一種耐高溫鈦白粉及其制備方法和用途
【專利摘要】本發明涉及化工領域，具體是一種耐高溫鈦白粉及其制備方法和用途。一種高耐溫塑料色母粒體系專用鈦白粉顏料及其制備方法。該鈦白粉顏料為金紅石型，嚴格控制粒徑，并進行了無機和有機包膜。該制備方法主要包括以下步驟：打漿分散、砂磨、過濾，加熱漿料至50～80℃，維持體系溫度不變；無機包膜，有機包膜，干燥、粉碎。本發明方法制備的鈦白粉具有粒子細而均勻、低吸油量、高溫低揮發份、高分散性和優異的加工應用性能，特別適用于塑料色母體系，尤其高溫加工領域。
【專利說明】一種耐高溫鈦白粉及其制備方法和用途
【技術領域】
[0001] 本發明涉及化工領域，涉及一種耐高溫鈦白粉及其制備方法和用途，該鈦白粉特 別適用于塑料色母粒體系。
【背景技術】
[0002] 塑料是以合成樹脂或天然樹脂為基礎原料，加入（或不加）各種塑料助劑、增強材 料和填料，在一定溫度、壓力下，加工塑制成型或交聯固化成型，得的固體材料或制品。鈦白 粉作為最佳的白色無機顏料，其應用在塑料中，不僅能為塑料提供白度、光澤度和遮蓋力， 還可以提高塑料制品的耐光、耐熱、耐候性，改善塑料制品的物理化學性質，延長塑料制品 的使用壽命。隨著塑料行業技術的發展，塑料制品的加工溫度越來越高，聚丙烯PP、聚乙烯 PE、聚苯醚ΡΡ0/ΡΡΕ、聚酰胺PA、聚苯硫醚PPS、苯乙烯-丙烯腈SAN、液晶高分子LCP等的加 工溫度達到300°C左右，聚醚砜PES、聚砜PSF、聚四氯乙烯PTFE/FEP、聚醚酰亞胺PEI、聚醚 醚酮PEEK等的加工溫度達到400°C左右，這就要求塑料用鈦白粉耐高溫，具有高的熱穩定 性。
[0003] 鈦白粉學名二氧化鈦，在自然界中有3種結晶形態：板鈦型、銳鈦型和金紅石型。 金紅石型二氧化鈦的熔點為1850°C，沸點為（3200±300)°C，因此，純的二氧化鈦本身不存 在耐溫性問題。但是，由于二氧化鈦的Ti-Ο鍵距離小且不等長，這種不平衡使得二氧化鈦 分子極性很強，表面易吸附水分子，使水分子極化形成表面羥基，易團聚，純二氧化鈦這種 親水疏油的特性使其難以在塑料色母體系中均勻分散，應用性能差。為了提高其應用性能， 鈦白粉生產廠家一般會對其進行有機表面處理，即有機包膜。此外，由于二氧化鈦本身存在 一些晶格缺陷，其表面上存在許多光活化點，對可見光紫外光譜段有輕微的吸收，在紫外光 照射下，如果有水等催化劑的作用，鈦白粉可發生連續的氧化還原反應，生成羥基和過氧羥 基自由基，它們具有高度的活性，能使包覆在其表面的有機物氧化，發生高分子鏈斷鏈和降 解，破壞膜層的連續性，因此，在進行有機包膜前要先進行無機包膜，即在純的二氧化鈦表 面包一層或多層"膜"，阻止紫外光對二氧化鈦的直接照射，也可避免二氧化鈦與有機膜層 的直接接觸，降低其光化學作用的破壞力，提高塑料制品的抗老化能力。對純的二氧化鈦進 行無機和有機包膜雖然提高了其應用性能，但如果膜層包覆不好或包覆劑本身高溫揮發等 都會影響鈦白粉的耐溫性。
[0004] 目前，國內還沒有鈦白粉廠生產出耐高溫塑料色母體系專用鈦白粉，我國耐高溫 塑料色母體系專用鈦白粉完全依靠進口，且塑料行業是鈦白粉的第二大用戶，對鈦白粉的 需求量大。本發明的發明人提供一種先無機包膜再有機包膜的處理方式得到一種全新的高 耐溫鈦白粉。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在于克服現有技術中用于塑料色母體系的鈦白粉耐溫性的不足，提 供一種耐高溫鈦白粉及其制備方法和用途。
