專利名稱：白色礦物粉體－TiO的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到復(fù)合白色顏料的生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體地講，涉及到白色礦物粉體-TiO2復(fù)合白色顏料的制備方法。
背景技術(shù)：
鈦白粉(即顏料二氧化鈦)是迄今為止人們公認(rèn)的最佳白色顏料，它具有很好的遮蓋力、著色力、耐光性和化學(xué)穩(wěn)定性，廣泛用于涂料、造紙、化工、陶瓷和新型建材等工業(yè)部門，成為國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中重要的化工原料。近些年來，因經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會進(jìn)步和人們生活水平提高等因素帶動的建筑業(yè)及相關(guān)涂料產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，使白色顏料鈦白粉的需求量與日俱增。而另一方面，世界優(yōu)質(zhì)鈦資源日趨短缺，資源加工工藝復(fù)雜化，環(huán)境保護(hù)要求嚴(yán)格，這些都導(dǎo)致鈦白粉生產(chǎn)成本增大，價格上揚(yáng)。上述問題使涂料等鈦白消費(fèi)產(chǎn)業(yè)負(fù)擔(dān)不斷加重，行業(yè)發(fā)展因此受到制約。
采用無機(jī)材料的復(fù)合制備技術(shù)制備與鈦白性能相似且成本低廉的復(fù)合制品是解決鈦白粉生產(chǎn)和消費(fèi)中存在問題的有效途徑。通過無機(jī)表面包覆改性方式，在非金屬礦物等無機(jī)材料表面包覆TiO2層而形成具有二氧化鈦顏料性質(zhì)的復(fù)合白色顏料一直受到國內(nèi)外的關(guān)注，雖然相關(guān)的技術(shù)研究取得了一定的成績，但制備方法、產(chǎn)品性能和應(yīng)用技術(shù)等方面還存在較多問題，主要表現(xiàn)為1.采用簡單混合方式制備復(fù)合制品。這種方法TiO2包覆較差，故復(fù)合制品只能在一定范圍內(nèi)簡單模擬鈦白粉的部分性質(zhì)，還不能滿足涂料等大宗用戶的要求。如日本制成的SiO2復(fù)合鈦白顏料主要用于合成纖維制品，英國和法國的滑石基復(fù)合鈦白僅部分用于造紙行業(yè)等。并且它們是以較低比例替代鈦白的方式加以應(yīng)用的，其降低應(yīng)用產(chǎn)品成本的效果十分有限。
2.以無機(jī)沉淀反應(yīng)-熱處理晶化工藝制備復(fù)合制品。將鈦鹽水解生成的水合二氧化鈦沉淀包覆在作為基體的非金屬礦物顆粒表面，然后通過焙燒的方式使二氧化鈦晶體化，形成表面具有晶體二氧化鈦改性層的復(fù)合顏料。這一方法存在的問題主要有礦物質(zhì)包核基體的誘導(dǎo)作用導(dǎo)致水合二氧化鈦沉淀物難以通過后續(xù)晶化生成金紅石型二氧化鈦；受水解過程鈦鹽濃度和固含量的制約，包覆TiO2量和均勻程度受到限制，產(chǎn)品的顏料性能一般達(dá)不到要求；鈦鹽水解和鐵離子等雜質(zhì)的去除產(chǎn)生大量酸性廢水，污染環(huán)境。
