專利名稱：包覆型鈦白粉材料及制備方法
技術領域：
本發明屬于鈦白粉材料領域，尤其涉及一種由納米級鈦白粉與礦粉填料包覆形成的包覆型鈦白粉材料及制備方法。
背景技術：
為了使塑料的色彩更美觀，常在塑料中加入一定量的色料。由于鈦白粉白度高，遮蓋力大，具有良好的不透明度和化學穩定性，加入鈦白粉后，可以提高塑料的耐熱性、耐光性、耐候性，改善其物理化學性能，增強力學性能，延長使用壽命。但由于鈦資源短缺，成本較高，有必要尋求鈦白粉的代用品，以降低鈦白粉的用量。已經有多篇文獻報道利用鈦鹽水解，在礦物粉體表面包覆一層TiA膜(J ApplPolym Sci，2004，91 4037-4046、J Braz Chem Soc，1998，9 199-210、J PolymSciA Polym Chem ， 2000 ， 38 3900-3910、J Appl Polym Sci ， 2001 ， 82 703-723)，而目前將TW2顆粒直接包覆到礦物粉體表面的報道較少。2009年，王吉等人在《化工新型材料》公開了通過粉體包覆粉體的方法將T^2粒子包覆到無機礦物顆粒表面，充分發揮鈦白粉外表面的作用，節省鈦白粉內核量，具體方法如下選用無機礦物粉體為基料，以官能化金紅石型TW2漿液為成膜物質，以KM-10為官能化助劑，制備無機礦物粉體/ TiO2復合粒子，重量配比為m( TiO2漿液)m( KM-10) m(硅酸鋁)=0.25 0.05 1，包覆產物的遮蓋力可達59.9g/cm2，TiO2通過化學鍵包覆在無機礦物粉體表面，且顆粒狀產物呈球形結構，分散性良好，平均粒徑約為Ι.Ομπι，然而由于1102納米材料的顆粒較小、比表面積大、表面能高、容易團聚，為了實現良好的分散，制備過程比較復雜，需要制備懸浮液、添加官能化助劑和催化劑、硫酸調ΡΗ，還需要升溫、抽濾、干燥等操作，過程比較繁瑣，不適合工業生產。因此，有必要尋求一種更加簡單便捷的工藝，通過粉體包覆粉體方法，制備出一種遮蓋力較大、適合工業生產、成本較低的包覆型鈦白粉材料。
發明內容
本發明的目的在于克服上述問題，提供一種遮蓋力較大、顆粒分散性良好、成本低、適用于工業化生產的包覆型鈦白粉材料，其中包覆型鈦白粉材料是指在礦粉填料表面包覆納米級TW2的材料。本發明的另一個目的在于提供上述的包覆型鈦白粉材料的制備方法。本發明是在普通礦粉填料表面包覆一層鈦白粉，使粉體不僅具有很好的遮蓋力和分散性，而且成本低、便于工業生產，具體的方式為將鈦白粉和礦粉填料按比例混合，通過桶形承料轉子高速旋轉，使料層通過轉子和圓形定子之間的窄小間隙，使料層承受巨大的沖擊、壓縮、剪切力并產生局部高溫，形成局部等離子體，使兩種材料融合在一起，將子顆粒融合在大顆粒上，同時顆粒發生變形，使顆粒向球形方向發展，從而形成了包覆型鈦白粉材料。礦粉填料的莫氏硬度小于3，粒徑為鈦白粉的10倍。這種包覆型鈦白粉材料有很好的遮蓋力和白度，將其添加到塑料材料中，它能夠得到充分的分散，避免團聚，使得它與塑料材料間形成接觸和相互作用，達到了純鈦白粉的效果，同時又大大降低了成本。為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案為包覆型鈦白粉材料，其特征在于由礦粉填料層和包覆于礦粉填料層表面的鈦白粉層構成。前述的包覆型鈦白粉材料，所述的鈦白粉層為納米級Ti02。前述的包覆型鈦白粉材料，所述的礦粉填料和鈦白粉的粒徑為10:1。前述的包覆型鈦白粉材料，所述的礦粉填料的莫式硬度為1-3。前述的包覆型鈦白粉材料，礦粉填料與鈦白粉的重量比為80 :20。前述的包覆型鈦白粉材料，在包覆型鈦白粉材料中鈦白粉重量百分含量超過20%時，包覆型鈦白粉材料的遮蓋力測量值為31. 7-32. 8 g/cm2。制備前述的包覆型鈦白粉材料的方法，其特征在于通過分散機的桶形承料轉子高速旋轉剪切使鈦白粉包覆于礦物填料表面。