[0006] 本發明提供的耐高溫鈦白粉以金紅石型二氧化鈦顆粒為原料，在金紅石型二氧 化鈦顆粒表面由內及外依次進行了無機包膜和有機包膜所得；其中，無機包膜包覆物質 為氧化鋁或磷酸鋁和氧化鋁，其含量為鈦白粉顆粒的〇. 5?3. 0% ;有機包膜包覆物質 為有機娃燒偶聯劑或有機娃，其含量為欽白粉顆粒的0. 1?3. 0 % ;所得成品粒徑99 % 彡 0· 35um (D99 彡 0· 35um)，二氧化鈦含量彡 97. 0 %。
[0007] 其中，無機包膜包覆物質為氧化鋁時，無機包膜為氧化鋁。無機包膜包覆物質為磷 酸鋁和氧化鋁時，無機包膜由內及外依次為磷酸鋁膜、氧化鋁膜。
[0008] 本發明提供的上述耐高溫鈦白粉制備方法包括以下步驟：
[0009] (1)去離子水或蒸餾水中加入金紅石型二氧化鈦顆粒，進行打漿和分散處理，得到 二氧化鈦漿料，漿料濃度為400?800g/L ;
[0010] (2)步驟（1)所得二氧化鈦漿料進行砂磨，砂磨后經200?425目篩網過濾，得過 濾后的楽料；
[0011] (3)將步驟（2)所得過濾后的漿料加入包膜設備中，漿料用去離子水或蒸餾水稀 釋到250?350g/L，加熱并維持體系溫度在50?80°C ;
[0012] (4)無機包膜：包覆氧化鋁膜，即往漿料中加入含鋁化合物，控制漿料pH值在 2. 5?7. 5,反應0. 5?6小時，在二氧化鈦顆粒表面包覆一層致密的氧化鋁膜；
[0013] (5)調節漿料pH值至6. 5?7. 5,熟化；
[0014] (6)將熟化后的漿料經425?625目篩網過濾，然后用去離子水或蒸餾水洗滌；
[0015] (7)洗滌合格后的漿料加入有機硅烷偶聯劑或有機硅，攪拌均勻后干燥處理得干 燥物料；
[0016] (8)將步驟（7)得到的干燥物料進行粉碎，同時并流加入有機硅烷偶聯劑或有機 硅，粉碎后的物料即為本發明耐高溫鈦白粉。
[0017] 進一步，步驟（1)中所述的金紅石型二氧化鈦顆粒可以通過氯化法生產得到，也 可通過硫酸法生產得到。
[0018] 進一步，步驟（2)過濾篩網為200?425目，優選325目。
[0019] 進一步，步驟（3)中，優選的，漿料加熱并維持體系溫度在60_70°C ;
[0020] 進一步，所述步驟（4)無機包膜在包覆氧化鋁膜前先包覆一層磷酸鋁膜：
[0021] 用稀酸或稀堿調節漿料pH值至5?8,然后往漿料中加入含磷化合物和含鋁化合 物，反應時控制漿料pH值5?8,反應時間0. 5?6小時，在二氧化鈦顆粒表面包覆一層致 密的磷酸鋁膜。
[0022] 其中，含磷化合物優選磷酸，含鋁化合物優選偏鋁酸鈉；
[0023] 所述的磷的化合物的加入量為漿料中二氧化鈦含量的0. 1?1. 0%，所述的磷的 化合物以P2〇5的質量計；
[0024] 通過控制漿料的pH值、磷化合物的濃度和加入時間、鋁化合物的濃度，在二氧化 鈦粒子表面包覆一層致密磷酸鋁膜，并通過勻速的攪拌，使包覆的磷酸鋁膜連續而均勻。
[0025] 進一步，步驟（4)包覆氧化鋁膜時，所述的含鋁化合物為偏鋁酸鈉或硫酸鋁，優選 硫酸鋁，含鋁化合物的加入量以A1 203計，為漿料中二氧化鈦含量的0. 1?3. 0%。所述的 控制漿料pH值在2. 5?7. 5,優選的控制漿料pH值在4. 0?5. 0。
[0026] 進一步，步驟（6)中，所述的篩網為425?625目，優選500目。