3.干法粒-粒包覆改性方式制造鈦白代用品。該方法包核基體與TiO2的分散程度較差，基體與鈦白之間缺少產(chǎn)生牢固作用的激發(fā)外力和鍵合基團(tuán)，復(fù)合物顏料性能有限且不穩(wěn)定。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種以固體包核物顆粒表面牢固包覆結(jié)晶TiO2顆粒為特征、具有顏料二氧化鈦性質(zhì)且成本低廉的復(fù)合白色顏料。
本發(fā)明通過以下措施實現(xiàn)了復(fù)合顏料中結(jié)晶TiO2顆粒在固體包核物顆粒表面牢固而均勻的包覆(1)采用濕法超細(xì)研磨方法將作為包核物的固體顆粒和作為包膜物的結(jié)晶TiO2顆粒分別細(xì)化至兩者相匹配的粒度范圍，即包核物顆粒直徑∶TiO2顆粒直徑約為5-8∶1；(2)通過超細(xì)研磨使固體包核物顆粒產(chǎn)生機(jī)械力活化效應(yīng)，以此促進(jìn)其與TiO2之間的反應(yīng)結(jié)合；(3)固體包核物顆粒和TiO2在反應(yīng)體系中各自形成表面官能團(tuán)，通過官能團(tuán)間的化學(xué)鍵合實現(xiàn)兩顆粒的相間反應(yīng)；本發(fā)明制備的復(fù)合顏料因顆粒表面TiO2包覆層的高折射率、異質(zhì)顆粒材料導(dǎo)致的強(qiáng)分散作用和高散射作用，以及形成涂層時包裹較多空氣介質(zhì)導(dǎo)致的較強(qiáng)遮蓋作用而具有類似鈦白粉的顏料性質(zhì)。
本發(fā)明制備的復(fù)合顏料由于其中只含有部分TiO2，且固體包核物為價格低廉的粉體材料，因此其成本與鈦白粉相比被大大降低。
本發(fā)明最終形成的白色礦物粉體-TiO2復(fù)合白色顏料的成分與組成為白色礦物粉體(碳酸鈣或高嶺土，或煅燒高嶺土，或重晶石)50％-80％，結(jié)晶TiO2(銳鈦型或金紅石型)20％-50％。
實現(xiàn)本發(fā)明的白色礦物粉體-TiO2復(fù)合白色顏料的具體制備方法是原材料選用1.白色礦物粉體(碳酸鈣或高嶺土，或煅燒高嶺土，或重晶石)，粉體細(xì)度200-400目，礦物純度大于98％；2.銳鈦型或金紅石型鈦白粉工業(yè)品(結(jié)晶TiO2)，白度大于95％；3.六偏磷酸鈉(工業(yè)純以上級別)，與去離子水配制成水溶液，溶液濃度20％，在白色礦物粉體濕法細(xì)磨時作為助磨劑添加使用；4.工業(yè)水玻璃(模數(shù)3)，與去離子水配制成水溶液，溶液濃度10％，在已均化TiO2和超細(xì)白色礦物混合漿體進(jìn)行研磨，即二者實現(xiàn)反應(yīng)包覆的過程中作為結(jié)合劑添加使用；原則生產(chǎn)工藝過程的具體步驟是1、按白色礦物粉體(碳酸鈣或高嶺土，或煅燒高嶺土，或重晶石)與水形成懸浮體中固含量50％～70％的要求，稱取白色礦物粉體、水和占干粉量0.5％-1.2％的六偏磷酸鈉，置于濕式攪拌磨的超細(xì)研磨系統(tǒng)內(nèi)，通過具有高速攪拌作用的攪拌機(jī)攪拌制成待超細(xì)研磨漿體；2、按結(jié)晶TiO2(銳鈦型或金紅石型)與水形成懸浮體中固含量50％～70％的要求，稱取TiO2、水和占干粉量1％-2％的六偏磷酸鈉，置于具有高速攪拌作用的攪拌機(jī)內(nèi)攪拌，制成漿體；3、啟動濕式攪拌磨的超細(xì)研磨系統(tǒng)，對白色礦物粉體與水制成的漿體進(jìn)行研磨作業(yè)，使磨細(xì)產(chǎn)物粒度達(dá)到小于2μm含量60％～85％；4.