装饰原纸用复合钛白粉的制备研究

王莉萍

（龙佰集团股份有限公司，河南 焦作 454006）

0 引言

在装饰原纸的生产中，一般会加入钛白粉作为填料用来提高纸张的光学性能，提高纸张的不透明度。当前主要采用国外杜邦R-796+钛白粉，价格昂贵，装饰原纸生产成本较高。设计以云母、滑石、硅灰石、高岭土等无机非金属矿物为内核在其表面包覆TiO2粒子制备一种复合钛白粉，可以降低装饰原纸生产中钛白粉的用量。本文采用高岭土为内核，制备了一种装饰原纸用复合钛白粉，通过实验确定了最佳工艺参数[1]。

1 实验材料与方法

1.1 实验原料

R-796+钛白粉，杜邦公司，白度94.8%；高岭土，麦克林试剂，白度90.2%；六偏磷酸钠（AR），上海创赛公司。

1.2 实验仪器

GFJ-0.5（GFJ-550）实验室小型分散机，杭州齐威仪器公司；WS-SD 智能式实时色度白度计，上海化岩仪器设备公司；VEGA3SBH 型扫描电子显微镜，泰思肯公司；X'Pert3 Powder 多功能粉末X 射线衍射仪，荷兰帕纳科公司；991739 型抗张强度测定仪、Elrepho 070 白度仪、969920 耐破度测定仪、991481 透气性测定仪，均为瑞典L&W 公司[2-3]。

1.3 实验方法

1.3.1 复合钛白粉的制备方法

称取一定质量的六偏磷酸钠于烧杯中，加入蒸馏水搅拌溶解，再称取一定质量的高岭土加入烧杯中，小分散机上分散一定时间；将分散好的高岭土悬浮液转移至砂磨筒中，加入一定量陶瓷氧化锆珠子，保持研磨浓度，调整研磨分散机转速，通过砂磨盘带动氧化锆珠珠子的转动进而进行研磨；研磨一定时间后，将分散好的钛白粉和另一部分陶瓷氧化锆珠子加入到砂磨筒中，继续进行研磨包覆一定时间；研磨结束后，介质过滤脱水，所有物料脱水、烘干、打散，得到复合钛白粉样品。

1.3.2 检测方法分析

1）白度检测：取复合钛白粉样品压制为饼状物，采用WS-SD 智能式实时色度白度计检测白度。

2）遮盖力检测：按GB/T1726 涂料遮盖力测定法测定样品的遮盖力。按国家标准对纸张物理性能进行检测。

2 结果与讨论

2.1 工艺参数对复合钛白粉性能的影响

2.1.1 分散剂用量因素对复合钛白粉性能的影响

在确定其他工艺参数条件一致的情况下，采用不同分散剂用量（0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%）进行实验。制备的复合钛白粉白度分别为91.1%、91.4%、92.7%、91.7%、90.9%，遮盖力分别为26.37、33.25、42.6、40.2、36.33 g/m2。

分散剂用量对复合钛白粉白度的影响较小，在分散剂用量从0.1%增加到0.5%过程中，白度表现为先增大后下降趋势，在分散剂用量为0.3%时最大值为92.1%。分散剂用量对复合钛白粉遮盖力有一定影响，在分散剂用量从0.1%增加到0.5%过程中，遮盖力表现为先增大后下降趋势，在分散剂用量为0.3%时最大值为42.6 g/m2。综合上述分析，确定实验分散剂用量最佳为0.3%。

2.3.1 水提工艺设计 以加水量、煎煮时间、煎煮次数为因素，选用L9（34）因素水平表安排正交试验。见表4。

2.1.2 原料配比因素对复合钛白粉性能的影响

在确定其他工艺参数条件一致的情况下，采用不同原料质量配比（3∶7、4∶6、5∶5、6∶4、7∶3）进行实验。制备的复合钛白粉白度分别为90.9%、91.5%、92.9%、91.1%、90.6%，遮盖力分别为29.86、33.14、37.25、39.58、41.50 g/m2。