[0027] 與現有技術相比，本發明的有益效果包括：（1)本發明方法過程中嚴格控制二氧 化鈦粒徑，使制得的產品粒子細而均勻；(2)在二氧化鈦粒子表面包覆一層特別黏附的磷 酸鋁，堵塞二氧化鈦粒子表面的光化學活化點，降低了二氧化鈦粒子的光化學活性，提高了 二氧化鈦粒子的耐候性，將這種鈦白粉產品應用在塑料色母體系中，可提高其制品的抗老 化能力；（3)酸性條件下，添加含鋁化合物，配以勻速的攪拌，緩慢的在二氧化鈦粒子表面 包覆一層連續、均勻和致密的氧化鋁膜，可降低鈦白粉產品的吸油量和揮發份，提高產品的 分散性、加工流動性、耐溫性和抗裂孔性等應用性能；(4)采用專用的有機處理劑有機硅烷 偶聯劑進行有機處理，制得的產品揮發性低，具有高耐溫性，無特殊異味；（5)本發明方法 制備的鈦白粉產品具有粒子細而均勻、低吸油量、高溫低揮發份、高分散性、高耐溫性和優 異的加工應用性能，特別適用于塑料色母體系，尤其是高溫加工領域。
【具體實施方式】
[0028] 以下通過實施例形式的【具體實施方式】，對本發明的上述內容再作進一步的詳細說 明，說明但不限制本發明。
[0029] 實施例1
[0030] 開動攪拌裝置，將金紅石型二氧化鈦顆粒加入到一定量的去離子水中，進行打漿， 并加入硅酸鈉溶液進行分散處理，并用堿調節漿料pH值在10. 0左右，得到濃度為650g/L 左右的二氧化鈦漿料；然后將二氧化鈦漿料泵入砂磨機內砂磨，砂磨后的漿料通過325目 的過濾篩網過濾，得到過濾后的漿料；將過濾后的漿料泵入包膜罐中，用去離子水稀釋到 350g/L，加熱至65°C，整個過程中維持體系溫度在65°C不變；用稀酸調節漿料pH值至4? 5,在60min的時間內往楽料中加入硫酸錯溶液，所述的硫酸錯溶液加入量以A1 203計為楽料 中Ti02質量的1. 0%，同時添加稀堿液維持漿料pH值在4?5,熟化120min ;用稀堿液調節 漿料pH值至6. 5?7. 5,熟化30min ;漿料通過500目篩網過濾，然后用去離子水洗滌；洗滌 合格后的漿料加入有機硅進行有機處理，攪拌均勻后進行干燥和粉碎，得到樣品1。
[0031] 其中，本實施例中所采用的稀酸為質量百分比濃度為20%的稀硫酸或稀鹽酸，稀 堿溶液為質量百分比濃度為15 %的氫氧化鈉溶液。
[0032] 實施例2
[0033] 重復實施例1，將實施例1中的有機處理劑有機娃改為有機娃燒偶聯劑，得到樣品 2 ；
[0034] 實施例3
[0035] 開動攪拌裝置，將金紅石型二氧化鈦顆粒加入到一定量的去離子水中，進行打漿， 并加入硅酸鈉溶液進行分散處理，并用堿調節漿料pH值在10. 0左右，得到濃度為650g/L 左右的二氧化鈦漿料；然后將二氧化鈦漿料泵入砂磨機內砂磨，砂磨后的漿料通過325目 的過濾篩網過濾，得到過濾后的漿料；將過濾后的漿料泵入包膜罐中，用去離子水稀釋到 300g/L，加熱至65°C，整個過程中維持體系溫度在65°C不變；用稀酸調節漿料pH值至6? 7. 5,在30min的時間內往漿料中加入磷酸溶液，同時加入偏鋁酸鈉溶液維持漿料pH值在 6?7. 5,所述的磷酸溶液加入量以P205計為漿料中Ti02質量的0. 5%，熟化30min ;用稀酸 調節楽料pH值至4?5,在60min的時間內往楽料中加入100g/L的硫酸錯溶液，所述的硫 酸鋁溶液加入量以A1 203計為漿料中Ti02質量的1. 0%，同時添加稀堿液維持漿料pH值在 4?5,熟化120min ;用稀堿液調節漿料pH值至6. 5?7. 5,熟化30min ;將通過500目篩網 過濾，然后用去離子水洗滌；洗滌合格后的漿料加入有機硅進行有機處理，攪拌均勻后進行 干燥和粉碎，得到樣品3。
[0036] 其中，本實施例中所采用的稀酸為質量百分比濃度為20%的稀硫酸或稀鹽酸，稀 堿溶液為質量百分比濃度為15 %的氫氧化鈉溶液。
[0037] 實施例4
[0038] 重復實施例3,將實施例3中的有機處理劑有機娃改為有機娃燒偶聯劑，得到樣品 4；