將超細(xì)白色礦物漿體與TiO2漿體混合，兩者的混合比例(干粉重量)按TiO2/(白色礦物+TiO2)＝20％-50％的要求確定，然后加入占干粉量0.5％-1.5％的水玻璃一起進(jìn)行高速攪拌以實現(xiàn)混合漿體的均化；5、啟動濕式攪拌磨的超細(xì)研磨系統(tǒng)，對已均化的TiO2漿體和超細(xì)白色礦物混合漿體進(jìn)行研磨作業(yè)，使磨細(xì)產(chǎn)物粒度達(dá)到小于2μm含量80％～92％，并導(dǎo)入具有中等攪拌強(qiáng)度的攪拌罐內(nèi)；6、向裝有已超細(xì)TiO2和超細(xì)白色礦物混合漿體的攪拌罐內(nèi)加水，使其稀釋至固含量20％-35％，并攪拌均勻。然后用GSDF-10(Φ10)型超細(xì)水力分級機(jī)對其進(jìn)行分級，使分級溢流粒度達(dá)到小于2μm含量92％～94％。
7、利用離心機(jī)或真空過濾機(jī)將分級溢流過濾形成濾餅；8、將濾餅置于溫度90℃-120℃的干燥機(jī)中干燥至含水3％以下；9、將干燥后的物料送入打散機(jī)中進(jìn)行處理，使之形成粒度均勻的粉末；具體實施方式
實施例11.將煅燒高嶺土粉體(300目)400kg、去離子水400kg置于濕式攪拌磨的超細(xì)研磨系統(tǒng)內(nèi)，通過具有高速攪拌作用的攪拌機(jī)攪拌10min，然后加入含4kg六偏磷酸鈉的溶液(溶液濃度20％，加入該溶液20kg)，再攪拌30min制成待超細(xì)研磨漿體；2.啟動濕式攪拌磨的超細(xì)研磨系統(tǒng)，按照循環(huán)磨礦方式對煅燒高嶺土粉體與水制成的漿體進(jìn)行研磨使磨細(xì)產(chǎn)物粒度達(dá)到小于2μm含量70％；3.將結(jié)晶TiO2(金紅石型鈦白粉)133kg、去離子水133kg置于具有高速攪拌作用的攪拌罐內(nèi)攪拌10min，然后加入含2kg六偏磷酸鈉的溶液(溶液濃度20％，加入該溶液10kg)，再攪拌30min制成漿體；4.將煅燒高嶺土磨細(xì)漿體300kg、TiO2漿體100kg、濃度10％的水玻璃溶液20kg混合，并高速攪拌40min以實現(xiàn)混合漿體的均化；5.啟動濕式攪拌磨的超細(xì)研磨系統(tǒng)，按照循環(huán)磨礦方式對已均化的TiO2漿體和超細(xì)煅燒高嶺土混合漿體進(jìn)行研磨作業(yè)，使磨細(xì)產(chǎn)物粒度達(dá)到小于2μm含量90％，并導(dǎo)入具有中等攪拌強(qiáng)度的攪拌罐內(nèi)；6.向裝有已超細(xì)TiO2和超細(xì)白色礦物混合漿體350kg的攪拌罐內(nèi)加水408kg，并攪拌均勻。然后用GSDF-10(Φ10)型超細(xì)水力分級機(jī)對其進(jìn)行分級，使分級溢流粒度達(dá)到小于2μm含量93％。
7、利用Φ800型三足離心機(jī)將分級溢流過濾形成濾餅；8、將濾餅置于溫度90℃-120℃的干燥機(jī)中干燥至含水3％以下；9、將干燥后的物料送入打散機(jī)中進(jìn)行處理，使之形成粒度均勻的粉末；實施例21.將煅燒高嶺土粉體(300目)400kg、去離子水400kg置于濕式攪拌磨的超細(xì)研磨系統(tǒng)內(nèi)，通過具有高速攪拌作用的攪拌機(jī)攪拌10min，然后加入含4kg六偏磷酸鈉的溶液(溶液濃度20％，加入該溶液20kg)，再攪拌30min制成待超細(xì)研磨漿體；2.啟動濕式攪拌磨的超細(xì)研磨系統(tǒng)，按照循環(huán)磨礦方式對煅燒高嶺土粉體與水制成的漿體進(jìn)行研磨使磨細(xì)產(chǎn)物粒度達(dá)到小于2μm含量70％；3.