白粉；有機硅；表面包覆；粒徑

引言

TiO₂，俗稱鈦白粉，是一種多晶型化合物，自然界中主要有板鈦型、銳鈦型、金紅石型三種晶型。其物理化學特性穩定，無毒無害，具有較高的白度，高遮蓋，優異的光澤度和消色力等，廣泛應用于涂料、油墨、塑料、造紙、橡膠、化纖、化妝品等工業^[1~2]。由于二氧化鈦晶型結構特點導致本身存在光化學活性缺陷（肖特基缺陷），從而影響二氧化鈦應用性能。因此在實際應用中需要對二氧化鈦進行表面包覆處理，已屏蔽紫外光對其造成的光催化作用。通常先進行無機表面包覆處理，提高其耐候性，分散性等；后進行有機表面包覆處理^[3~4]。進一步提高分散性，光澤度等。

目前，同常先采用硅、鋁、鋯、鈦等無機鹽進行TiO₂表面無機包覆，提高其分散性、耐候性、光澤度等，然后在采用胺類化合物、多元醇、有機硅化合物、有機酸鹽等進行TiO₂有機包覆。進一步提高其分散性^[5]。實驗室通常采用高速攪拌濕法包覆有機物、振動混勻法包覆有機物、汽粉法包覆有機物。本文針對三種方法進行試驗對比分析，探討三種包覆方法優缺點，為實驗室包覆TiO₂有機物提供參考。

1.實驗部分

1.1試劑與儀器

1.1.1主要原料和試劑

實驗中使用的原料及主要試劑見表1。

表1原料及主要試劑

Table 1 Raw Materials and Main Reagents.

1.1.2主要設備和儀器

實驗中使用的主要設備和儀器見表。

表2主要設備和儀器

Table 2 Main Equipment and Instruments.

1.2實驗流程

圖1 工藝流程圖

Fig. 1 Process Flow Chart.

氯化法鈦白粉漿料經過前期中和砂磨分散，進行無機Si、Al包膜，然后壓濾得到此次實驗的濾餅料。濾餅料分三種工藝進行TME有機包覆。

1.3實驗方法

1）漿料中和：配置7L濃度為350g/L的氯化法鈦白粉漿料，加入濃度為50g/L的六偏磷酸鈉15mL，攪拌調節漿料PH為10.0-10.5。

2）砂磨分散：將中和后的漿料用實驗室型砂磨機進行研磨分散，漿料循環研磨15min，研磨轉速為2000r/min。測定研磨分散后的鈦白粉漿料粒徑^[8]。

3）包硅實驗：量取5L砂磨后漿料倒入單層玻璃反應釜中，開啟攪拌轉速設定為150r/min，水浴升溫到漿料溫度為60℃。用1mol/L硫酸溶液和1mol/L氫氧化鈉溶液調節漿料溶液pH值為10.0~10.5，攪拌分散5min，移取定量的硅酸鈉溶液（以SiO2計濃度為100g/L）加入單層玻璃反應釜中，陳化20min。

4）包鋁實驗：移取適量偏鋁酸鈉溶液（以Al2O3計濃度為100g/L）緩慢加入單層玻璃反應釜中，陳化15min后，再取適量硫酸鋁溶液（以Al2O3計濃度為250g/L）緩慢加入單層玻璃反應釜中，陳化15min，用1mol/L硫酸溶液和1mol/L氫氧化鈉溶液滴定漿料溶液pH值為5.5~6.5，陳化20min。

5）壓濾洗滌：將包膜后的漿液用實驗室隔膜壓濾機進行壓濾，漿料倒入壓濾機后用60℃除鹽水洗滌至電導率小于100μs/cm，得到濾餅。稱取1000g濾餅配置成500g/L的漿料待用，剩余濾餅取到不銹鋼瓷盤中，調節電熱恒溫鼓風干燥箱溫度到145℃持續干燥12h，冷卻后干燥鈦白粉用高速分散機進行粗粉。

6）高速分散包覆TME：將壓濾后配置的500g/L漿料放在高速分散機分散缸內，調節高速分散機轉速為3000r/min，加入適量的TME高速分散30min。分散后將料方法不銹鋼瓷盤中，調節電熱恒溫鼓風干燥箱溫度到145℃持續干燥12h，冷卻后干燥鈦白粉用高速分散機進行初打粉，后用實驗室型氣流粉碎機進行粉碎，粉碎介質為除油除濕壓縮空氣，粉碎壓力為1.0MPa，進料壓力為0.8MPa；得到1號樣品。

7）振蕩分散包覆TME：稱取鈦白粉粗粉500g，加入適量的TME振蕩分散30min。后用實驗室型氣流粉碎機進行粉碎，粉碎介質為除油除濕壓縮空氣，粉碎壓力為1.0MPa，進料壓力為0.8MPa；得到2號樣品。