[0039] 實施例5
[0040] 開動攪拌裝置，將金紅石型二氧化鈦顆粒加入到一定量的去離子水中，進行打漿， 并加入硅酸鈉溶液進行分散處理，并用堿調節漿料pH值在10. 0左右，得到濃度為650g/L 左右的二氧化鈦漿料；然后將二氧化鈦漿料泵入砂磨機內砂磨，砂磨后的漿料通過325目 的過濾篩網過濾，得到過濾后的漿料；將過濾后的漿料泵入包膜罐中，用去離子水稀釋到 350g/L，加熱至65°C，整個過程中維持體系溫度在65°C不變；用稀酸調節漿料pH值至4? 5,在60min的時間內往漿料中加入偏鋁酸鈉溶液，所述的偏鋁酸鈉溶液加入量以A1 203計 為漿料中Ti02質量的1. 0%，同時添加稀酸維持漿料pH值在4?5,熟化120min ;用稀堿 液調節漿料pH值至6. 5?7. 5,熟化30min ;漿料通過500目篩網過濾，然后用去離子水洗 滌；洗滌合格后的漿料加入有機硅烷偶聯劑進行有機處理，攪拌均勻后進行干燥和粉碎，得 到樣品5。
[0041] 其中，本實施例中所采用的稀酸為質量百分比濃度為20%的稀硫酸或稀鹽酸，稀 堿溶液為質量百分比濃度為15 %的氫氧化鈉溶液。
[0042] 實施例6
[0043] 開動攪拌裝置，將金紅石型二氧化鈦顆粒加入到一定量的去離子水中，進行打漿， 并加入硅酸鈉溶液進行分散處理，并用堿調節漿料pH值在10. 0左右，得到濃度為650g/ L左右的二氧化鈦漿料；然后將二氧化鈦漿料泵入砂磨機內砂磨，得到過濾后的漿料；將過 濾后的漿料泵入包膜罐中，用去離子水稀釋到300g/L，加熱至65°C，整個過程中維持體系 溫度在65°C不變；用稀酸調節漿料pH值至6?7. 5,在30min的時間內往漿料中加入磷酸 溶液，同時加入偏鋁酸鈉溶液維持漿料pH值在6?7. 5,所述的磷酸溶液加入量以P205計 為漿料中Ti02質量的0. 5%，熟化30min ;用稀酸調節漿料pH值至4?5,在60min的時間 內往漿料中加入l〇〇g/L的硫酸鋁溶液，所述的硫酸鋁溶液加入量以A1 203計為漿料中Ti02 質量的1. 0%，同時添加稀堿液維持漿料pH值在4?5,熟化120min ;用稀堿液調節漿料pH 值至6. 5?7. 5,熟化30min ;然后用去離子水洗滌，洗滌合格后的漿料加入有機硅烷偶聯劑 進行有機處理，攪拌均勻后進行干燥和粉碎，得到樣品6。
[0044] 其中，本實施例中所采用的稀酸為質量百分比濃度為20 %的稀硫酸或稀鹽酸，稀 堿溶液為質量百分比濃度為15 %的氫氧化鈉溶液。
[0045] 以下分別對上述實施例所得樣品1?6和市場銷售商品中具有代表性的樣品的吸 油量、油分散性（黑格曼值）、耐溫性進行測定。其中，商品A為重慶鈦業R-248國產鈦白 粉，商品B為美國亨茲邁TR-28進口鈦白粉，商品A和商品B都是市場銷售商品中用于塑料 色母體系具有代表性的商品。
[0046] A、吸油量測定
[0047] 吸油量是指將100g鈦白粉完全潤濕需要油的最低克數，塑料色母體系用鈦白 粉要求吸油量越低越好。檢測方法為：在25ml滴瓶內裝入精致亞麻仁油，稱重（G1，準至 O.Olg)，稱取5.00g樣品（m，準至O.Olg)放在玻璃板上，用滴管滴加部分亞麻仁油（10滴） 于樣品上，用調刀用力攪拌壓研樣品得到油脂狀粘稠物質，估計粘住90%的樣品后再小心 加入幾滴油，直到剛好得到均勻的團狀糊膏為止（此過程必須20?25分鐘內完成，稱取滴 瓶的重量，G2,準至O.Olg)。
[0048]
【權利要求】