將結(jié)晶TiO2(銳鈦型鈦白粉)133kg、去離子水133kg置于具有高速攪拌作用的攪拌罐內(nèi)攪拌10min，然后加入含2kg六偏磷酸鈉的溶液(溶液濃度20％，加入該溶液10kg)，再攪拌30min制成漿體；4.將煅燒高嶺土漿體300kg、TiO2漿體100kg、濃度10％的水玻璃溶液20kg混合，并高速攪拌40min以實現(xiàn)混合漿體的均化；5.啟動濕式攪拌磨的超細(xì)研磨系統(tǒng)，按照循環(huán)磨礦方式對已均化的TiO2漿體和超細(xì)煅燒高嶺土混合漿體進(jìn)行研磨作業(yè)，使磨細(xì)產(chǎn)物粒度達(dá)到小于2μm含量90％，并導(dǎo)入具有中等攪拌強(qiáng)度的攪拌罐內(nèi)；6.向裝有已超細(xì)TiO2和超細(xì)白色礦物混合漿體350kg的攪拌罐內(nèi)加水408kg，并攪拌均勻。然后用GSDF-10(Φ10)型超細(xì)水力分級機(jī)對其進(jìn)行分級，使分級溢流粒度達(dá)到小于2μm含量93％。
7、利用Φ800型三足離心機(jī)將分級溢流過濾形成濾餅；8、將濾餅置于溫度90℃-120℃的干燥機(jī)中干燥至含水3％以下；9、將干燥后的物料送入打散機(jī)中進(jìn)行處理，使之形成粒度均勻的粉末；按實施例1和實施例2分別制成的兩種白色礦物粉體-TiO2復(fù)合白色顏料的性能列于表1，用實施例2制成的復(fù)合白色顏料制備的內(nèi)墻乳膠涂料的性能及其與鈦白粉的對比列于表2。結(jié)果表明白色礦物粉體-TiO2復(fù)合白色顏料具有與鈦白粉相類似的顏料性能。
白色礦物粉體-TiO2復(fù)合白色顏料的性能表1
復(fù)合白色顏料(實施例2)和銳鈦型鈦白粉制備內(nèi)墻涂料性能檢測結(jié)果 表2
權(quán)利要求
1.白色礦物粉體-TiO2復(fù)合白色顏料，其特征是以碳酸鈣、高嶺土、煅燒高嶺土和重晶石等白色礦物粉體為包核基體，結(jié)晶TiO2(銳鈦型和金紅石型)為包膜物，采用白色礦物粉體濕法超細(xì)研磨和白色礦物粉體與結(jié)晶TiO2濕法共混研磨途徑，通過固體顆粒的分割細(xì)化、表面羥基化改造和機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)導(dǎo)致的粒-粒包覆改性反應(yīng)等方式制備而成。白色礦物粉體-TiO2復(fù)合白色顏料的細(xì)度達(dá)到小于2μm含量90％～94％，各組分按重量的組成比為白色礦物粉體(碳酸鈣或高嶺土，或煅燒高嶺土，或重晶石)50％-80％，結(jié)晶TiO2(銳鈦型或金紅石型)20％-50％。
2.白色礦物粉體-TiO2復(fù)合白色顏料，其制備工藝和方法特征為A、按白色礦物粉體(碳酸鈣或高嶺土，或煅燒高嶺土，或重晶石)與水形成懸浮體中固含量50％～70％的要求，稱取白色礦物粉體、水和占干粉量0.5％-1.2％的六偏磷酸鈉，置于濕式攪拌磨的超細(xì)研磨系統(tǒng)內(nèi)，通過具有高速攪拌作用的攪拌機(jī)攪拌制成待超細(xì)研磨漿體；B、按結(jié)晶TiO2(銳鈦型或金紅石型)與水形成懸浮體中固含量50％～70％的要求，稱取TiO2、水和占干粉量1％-2％的六偏磷酸鈉，置于具有高速攪拌作用的攪拌機(jī)內(nèi)攪拌，制成漿體；C、啟動濕式攪拌磨的超細(xì)研磨系統(tǒng)，對白色礦物粉體與水制成的漿體進(jìn)行研磨作業(yè)，使磨細(xì)產(chǎn)物粒度達(dá)到小于2μm含量60％～85％，并將其與TiO2漿體混合攪拌，兩者的混合比例(干粉重量)按TiO2/(白色礦物+TiO2)＝20％-50％的要求確定。