前述的制備包覆型鈦白粉材料的方法，包括如下步驟(1)將鈦白粉和礦粉填料按比例混合；(2)將(1)所得混合物放入分散機，使料層承受巨大的沖擊、壓縮、剪切力并產生局部高溫，兩種材料融合成顆粒，顆粒變為球形，從而形成包覆型鈦白粉材料。本發明使用簡單的機械超剪切方法，通過桶形承料轉子高速旋轉產生的剪切力等制得包覆型鈦白粉材料。與現有的懸浮、過濾、復雜化學反應相比，工藝簡單、適合工業生產，且能獲得遮蓋力較大、分散性好的包覆型鈦白粉材料。包覆型鈦白粉材料的核心為簡單、易得且經濟的礦粉填料，降低了成本；包覆型鈦白粉材料還具有良好的遮蓋力和白度。
具體實施例方式一包覆型鈦白粉材料的制備及檢測
使用的材料要求礦粉填料，包括滑石粉、高嶺土、膨潤土或硅酸鋁，粒徑為2-3mm，除了硅酸鋁外其余礦粉填料的莫氏硬度為1-3 ；鈦白粉，粒徑0.2-0. 3mm。使用的設備分散機。主要制備過程將鈦白粉和礦粉填料按比例混合，通過分散機的高速剪切，融合成了包覆型鈦白粉材料。具體工藝參數為轉速1500-3000轉/分，溫度80-150°C，壓力3-8MPa，停留時間為5-10分鐘。包覆型鈦白粉材料的制備分為四組，實驗的具體配方見表1-表4，其中配方是按質量百分比配比，表1-表4分別對應實施例1-4。實施例1將鈦白粉和滑石粉按不同質量比例混合，通過分散機高速剪切融合成不同的包覆型鈦白粉，具體鈦白粉與滑石粉的質量比分別為10:90，15:85，20:80，30:70，50:50，具體工藝參數為轉速1500-3000轉/分，溫度80-150°C，壓力3_8MPa，停留時間為5-10分鐘。實施例2 將鈦白粉和高嶺土按不同質量比例混合，通過分散機高速剪切融合成不同的包覆型鈦白粉，具體鈦白粉與高嶺土的質量比分別為10:90，15:85，20:80，30:70，50:50，具體工藝參數為轉速1500-3000轉/分，溫度80_150°C，壓力3_8MPa，停留時間為5-10分鐘。實施例3 將鈦白粉和膨潤土按不同質量比例混合，通過分散機高速剪切融合成不同的包覆型鈦白粉，具體鈦白粉與膨潤土的質量比分別為=10:90,15:85,20:80,30:70,50:50，具體工藝參數為轉速1500-3000轉/分，溫度80_150°C，壓力3_8MPa，停留時間為5-10分鐘。實施例4 將鈦白粉和硅酸鋁按不同質量比例混合，通過分散機高速剪切融合成不同的包覆型鈦白粉，具體鈦白粉與硅酸鋁的質量比分別為10:90，15:85，20:80，30:70，50:50，具體工藝參數為轉速1500-3000轉/分，溫度80_150°C，壓力3_8MPa，停留時間為5-10分鐘。鈦白粉和礦粉填料完成包覆后需側量遮蓋力，遮蓋力檢測方式由黑白格玻璃板和自制暗箱測得，測量結果見表1-表3，遮蓋力單位為g/cm2，其中表1為不同配比鈦白粉與滑石粉的包覆粉體(即包覆型鈦白粉材料)遮蓋力測試結果，表2為不同配比鈦白粉與高嶺土的包覆粉體的遮蓋力測試結果，表3為不同配比鈦白粉與膨潤土的包覆粉體的遮蓋力測試結果，表4為不同配比鈦白粉與硅酸鋁的包覆粉體的遮蓋力測試結果。表1 不同配比鈦白粉與滑石粉的包覆粉體遮蓋力測試結果
粉體名稱試樣1試樣2試樣3試樣4試樣5試樣6鈦白粉(％)1015203050100滑石粉(％)9085807050遮蓋力(g/cm2)59. 643. 831. 931. 731. 729. 5
表2 不同配比鈦白粉與高嶺土的包覆粉體的遮蓋力測試結果
粉體名稱試樣1試樣2試樣3試樣4試樣5鈦白粉(％)1015203050高嶺土(％)9085807050遮蓋力(g/cm2)60. 245. 232. 232. 031. 7
表3 不同配比鈦白粉與膨潤土的包覆粉體的遮蓋力測試結果
粉體名稱試樣1試樣2試樣3試樣4試樣5鈦白粉(％)1015203050膨潤土(％)9085807050遮蓋力(g/cm2)59. 944. 232. 832. 131. 9
