国产钛白粉在硬质PVC异型材中的应用

陈海平 李庆 张勇 张修臻

摘  要：我国的钛白粉工业起步较晚，直到1955年才有研究机构开始系统地研究硫酸法生产钛白粉。随着二氧化钛应用领域的进一步发展，二氧化钛已经渗透到人们生活的各个角落，成为重要的无机化工产品之一。这样，二氧化钛的消耗量，可以衡量一个国家的生活水平。本文主要结合国内二氧化钛的发展现状，对国内二氧化钛在硬质PVC型材中的应用进行详细的研究和分析，以期从根本上提高该领域的整体质量水平。

关键词：国产钛白粉  硬质PVC异型材  应用  研究

中图分类号：TQ621                             文献标识码：A                   文章编号：1674-098X（2020）08（a）-0076-05

Abstract： The titanium dioxide industry in China started late. It was not until 1955 that a research institute began to systematically study the production of titanium dioxide by sulfuric acid method. With the further development of titanium dioxide application field， titanium dioxide has penetrated into every corner of people's life and become one of the important inorganic chemical products. In this way， the consumption of titanium dioxide can measure the standard of living of a country. In this paper， based on the development status of domestic titanium dioxide， the application of domestic titanium dioxide in hard PVC profiles is studied and analyzed in detail， in order to fundamentally improve the overall quality level in this field.

Key Words： Domestic titanium dioxide; Hard PVC profile; Application; Research

1  有關国产钛白粉相关内容概述

工业制造中主要以硫酸法生产出钛白粉（主要成分为二氧化钛）粗品，其制备过程中需要经过原矿粉碎、酸解、还原、冷冻结晶、水解、过滤水洗、盐处理、煅烧等工艺，之后经过后处理，采用不同的包膜、气流粉碎等工艺对钛白粉粗品进行加工，使其适用于不同的应用领域。

二氧化钛对PVC树脂有明显的增白作用;提高了复合材料的耐高温性能和覆盖能力。当添加到PVC树脂中，紫外光的穿透可以限制在复合材料的表面，提高复合材料的光老化性能。二氧化钛的覆盖力是形成膜后覆盖底相的能力，它不仅取决于其晶体结构、折射率和散射能力，还取决于其对光的吸收能力。然而，二氧化钛像其他白色颜料一样，吸收光的能力很小。虽然光吸收对覆盖能力有影响，但覆盖能力的影响小于散射能力。因此，其覆盖功率主要受散射能力、折射率、粒径、粒径分布和色散特性的影响。钛白粉的耐高温性能长期或短期内在高温环境下工作，高温环境工作后其色差小、并具有很好的功能性和抗热震性。

近些年来，钛白粉在塑料工业的应用量急剧增加，目前已经成为钛白粉的第二大用户，是钛白粉应用近几年增长最快的领域，年均增长率达6%，全世界500余个钛白粉牌号中，有50多个牌号是属于塑料专用的。由此可以看出PVC专用钛白粉的需求量是巨大的，因此加快PVC专用钛白粉的研发是十分迫切的。

2  有关国内外PVC硬质材的发展现状

目前，国内外对PVC硬质材技术的研究正在全面展开。虽然与西方发达国家相比，中国的科研能力相对薄弱，但在改革开放新常态下，技术水平不断提高，科研能力不断增强。探索和分析PVC硬质材材技术的发展方向，以占据更大的市场份额。一是高质量、低毒。PVC硬质材虽然具有价格低廉、耐腐蚀、抗裂、耐高温等突出特点，但其铅盐热稳定剂具有一定的毒性和污染性，不利于管道的持续应用和发展。因此，如何消除PVC硬质材未来的毒副作用已成为国内外PVC硬质材技术发展的主要方向。二是团结高效。国家除了国内PVC硬质材，还出口到其他国家，这是需要建立一个系统的PVC硬质材生产和制造业的国际体系，提高综合素质的PVC硬质材，提高市场准入门槛，改善PVC硬质材的竞争力，使管道在新时期与时俱进的卫生标准，扩大PVC硬质材的方法技术发展奠定基础。

3  现阶段PVC硬质材技术面临的困境及解决策略

3.1 通过扩胀技术解决管材胀气问题

解决管胀气的问题，国内外研究气液膨胀、机械扩张和气囊扩张和其他技术手段，通过管放置在生产工厂，管道的一端固定在挤出模头和固定气囊结构或机械曝气设备管道的另一端，适用于相关技术和解决PVC硬质材胀气的问题。

