盐分对二氧化钛表面包覆的影响

吴 琼，刘立新 （中信钛业股份有限公司，辽宁锦州 121005）

0 引言

二氧化钛是世界上已知的工业生产中最白的颜料，由于其优异的光学性能而被广泛应用于涂料、塑料、造纸等行业，与人民生活和国民经济有着紧密联系。由于二氧化钛自身存在晶格缺陷而具有光化学活性，即对应用介质有光催化降解作用，因此通常需要在二氧化钛表面包覆光化学惰性的氧化物膜层以屏蔽其光化学活性点。二氧化钛表面包覆均匀致密膜层后不仅可屏蔽其光化学活性，还可提高其在体系中的应用性能。二氧化钛表面处理最常见的包膜物质为氧化硅和氧化铝，表面包覆氧化硅膜层，可显著提高其耐候性能；表面包覆氧化铝膜层，可改善应用体系的分散性。一般在工业生产中认为，包膜的质量受包膜浆料的浓度、包膜温度、包膜速率、搅拌强度、浆料盐分等因素影响，产品的最终性能取决于包覆氧化物膜层的完整性、均匀性等。目前，关于包膜浆料浓度、包膜温度、包膜速率、搅拌强度4种因素的影响已进行了大量研究和探索，对其有了基本统一的认识［1-2］，而关于浆料盐分对二氧化钛表面包膜效果的影响却鲜有报道。但包膜浆料中的盐分对二氧化钛性能的影响也是不可避免的［3］。本研究通过对初品浆料进行压滤除盐、水洗除盐工艺制备不同盐分的初品浆料，研究二氧化钛中盐分杂质对其包膜过程及产品性能的影响，对现场生产具有一定的指导意义。

1 试验部分

1.1 原料及设备

未经包膜的金红石型二氧化钛浆料；偏铝酸钠、硅酸钠、氢氧化钠、盐酸等溶液，均为工业级试剂。

HH.S11-Ni2型电热恒温水浴锅，北京长安永创科学仪器有限公司；FN101-1A型鼓风干燥箱，长沙仪器仪表厂；YZ1515 LanGe-Pump，保定兰格恒流泵有限公司；YQ50实验室小型气粉机，上海赛山公司；SHB-ⅢA循环水式多用真空泵，郑州长城科工贸有限公司；pH计，上海精科有限公司；JA5003B电子天平，上海精密仪器有限公司。

1.2 方法与过程

取氯化法初品浆料，洗盐，配制成浓度400 g/L的水浆。用氢氧化钠溶液将浆料pH调至9～11，再加入一定量的分散剂对浆料进行分散。通过化学沉积方式对二氧化钛进行硅铝包膜，再用一定温度的去离子水对其进行洗涤过滤，除去盐分，检测产品的触变性。然后将其烘干、研磨、汽粉，检测产品的性能。

1.3 TEM透射电镜检测微观形貌

对制备好的样品进行TEM透射电镜微观形貌分析。

2 结果及讨论

2.1 不同除盐工艺对包膜过程中产品电导率的影响

采用电导率指标表征产品的盐分含量，电导率越高，说明产品的盐分含量越高。不同除盐工艺对包膜过程中产品电导率的影响见图1。

图1 不同除盐工艺对包膜过程中产品电导率的影响Figure 1 Effect of different desalination processes on conductivity of products in coating process

由图1可以看出，经不同除盐工艺处理后，浆料电导率显著下降，说明浆料中盐分含量显著减少，采用两种工艺的浆料盐分去除率均达到60%。

2.2 盐分对钛白粉包膜过程中浆料黏度的影响

钛白粉包膜过程中浆料黏度对包膜效果也有一定影响，在一定范围内，浆料黏度越低，越有利于包膜的进行。这是由于黏度较高时，钛白粉易团聚，导致破碎后包膜不够完整或者形成团粒包膜。盐分对包膜过程中浆料黏度的影响见图2。

图2 盐分对钛白粉包膜过程中浆料黏度的影响Figure 2 Effect of salt content on viscosity of slurry in coating process of titanium dioxide

从图2中可以看出，经不同除盐工艺后，包膜过程中浆料黏度较未经除盐的浆料黏度有了很大程度地降低，说明除盐后浆料中二氧化钛颗粒的分散状态更好，更有利于形成完整均匀的包覆层，对产品的颜料性能更有利。

2.3 盐分对包膜过程中产品粒径的影响

盐分对包膜过程中产品粒径的影响见图3。

图3 盐分对包膜过程中产品粒径的影响Figure 3 Effect of salt content on particle size of products in coating process

从图3中可以看出，经不同除盐工艺处理的浆料在包膜过程中，粒径都有降低的趋势。其中采用直接压滤除盐的方法，过程平均粒径值较小，较未除盐浆料的粒径约降低30%。浆料经除盐处理后，提高了二氧化钛在水浆中的分散性能，这更有利于单个粒子的包膜，避免团聚颗粒共同成膜，增加了膜层的均匀性和完整性。

2.4 除盐工艺对钛白粉成品性能的影响

浆料除盐不仅会影响钛白粉的包膜过程，而且对产品的最终性能也有影响，不同处理工艺对二氧化钛产品最终性能的影响见表1。

表1 不同处理工艺对二氧化钛产品最终性能的影响Table 1 Effect of different treatment processes on the final properties of titanium dioxide products

从表1中可以看出，经除盐处理工艺后，钛白粉成品的吸油量指标降低、电阻率提高、产品的高搅分散性提升。分析原因，可能是由于经除盐处理后，二氧化钛浆料中的杂质含量减少，二氧化钛颗粒在溶液中更易于以初始粒子形态存在，使其表面的包覆膜层更加均匀、完整，减少或避免了大团聚粒子共同包覆成膜，汽粉破碎后导致膜层不完整的情况，影响钛白粉的最终质量；或由于高盐分浆料的黏度较大，包膜剂未能完全在二氧化钛颗粒表面包覆成膜，增加了包膜剂单独沉淀析出的概率，导致膜层形态不理想，影响产品的应用性能。

2.5 微观形貌分析

采用TEM电镜对经不同工艺处理的浆料包膜后的二氧化钛成品进行形貌检测，结果见图4。

图4 不同工艺处理的二氧化钛成品的微观形貌Figure 4 Microscopic morphology of titanium dioxide products with different treatment processes

由图4可见，未经除盐工序的成品二氧化钛，膜层包覆较为完整致密，但颗粒间有明显黏连，存在团聚粒子共同包膜的现象。经除盐工序后的成品二氧化钛，膜层包覆较为均匀完整，二氧化钛颗粒的分散状态较好，黏连现象不明显，这更有利于提高二氧化钛产品的性能。

3 结语

（1） 采用电导率指标评价，经不同除盐工艺处理，浆料盐分的去除率均达到60%以上；

（2） 经除盐工艺后，对包膜过程中浆料黏度有降低作用；

（3） 经除盐工艺后，对包膜过程中浆料粒径有降低作用，其中采用直接压滤方法时，粒径降低趋势更为明显，平均粒径约降低30%；

（4） 除盐工艺对最终产品的酸溶性有降低趋势；有利于降低产品的吸油量，吸油量约降低1个点；有利于提高最终成品的电阻率，相同洗涤水量，成品电阻率提高100 Ω·m以上。

（5） 通过对成品微观形貌的检测表明，未经除盐处理的产品膜层包覆较为完整，但有团聚粒子存在，不利于产品的分散等性能；经除盐处理后，膜层包覆较为均匀，颗粒间分散性较好，产品性能更优异。