表4 不同配比鈦白粉與硅酸鋁的包覆粉體的遮蓋力測試結果
粉體名稱試樣1試樣2試樣3試樣4試樣5鈦白粉(％)1015203050硅酸鋁(％)9085807050遮蓋力(g/cm2)118. 6101. 383. 279. 955. 6
由表1-表3可知，莫氏硬度小于3的礦粉填料(如滑石粉、膨潤土、高嶺土)為包覆核心的包覆型鈦白粉材料，遮蓋力隨著鈦白粉含量的增加而增加(遮蓋力的測量數值越小說明遮蓋力越大)，當鈦白粉的質量含量達到20%時(即鈦白粉與礦粉填料的重量百分配比為20 :80)，遮蓋力達到最大，當鈦白粉的質量含量超過20%時，遮蓋力趨于平穩，變化不大；同時莫氏硬度越低，遮蓋力的值越小，而遮蓋力越大，當礦粉填料為莫氏硬度最低的滑石粉且鈦白粉的含量為20%時，其遮蓋力已與純鈦白粉接近。由表4與表1-3對比可知，由莫氏硬度很大的硅酸鋁制備的包覆型鈦白粉材料的遮蓋力數值很大，說明遮蓋力很小，這是由于作為核殼的硅酸鋁是莫氏硬度很大的粉體，通過桶形承料轉子高速旋轉剪切法很難發生形變以及融合粘結，從而沒有實現粉體包覆粉體的效果。二包覆型鈦白粉材料白度的分析使用的材料要求聚丙烯為不同流動性的均聚和共聚的聚丙烯，用量為100% (質量分數)，其中共聚丙烯的共聚單體常見為乙烯，乙烯含量在4-lOmoW)的范圍內，聚丙烯的熔體流動速率在230°C X 2. 16kg的溫度和壓力下為5-50g/10min，更為常用為5-30g/10min ；包覆型鈦白粉材料，其中被包覆的粉體為滑石粉，包覆的粉體鈦白粉的質量含量為20%。本部分分兩個實施例敘述，即實施例5和實施例6，下面為實施例5的多個試樣的具體配方和制備過程。實施例5
實施例5公開了普通純鈦白粉與聚丙烯形成的復合材料的制備，該復合材料用于測試材料白度。本實施例5使用純鈦白粉，因此作為對比實施例。實施例5包含不同純鈦白粉配比的試樣。參見表5。試樣1
按重量比取聚丙烯100%、鈦白粉1%在高速混合器中干混3-5分鐘，之后，再在雙螺桿擠出機中經熔融擠出，造粒，制得聚丙烯復合材料的粒料，其工藝控制條件為一區180 190°C，二區 200 210°C，三區 200 210°C，四區 210 215°C，五區 210 215°C，六區210 215°C，七區 215 225°C，八區 215 225°C，九區 215 225°C，十區 215 225°C;停留時間為1-2分鐘，壓力為12-18MPa。試樣2
按重量比取聚丙烯100%、鈦白粉2. 5%在高速混合器中干混3-5分鐘，之后，再在雙螺桿擠出機中經熔融擠出，造粒，制得聚丙烯復合材料的粒料，其工藝控制條件為一區180 190°C，二區 200 210°C，三區 200 210°C，四區 210 215°C，五區 210 215°C，六區210 215°C，七區 215 225°C，八區 215 225°C，九區 215 225°C，十區 215 225°C;停留時間為1-2分鐘，壓力為12-18MPa。試樣3
按重量比取聚丙烯100%、鈦白粉4%在高速混合器中干混3-5分鐘，之后，再在雙螺桿擠出機中經熔融擠出，造粒，制得聚丙烯復合材料的粒料，其工藝控制條件為一區180 190°C，二區 200 210°C，三區 200 210°C，四區 210 215°C，五區 210 215°C，六區210 215°C，七區 215 225°C，八區 215 225°C，九區 215 225°C，十區 215 225°C;停留時間為1-2分鐘，壓力為12-18MPa。試樣4
按重量比取聚丙烯100%、鈦白粉5. 5%在高速混合器中干混3-5分鐘，之后，再在雙螺桿擠出機中經熔融擠出，造粒，制得聚丙烯復合材料的粒料，其工藝控制條件為一區180 190°C，二區 200 210°C，三區 200 210°C，四區 210 215°C，五區 210 215°C，六區210 215°C，七區 215 225°C，八區 215 225°C，九區 215 225°C，十區 215 225°C;停留時間為1-2分鐘，壓力為12-18MPa。試樣5