5  国产钛白粉在硬质PVC异型材中应用

5.1 钛白粉的性能指标分析

高遮盖、耐高温金红石钛白粉具有遮盖力强、耐候性好的性能。本项目钛白粉产品的各项主要性能指标如表1、表2。

5.2 实验方法

首先，按照每种矿的品位先进行配矿、投料，用球磨机、雷蒙磨磨矿，将钛精矿粉碎至一定的粒度，以符合酸解工艺需求。采用矿酸预混合的方案，让酸溶性钛矿颗粒预先浸润，避免原料直接进入酸解罐而造成剧烈反应出现冒锅等事故，促使酸解反应稳定完全。之后进行钛液净化，主要包括沉降、结晶、分离等工序。之后，除去部分杂质，但钛液浓度偏低，为稳定水解、得到粒径分布较窄的粒子，需要经浓缩，提高钛含量及其他溶质含量。钛液在水解工序需要加入水解晶种，利用二氧化钛晶核诱导达到水解效果;偏钛酸在煅烧工序需要加入金红石晶种，诱导钛白粉向金红石晶型转化。本项目从欧洲引进四氯化钛双效晶种，既可以做为水解晶种，又可以做煅烧晶种。再次，采用外加晶种常压水解技术。常压水解又分为外加晶种和自生晶种两种，由于外加晶种需要另设一套晶种制备设施，而且预先制备好的晶种将定量加入到水解槽中，有利于钛液充分水解，能有效地控制水解粒子的形状和大小，蒸汽耗用相对较低。完成这一水解过程关键是拥有合适的设施、严格的操作及控制，采取合理设备结构和布置，再加上PLC操作，对温度、压力、流量、组分、色度等进行全面的控制，确保获得最佳的水解工艺条件和稳定的产品质量。之后要对其进行水洗，水洗的任务是将水合二氧化钛与母液分离，再用水洗涤除去偏钛酸中所含可溶性杂质。但经过水洗而仍残留在水合二氧化钛中的最后一部分杂质（高铁为主），需要加铝粉将高价态铁转化为低价态铁除去，即在酸性条件下以还原剂将不溶的高铁还原为可溶性的亚铁，再进行二次水洗。在充分搅拌的情况下，向偏钛酸浆液中加入氢氧化钾和磷酸等盐处理剂，可防止煅烧物料烧结，隐蔽杂质元素的显色，使煅烧产品颗粒松软，色泽洁白等。之后偏钛酸经压滤机压滤，除去多余水分。盐处理后的偏钛酸在回转窑中经高温脱水、脱硫及晶型转化等过程，得到具有颜料性能的钛白粉。 采用辊压磨的研磨工艺，与球磨机配合使用，同时使用旋流分级技术，将粗颗粒返回上一级再次进行研磨粉碎，降低包膜前钛白粉粒径，提高包膜效率;用聚丙烯酸钠作为无机分散剂，与使用雷蒙磨相比设备投资更省，电耗更低，操作更为简便。采用自动化包膜工艺。包膜是改善产品性能，获得不同产品品种的主要途径之一，在获得钛白半成品后，往往由于半成品颗粒表面的缺陷而影响了成品的质量。因此，众多的研究人员对其表面进行了研究，采用各种不同的工艺配方，在颗粒表面包履一层特殊的膜，不同的膜效果不一样，有耐温的、耐候的、分散性好的等，本项目采用稀土、硅、铝包膜，在铝包膜过程采用并流工艺，提高其包膜效果，可以达到高耐候、高分散的性能。采用闪蒸干燥工艺，对经洗涤后的钛白粉经过皮带送入闪蒸干燥系统，与热空气充分接触，使滤饼水分快速蒸发，从而得到满足气流粉碎要求的干燥物料。最后，采用闪蒸干燥方式，滤饼直接进入干燥系统，不需要添加水分、制浆，可以大幅度降低天然气单耗。气流粉碎机内的物料在高速、高温气流的作用下，相互发生剧烈碰撞而被粉碎，同时加入有机处理剂进行有机包膜，以提高钛白粉的分散性。

6  结语

国内钛白粉主要以通用型钛白粉为主，在高遮盖、耐高温PVC压延膜用钛白粉中的应用集中在低端领域，虽然国产钛白粉经过近30年的发展壮大，产品规模和产品性能有了相当大的进步，但在高遮盖、耐高温PVC压延膜用钛白粉应用领域，国产钛白粉在工艺技术、产品性能、装备水平、产品规模等方面与国际钛白巨头相比还存在较大的差距。

参考文献

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