1. 耐高溫鈦白粉，其特征在于：該鈦白粉以金紅石型二氧化鈦顆粒為原料，在金紅 石型二氧化鈦顆粒表面由內及外依次進行了無機包膜和有機包膜所得；其中，無機包膜 包覆物質為氧化鋁或磷酸鋁和氧化鋁，其含量為鈦白粉顆粒的0. 5?3. 0% ;有機包膜包 覆物質為有機硅烷偶聯劑或有機硅，其含量為鈦白粉顆粒的〇. 1?3% ;所得成品粒徑 D99彡（λ 35um，二氧化鈦含量彡97. 0%。
2. 權利要求1所述的耐高溫鈦白粉的制備方法，所述制備方法包括以下步驟： (1) 去離子水或蒸餾水中加入金紅石型二氧化鈦顆粒，進行打漿和分散處理，得到二氧 化鈦漿料，漿料濃度為400?800g/L ; (2) 將步驟（1)所得二氧化鈦漿料進行砂磨，砂磨后經200?500目篩網過濾，得到過 濾后的楽料； (3) 將步驟（2)所得過濾后的漿料加入包膜設備中，漿料用去離子水或蒸餾水稀釋到 250?350g/L，加熱并維持體系溫度在50?80°C ; (4) 無機包膜：包覆氧化鋁膜，即往漿料中加入含鋁化合物，控制漿料pH值在2. 5? 7. 5,反應0. 5?6小時，在二氧化鈦顆粒表面包覆一層致密的氧化鋁膜； (5) 調節漿料pH值至6. 5?7. 5,熟化； (6) 將熟化后的漿料經425?625目篩網過濾，然后用去離子水或蒸餾水洗滌； (7) 洗滌合格后的漿料加入C5?C12有機硅烷偶聯劑或有機硅，攪拌均勻后干燥處理得 干燥物料； (8) 將步驟（7)得到的干燥物料進行粉碎，同時并流加入有機硅烷偶聯劑或有機硅，粉 碎后的物料即為耐1?溫欽白粉。
3. 根據權利要求2所述的耐高溫鈦白粉的制備方法，其特征在于：所述步驟（4)無機 包膜在包覆氧化鋁膜前先包覆一層磷酸鋁膜： 用稀酸或稀堿調節漿料pH值至5?8,然后往漿料中加入含磷化合物和含鋁化合物，反 應時控制漿料pH值5?8,反應時間0. 5?6小時，在二氧化鈦顆粒表面包覆一層致密的磷 fe錯月旲。
4. 根據權利要求2所述的耐高溫鈦白粉的制備方法，其特征在于：步驟（1)中所述的 打漿和分散處理中加入的分散劑為硅酸鹽或磷酸鹽；優選的，所述硅酸鹽為硅酸鈉。
5. 根據權利要求2所述的耐高溫鈦白粉的制備方法，其特征在于：步驟（2)過濾篩網 為200?500目，優選325目。
6. 根據權利要求2所述的耐高溫鈦白粉的制備方法，其特征在于：步驟⑶中，優選 的，漿料加熱并維持體系溫度在60?70°C。
7. 根據權利要求3所述的耐高溫鈦白粉的制備方法，其特征在于：無機包膜在包覆氧 化鋁膜前先包覆一層磷酸鋁膜時： 所述的含磷化合物優選磷酸，所述的含鋁化合物優選偏鋁酸鈉； 所述的磷的化合物的加入量以P2〇5的質量計，為漿料中二氧化鈦含量的〇. 1?1. 〇%。
8. 根據權利要求2所述的耐高溫鈦白粉的制備方法，其特征在于：步驟⑷中包覆氧 化鋁膜時： 所述的含鋁化合物為偏鋁酸鈉或硫酸鋁，優選硫酸鋁； 含鋁化合物的加入量以A1203計，為漿料中二氧化鈦含量的0. 1?3. 0% ; 所述的控制漿料pH值為2. 5?7. 5,優選的控制漿料pH值為4. 0?5. 0。
9. 根據權利要求2所述的耐高溫鈦白粉的制備方法，其特征在于：步驟￠)中，所述的 篩網為425?625目，優選500目。
10. 權利要求1所述的耐高溫鈦白粉適用于塑料色母粒體系。
【文檔編號】C09C1/36GK104194409SQ201410398022
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月13日 優先權日:2014年8月13日
【發明者】肖勇麗, 景建林, 柯良輝, 鄭少華, 侯盛東, 廖榮華, 淦文軍 申請人:攀鋼集團鈦業有限責任公司