同時加入占干粉量0.5％-1.5％的水玻璃，然后對混合漿體進(jìn)行攪拌均化；D、啟動濕式攪拌磨的超細(xì)研磨系統(tǒng)，對已均化的TiO2漿體和超細(xì)白色礦物混合漿體進(jìn)行研磨作業(yè)，使磨細(xì)產(chǎn)物粒度達(dá)到小于2μm含量80％～92％，并導(dǎo)入具有中等攪拌強(qiáng)度的攪拌罐內(nèi)；E、向裝有已超細(xì)TiO2和超細(xì)白色礦物混合漿體的攪拌罐內(nèi)加水，使其稀釋至固含量20％-35％，并攪拌均勻。然后用GSDF-10(Ф10)型超細(xì)水力分級機(jī)對其進(jìn)行分級，使分級溢流粒度達(dá)到小于2μm含量92％～94％。F、利用離心機(jī)或真空過濾機(jī)將分級溢流過濾形成濾餅；G、將濾餅置于溫度90℃-120℃的干燥機(jī)中干燥至含水3％以下；H、將干燥后的物料送入打散機(jī)中進(jìn)行處理，使之形成粒度均勻的粉末。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的白色礦物粉體-TiO2復(fù)合白色顏料的制備工藝和方法，特征在于A、按白色礦物粉體/(白色礦物粉體+水)＝65％、六偏磷酸鈉占白色礦物粉體1％的要求，在濕式攪拌磨的超細(xì)研磨系統(tǒng)內(nèi)，通過高速攪拌作用的攪拌機(jī)攪拌制成由白色礦物粉體、水和六偏磷酸鈉形成的待超細(xì)研磨漿體。白色礦物粉體是指碳酸鈣或高嶺土，或煅燒高嶺土，或重晶石；B、按結(jié)晶TiO2(銳鈦型或金紅石型)與水形成懸浮體中固含量65％的要求，稱取TiO2、水和占干粉量1.5％的六偏磷酸鈉，置于具有高速攪拌作用的攪拌機(jī)內(nèi)攪拌，制成漿體；C、啟動濕式攪拌磨的超細(xì)研磨系統(tǒng)，對白色礦物粉體與水制成的漿體進(jìn)行研磨作業(yè)，使磨細(xì)產(chǎn)物粒度達(dá)到小于2μm含量70％，然后將其與TiO2漿體按TiO2/(白色礦物+TiO2)＝35％、同時加入占干粉量1.2％的水玻璃的要求進(jìn)行攪拌混合均化；D、利用濕式攪拌磨的超細(xì)研磨系統(tǒng)，對已均化的TiO2和超細(xì)白色礦物混合漿體進(jìn)行研磨并使磨細(xì)產(chǎn)物粒度達(dá)到小于2μm含量90％；E、加水對已超細(xì)TiO2和超細(xì)白色礦物混合漿體進(jìn)行稀釋至固含量30％，攪拌分散均勻后用GSDF-10(Φ10)型超細(xì)水力分級機(jī)進(jìn)行分級，使分級溢流粒度達(dá)到小于2μm含量92％；F、利用離心機(jī)或真空過濾機(jī)將分級溢流過濾形成濾餅；G、將濾餅置于溫度100℃的干燥機(jī)中干燥至含水3％以下；H、將干燥后的物料送入打散機(jī)中進(jìn)行處理，使之形成粒度均勻的粉末。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種具有顏料二氧化鈦性質(zhì)的復(fù)合白色顏料及其制備方法。本發(fā)明使用白色礦物粉體，如碳酸鈣、高嶺土、煅燒高嶺土和重晶石等為包核基體，晶體TiO
文檔編號C09C3/06GK1724595SQ20051008049
公開日2006年1月25日 申請日期2005年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月7日
發(fā)明者丁浩, 陳榮坤 申請人:北京天之巖健康科技有限公司