摘要：实验室包覆有机物通常采用高速分散湿法、振荡分散法、汽粉机粉碎法。三种常用方法都能在钛白粉表面包覆有机物，但其中包覆工艺不同，决定了包覆质量也不同。本文采用同种有机物对钛白粉进行三种包覆方法，对比其包覆方法，找出其优缺点。

关键词：钛白粉；有机硅；表面包覆；粒径

引言

TiO₂，俗称钛白粉，是一种多晶型化合物，自然界中主要有板钛型、锐钛型、金红石型三种晶型。其物理化学特性稳定，无毒无害，具有较高的白度，高遮盖，优异的光泽度和消色力等，广泛应用于涂料、油墨、塑料、造纸、橡胶、化纤、化妆品等工业^[1~2]。由于二氧化钛晶型结构特点导致本身存在光化学活性缺陷（肖特基缺陷），从而影响二氧化钛应用性能。因此在实际应用中需要对二氧化钛进行表面包覆处理，已屏蔽紫外光对其造成的光催化作用。通常先进行无机表面包覆处理，提高其耐候性，分散性等；后进行有机表面包覆处理^[3~4]。进一步提高分散性，光泽度等。

目前，同常先采用硅、铝、锆、钛等无机盐进行TiO₂表面无机包覆，提高其分散性、耐候性、光泽度等，然后在采用胺类化合物、多元醇、有机硅化合物、有机酸盐等进行TiO₂有机包覆。进一步提高其分散性^[5]。实验室通常采用高速搅拌湿法包覆有机物、振动混匀法包覆有机物、汽粉法包覆有机物。本文针对三种方法进行试验对比分析，探讨三种包覆方法优缺点，为实验室包覆TiO₂有机物提供参考。

1.实验部分

1.1试剂与仪器

1.1.1主要原料和试剂

实验中使用的原料及主要试剂见表1。

表1原料及主要试剂

Table1 Raw Materials and Main Reagents.

1.1.2主要设备和仪器

实验中使用的主要设备和仪器见表。

表2主要设备和仪器

Table 2 Main Equipment and Instruments.

1.2实验流程

图1工艺流程图

Fig. 1 Process Flow Chart.

氯化法钛白粉浆料经过前期中和砂磨分散，进行无机Si、Al包膜，然后压滤得到此次实验的滤饼料。滤饼料分三种工艺进行TME有机包覆。

1.3实验方法

1）浆料中和：配置7L浓度为350g/L的氯化法钛白粉浆料，加入浓度为50g/L的六偏磷酸钠15mL，搅拌调节浆料PH为10.0-10.5。

2）砂磨分散：将中和后的浆料用实验室型砂磨机进行研磨分散，浆料循环研磨15min，研磨转速为2000r/min。测定研磨分散后的钛白粉浆料粒径^[8]。

3）包硅实验：量取5L砂磨后浆料倒入单层玻璃反应釜中，开启搅拌转速设定为150r/min，水浴升温到浆料温度为60℃。用1mol/L硫酸溶液和1mol/L氢氧化钠溶液调节浆料溶液pH值为10.0~10.5，搅拌分散5min，移取定量的硅酸钠溶液（以SiO2计浓度为100g/L）加入单层玻璃反应釜中，陈化20min。

4）包铝实验：移取适量偏铝酸钠溶液（以Al2O3计浓度为100g/L）缓慢加入单层玻璃反应釜中，陈化15min后，再取适量硫酸铝溶液（以Al2O3计浓度为250g/L）缓慢加入单层玻璃反应釜中，陈化15min，用1mol/L硫酸溶液和1mol/L氢氧化钠溶液滴定浆料溶液pH值为5.5~6.5，陈化20min。

5）压滤洗涤：将包膜后的浆液用实验室隔膜压滤机进行压滤，浆料倒入压滤机后用60℃除盐水洗涤至电导率小于100μs/cm，得到滤饼。称取1000g滤饼配置成500g/L的浆料待用，剩余滤饼取到不锈钢瓷盘中，调节电热恒温鼓风干燥箱温度到145℃持续干燥12h，冷却后干燥钛白粉用高速分散机进行粗粉。

6）高速分散包覆TME：将压滤后配置的500g/L浆料放在高速分散机分散缸内，调节高速分散机转速为3000r/min，加入适量的TME高速分散30min。分散后将料方法不锈钢瓷盘中，调节电热恒温鼓风干燥箱温度到145℃持续干燥12h，冷却后干燥钛白粉用高速分散机进行初打粉，后用实验室型气流粉碎机进行粉碎，粉碎介质为除油除湿压缩空气，粉碎压力为1.0MPa，进料压力为0.8MPa；得到1号样品。

7）振荡分散包覆TME：称取钛白粉粗粉500g，加入适量的TME振荡分散30min。后用实验室型气流粉碎机进行粉碎，粉碎介质为除油除湿压缩空气，粉碎压力为1.0MPa，进料压力为0.8MPa；得到2号样品。

8）汽流粉碎包覆TME：称取钛白粉粗粉500g，用实验室型气流粉碎机进行粉碎，粉碎介质为除油除湿压缩空气，粉碎压力为1.0MPa，进料压力为0.8MPa；并在汽粉机出口加入适量的TME（TME由计量泵输送），得到3号样品。

1.4性能表征与测试

1.4.1粒度测试

粒径测试：称取0.1g钛白粉成品样溶于40ml蒸馏水中，滴加5‰的六偏磷酸钠，在磁力搅拌器上搅拌3min，而后放入超声波清洗器中超声3min。采用MalvernMastersizer2000激光粒度仪检测，测量三次取平均结果。