原料配比对复合钛白粉白度的影响显著，在原料质量配比从3∶7 增加到7∶3 过程中，白度表现为先增大后下降趋势，在原料配比为5∶5 时最大值为92.3%。原料配比对复合钛白粉遮盖力的影响较显著，在原料配比从3∶7 增加到7∶3 过程中，遮盖力一直表现增大趋势，在原料配比用量为7∶3 时最大值为41.50 g/m2。综合上述分析，考虑到原料配比对复合钛白粉白度的影响显著，确定实验原料配比最佳为5∶5。

2.1.3 复合研磨时间因素对复合钛白粉性能的影响

在确定其他工艺参数条件一致的情况下，采用不同复合研磨时间（0.5、1.0、1.5、2.0、2.5h）进行实验。制备的复合钛白粉白度分别为92.4%、91.7%、90.9%、90.5%、90.3%，遮盖力分别为42.38、39.21、37.32、35.01、33.45 g/m2。

复合研磨时间对复合钛白粉白度的影响显著，在复合研磨时间从0.5 h 增加到2.5 h 过程中，白度表现为下降趋势，在复合研磨时间为0.5 h 时最大值为93.2%。复合研磨时间对复合钛白粉遮盖力有一定影响，在复合研磨时间从0.5 h 增加到2.5 h 过程中，遮盖力表现为下降趋势，在复合研磨时间为0.5 h 时最大值为42.38 g/m2。综合上述分析，确定实验复合研磨时间最佳为0.5 h。

2.1.4 研磨浓度对复合钛白粉性能的影响

在确定其它工艺参数条件一致的情况下，采用不同研磨浓度（料浆质量分数，45%、50%、55%、60%、65%）进行实验。制备的复合钛白粉白度分别为90.9%、91.4%、91.8%、91.9%、92.4%，遮盖力分别为45.35、42.13、39.01、37.05、35.01 g/m2。

2.2 样品的表征

采用上述最佳工艺参数：分散剂用量0.3%、高岭土与钛白粉比例5∶5、复合研磨时间0.5 h、研磨浓度45%，制备了复合钛白粉。复合钛白粉、钛白粉、高岭土的白度和遮盖力检测结果如表1 所示。

表1 复合钛白粉、钛白粉、高岭土的白度和遮盖力检测情况

从表1 数据可知，复合钛白粉在白度和遮盖力方面与钛白粉较接近，高岭土和钛白粉的复合效果较为理想，可以用来取代部分钛白粉做为填料用于装饰原纸生产国。

对制备的复合钛白粉进行15 000 倍的SEM 扫描，可以看到在复合钛白粉中，高岭土经研磨分散作用后，高岭土颗粒的棱角被磨平，二氧化钛粉颗粒吸附在高岭土表面及空隙间，吸附时存在团聚现象，分散不均匀，且有部分二氧化钛颗粒团聚散落在高岭土周围。

复合钛白粉的红外光谱分析结果表明：钛白粉与高岭土发生了化学反应，生成了—O—键，复合钛白粉的化学结果与钛白粉、高岭土原料产生了差别。

复合钛白粉的X 射线衍射分析结果表明：复合钛白粉中除了钛白粉、高岭土外，没有其他新物质生成，且2θ=27.32°、36.01°、54.30°处峰强度减弱，说明较多二氧化钛颗粒包裹在高岭土的表面，并有部分颗粒发生了化学结合。

2.3 复合钛白粉对纸张性能的影响

将复合钛白粉做为填料用于制备装饰原纸手抄片实验，添加量为30%。并测定纸张强度、透气度、吸收性以及光学性能，结果如表2 所示。

表2 不同填料对纸张性能的影响情况

从表2 数据可知，复合钛白粉填料用于纸张生产中的效果理想，性能接近钛白粉，可以取代部分钛白粉，降低纸张生产成本。

3 结语

以高岭土为内核，钛白粉为包覆层，采用机械化学法制备了复合钛白粉，以白度和遮盖力为性能指标进行实验，确定最佳工艺参数为：分散剂用量0.3%、高岭土与钛白粉比例5∶5、复合研磨时间0.5 h、研磨浓度45%；最佳工艺参数制备的复合钛白粉白度为93.1%、遮盖力为31.21 g/m2；复合钛白粉做为填料用于替代钛白粉添加到纸张中，纸张的强度性能、透气度、白度和不透明度等性能指标与钛白粉接近。因此，复合钛白粉填料可用于取代钛白粉用于纸张生产。