8）汽流粉碎包覆TME：稱取鈦白粉粗粉500g，用實驗室型氣流粉碎機進行粉碎，粉碎介質為除油除濕壓縮空氣，粉碎壓力為1.0MPa，進料壓力為0.8MPa；并在汽粉機出口加入適量的TME（TME由計量泵輸送），得到3號樣品。

1.4性能表征與測試

1.4.1粒度測試

粒徑測試：稱取0.1g鈦白粉成品樣溶于40ml蒸餾水中，滴加5‰的六偏磷酸鈉，在磁力攪拌器上攪拌3min，而后放入超聲波清洗器中超聲3min。采用Malvern Mastersizer2000激光粒度儀檢測，測量三次取平均結果。

1.4.2分散性測試

檢測樹脂為固含量為40%的長油醇酸樹脂。

振蕩分散：分散性檢測按照《顏料和體質顏料評定分散性用的分散方法第2部分：用振蕩磨分散》ISO 8780-2：1990標準測定，檢測參數：顏料含量為40%，分散時間10min；顆粒數的計算為刮板細度計上25-50刻度之間的顆粒數。

高速攪拌分散：分散性按照《顏料和體質顏料評定分散性用的分散方法第3部分：用高速攪拌機分散》ISO 8780-3：1990標準測定，檢測參數：顏料含量為70%，分散線速度為10.5m/s，高速分散時間10min；粗顆粒的計算為75μm槽深1平方英寸面積的顆粒數；細顆粒的計算為25μm槽深1平方英寸面積的顆粒數。

1.4.3顏色測試

漆膜顏色：制成全遮蓋的漆膜后按照《涂膜顏色的測量方法第二部分：顏色測量》GB/T 11186.2-1989標準檢測；

對比率：在標準的黑白卡紙上涂覆濕膜，恒溫恒濕處理后得到19μm厚度干膜，按照《白色和淺色漆對比率的測定》GB/T 23981-2009標準檢測；

光澤：在玻璃板上采用《色漆和清漆不含金屬顏料的色漆漆膜20°、60°和85°鏡面光澤的測定》GB/T 9754-2007標準制樣和檢測。

2.結果與討論

2.1粒徑測試結果

圖2粒徑分布圖

Fig. 2 Particle Size Distribution Map.

圖3粒徑測試圖

Fig 3. Particle Size Test Diagram.

二氧化鈦粒子大小在氧化階段已經固定，由于粒子之間相互吸引使二氧化鈦顆粒結集團聚，砂磨過程只是把團聚打開，經過包膜壓濾一些列工藝后，鈦白粉可以又產生二次團聚，所以采用汽粉進行粉碎。激光粒徑分析儀是根據激光在被測顆粒表面發生散射，散射光的角度和光強會因顆粒尺寸的不同而不同，根據米氏散射和弗氏衍射理論。^[7~8]可以進行粒徑分析。從圖2、3可以看出3個樣品粒徑相差不大，進一步說明砂磨汽粉工藝不能改變粒子形貌大小，只能打開團聚，起到解聚作用。測試結果D50、D90對比，3號樣品汽粉效果相對好一點，粒徑更集中。

2.2三個鈦白粉樣品分散性測定對比

圖4分散性測試圖

Fi高 4. Dispersion Test Diagram.

由圖4可以看出：振動法分散性高于高速攪拌法分散性，說明在應用體系中，振蕩分散更有利于鈦白粉分散，但高速攪拌分散方法簡單，效率更高。顆粒數多少能客觀的反應樣品分散情況，振蕩分散中未看到粗顆粒，總體情況為3號樣品分散性最好1號樣品次之，分散性最差為2號樣品。說明樣品采用不同的有機包膜方法，樣品應用體系中分散性有明顯差別。

2.3三個鈦白粉樣品色差性能測定對比在15%PVC（顏料體積濃度）的丙烯酸油漆中的性能對比

圖5顏色測試圖

Fig 5 Color Test Diagram.

樣品顏色主要由顆粒形貌、包膜配方、顏料配方所決定，本文針對同一漿料、同一包膜配方研究，樣品各項顏色指標相差不算大，但三種包覆有機方法之間還是有一些差異。由圖5可以看出，3個樣品遮蓋力相差不大，說明遮蓋力主要受粒子形貌影響，涂層厚度在此不做討論。3號樣品L*值和白度、光澤度均比1號2號好，與分散性相呼應，說明樣品分散性與各項應用指標有著密切關系。

3.結論

本文對氯化法鈦白粉基料做中和砂磨分散處理，在進行無機包覆后，分三種方法進行有機包覆的實驗研究，最終測試成品各項指標，得到以下結論：

1） 采用微型汽粉機和高速攪拌機包膜TME的樣品比采用振蕩包覆TME的樣品粒徑更均勻集中。

2） 汽粉機包覆TME分散性優于高速攪拌包覆和振蕩包覆。

3） 由于汽粉包覆分散性好，樣品的白度、亮度、光澤度相對偏高。

4） 遮蓋力主要取決于粒子本身大小，同一個樣遮蓋力相差較小。

參考文獻

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粉體圈 易辰