聚丙烯100%、鈦白粉7%在高速混合器中干混3-5分鐘，之后，再在雙螺桿擠出機中經熔融擠出，造粒，制得聚丙烯復合材料的粒料，其工藝控制條件為一區180 190°C，二區200 210°C，三區 200 210°C，四區 210 215°C，五區 210 215°C，六區 210 215°C，七區215 225°C，八區215 225°C，九區215 225°C，十區215 225°C ；停留時間為1-2分鐘，壓力為12-18MPa。實施例6
與實施例5相比，實施例6中將純鈦白粉改為包覆型鈦白粉材料，其余配方組成、工藝條件及試樣個數與實施例5 —樣。實施例6公開了包覆型鈦白粉材料與聚丙烯的復合材料的制備。參見表6。
通過實施例5和6制得聚丙烯復合材料的粒料后，需進行制樣以用于測試材料白度，制樣過程為將按上述方法完成造粒的粒子材料事先在90 100°C的鼓風烘箱中干燥2 3小時，然后再將干燥好的粒子材料在注射成型機上進行注射成型制樣，樣板尺寸為80*40*2. 5mm。檢測方法顏色空間的3個變量L、a、b由型號為柯尼卡美能達CM-2500C的分光測色計測得。通過L、a、b比較材料白度，其中L表示顏色深淺，a表示紅綠，b表示黃藍。兩個實施例的各試樣的配方及分光測色計L、a、b測試結果見表5和表6。表5 實施例5的試樣1-5配方及材料L、a、b值
權利要求
1.包覆型鈦白粉材料，其特征在于由礦粉填料層和包覆于礦粉填料層表面的鈦白粉層構成。
2.根據權利要求1所述的包覆型鈦白粉材料，其特征在于所述的鈦白粉層為納米級Ti02。
3.根據權利要求1所述的包覆型鈦白粉材料，其特征在于所述的礦粉填料和鈦白粉的粒徑為10:1。
4.根據權利要求1所述的包覆型鈦白粉材料，其特征在于所述的礦粉填料的莫式硬度為1-3。
5.根據權利要求1所述的包覆型鈦白粉材料，其特征在于礦粉填料與鈦白粉的重量比為80 :20ο
6.根據權利要求1所述的包覆型鈦白粉材料，其特征在于在包覆型鈦白粉材料中鈦白粉重量百分含量超過20%時，包覆型鈦白粉材料的遮蓋力測量值為31. 7-32. 8 g/cm2。
7.制備權利要求1-5所述的包覆型鈦白粉材料的方法，其特征在于通過分散機的桶形承料轉子高速旋轉剪切使鈦白粉包覆于礦物填料表面。
8.根據權利要求7所述的包覆型鈦白粉材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟(1)將鈦白粉和礦粉填料按比例混合；(2)將(1)所得混合物放入分散機，使料層承受巨大的沖擊、壓縮、剪切力并產生局部高溫，兩種材料融合成顆粒，顆粒變為球形，從而形成包覆型鈦白粉材料。
全文摘要
本發明屬于鈦白粉材料領域，尤其涉及一種包覆型鈦白粉材料及制備方法。包覆型鈦白粉材料由礦粉填料層和包覆于礦粉填料層表面的鈦白粉層構成，鈦白粉層為納米級TiO2，礦粉填料與鈦白粉的重量比為8020。包覆型鈦白粉材料的制備方法，包括如下步驟將鈦白粉和礦粉填料按比例混合；將所得混合物放入分散機，使料層承受巨大的沖擊、壓縮、剪切力并產生局部高溫，兩種材料融合成顆粒，顆粒變為球形，從而形成包覆型鈦白粉材料。本發明使用簡單的機械超剪切方法，通過桶形承料轉子高速旋轉產生的剪切力等制得包覆型鈦白粉材料。與現有的懸浮、過濾、復雜化學反應相比，工藝簡單、成本較低、適合工業生產，且能獲得遮蓋力較大、分散性好的包覆型鈦白粉材料。
文檔編號C09C3/06GK102558919SQ20111045272
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月30日 優先權日2011年12月30日
發明者丁賢麟, 汪理文, 翁永華 申請人:蘇州工業園區潤佳工程塑料有限公司