1.4.2分散性测试

检测树脂为固含量为40%的长油醇酸树脂。

振荡分散：分散性检测按照《颜料和体质颜料评定分散性用的分散方法第2部分：用振荡磨分散》ISO8780-2：1990标准测定，检测参数：颜料含量为40%，分散时间10min；颗粒数的计算为刮板细度计上25-50刻度之间的颗粒数。

高速搅拌分散：分散性按照《颜料和体质颜料评定分散性用的分散方法第3部分：用高速搅拌机分散》ISO8780-3：1990标准测定，检测参数：颜料含量为70%，分散线速度为10.5m/s，高速分散时间10min；粗颗粒的计算为75μm槽深1平方英寸面积的颗粒数；细颗粒的计算为25μm槽深1平方英寸面积的颗粒数。

1.4.3颜色测试

漆膜颜色：制成全遮盖的漆膜后按照《涂膜颜色的测量方法第二部分：颜色测量》GB/T11186.2-1989标准检测；

对比率：在标准的黑白卡纸上涂覆湿膜，恒温恒湿处理后得到19μm厚度干膜，按照《白色和浅色漆对比率的测定》GB/T23981-2009标准检测；

光泽：在玻璃板上采用《色漆和清漆不含金属颜料的色漆漆膜20°、60°和85°镜面光泽的测定》GB/T9754-2007标准制样和检测。

2.结果与讨论

2.1粒径测试结果

图2粒径分布图

Fig.2 Particle Size Distribution Map.

图3粒径测试图

Fig 3. Particle Size Test Diagram.

二氧化钛粒子大小在氧化阶段已经固定，由于粒子之间相互吸引使二氧化钛颗粒结集团聚，砂磨过程只是把团聚打开，经过包膜压滤一些列工艺后，钛白粉可以又产生二次团聚，所以采用汽粉进行粉碎。激光粒径分析仪是根据激光在被测颗粒表面发生散射，散射光的角度和光强会因颗粒尺寸的不同而不同，根据米氏散射和弗氏衍射理论。^[7~8]可以进行粒径分析。从图2、3可以看出3个样品粒径相差不大，进一步说明砂磨汽粉工艺不能改变粒子形貌大小，只能打开团聚，起到解聚作用。测试结果D50、D90对比，3号样品汽粉效果相对好一点，粒径更集中。

2.2三个钛白粉样品分散性测定对比

图4分散性测试图

Fig 4.Dispersion Test Diagram.

由图4可以看出：振动法分散性高于高速搅拌法分散性，说明在应用体系中，振荡分散更有利于钛白粉分散，但高速搅拌分散方法简单，效率更高。颗粒数多少能客观的反应样品分散情况，振荡分散中未看到粗颗粒，总体情况为3号样品分散性最好1号样品次之，分散性最差为2号样品。说明样品采用不同的有机包膜方法，样品应用体系中分散性有明显差别。

2.3三个钛白粉样品色差性能测定对比在15%PVC（颜料体积浓度）的丙烯酸油漆中的性能对比

图5颜色测试图

Fig5 Color Test Diagram.

样品颜色主要由颗粒形貌、包膜配方、颜料配方所决定，本文针对同一浆料、同一包膜配方研究，样品各项颜色指标相差不算大，但三种包覆有机方法之间还是有一些差异。由图5可以看出，3个样品遮盖力相差不大，说明遮盖力主要受粒子形貌影响，涂层厚度在此不做讨论。3号样品L*值和白度、光泽度均比1号2号好，与分散性相呼应，说明样品分散性与各项应用指标有着密切关系。

3.结论

本文对氯化法钛白粉基料做中和砂磨分散处理，在进行无机包覆后，分三种方法进行有机包覆的实验研究，最终测试成品各项指标，得到以下结论：

1. 采用微型汽粉机和高速搅拌机包膜TME的样品比采用振荡包覆TME的样品粒径更均匀集中。

2. 汽粉机包覆TME分散性优于高速搅拌包覆和振荡包覆。

3. 由于汽粉包覆分散性好，样品的白度、亮度、光泽度相对偏高。

4. 遮盖力主要取决于粒子本身大小，同一个样遮盖力相差较小。

参考文献

[1]刘于民.二氧化钛表面功能化及应用研究[D].江苏大学,2011.

[2]李璇,张敏,李秋叶,杨建军.二氧化钛表面处理研究进展[J].化学研究,2017,28(05):537-547.

[3]李家其,周硕林,徐琼,钟文周,刘贤响,尹笃林.二氧化钛颜料表面包覆及光活性评价研究进展[J].化工进展,2017,36(12):4613-4621.

[4]李礼.二氧化钛表面包覆氧化铝的形态和机理分析[J].无机盐工业,2013,45(08):27-29.

[5]张先鹏,袁海斌,李实秾,徐祖彪,李恩明,彭祥燕.二氧化钛表面包覆SiO_2的最优条件试验研究[J].现代涂料与涂装,2013,16(09):13-15+23.

[6]马磊.氯化法钛白粉表面包膜关键因素研究[D].云南大学,2016.

[7]刘培炎.激光粒度仪干法和湿法测试在涂料粒径分析中的应用[J].涂料工业,2016,46(12):58-62.

[8]王钦清.二氧化钛改性及其性能研究[D].江南大学,2010.

[9]张智涛.钛白粉表面包膜改性技术研究[D].云南大学,2013.

粉体圈 易辰