一種高光澤、高耐候性金紅石型鈦白粉的鋯鋁包膜工藝

《一種高光澤、高耐候性金紅石型鈦白粉的鋯鋁包膜工藝》是四川龍蟒鈦業股份有限公司於2014年7月22日申請的專利，該專利申請號為2014103476490，公布號為CN104119702A，公布日為2014年10月29日，發明人是鐘曉英、范先國、代堂軍，該發明涉及鈦白粉生產技術領域。

《一種高光澤、高耐候性金紅石型鈦白粉的鋯鋁包膜工藝》包括加熱步驟，鋯包膜步驟，鋁包膜步驟和後續水洗、有機處理、氣流粉碎步驟，其中所述鋯包膜步驟中在鈦白粉漿料中並流加入鹼性鋯溶液和硫酸，維持漿料pH值在8-11之間，鹼性鋯溶液的加入量以質量比ZrO₂/TiO₂=0.1-5%計，所述鹼性鋯溶液通過在過量的可溶性碳酸鹽溶液中加入可溶性鋯鹽製得，其中M_CO32-:M_ZrO2≥1.5。該發明方法巧妙避免了在鋯包膜過程中直接加入酸性溶液導致體系pH值改變跨越等電點引起的絮凝、沉澱現象，同時保證了鋯的均勻分散，有效的提高了金紅石型鈦白粉的光澤度和耐候性。

2021年11月，《一種高光澤、高耐候性金紅石型鈦白粉的鋯鋁包膜工藝》獲得2020年度四川專利獎二等獎。

基本介紹

• 中文名：一種高光澤、高耐候性金紅石型鈦白粉的鋯鋁包膜工藝
• 公布號：CN104119702A
• 公布日：2014年10月29日
• 申請號：2014103476490
• 申請日：2014年7月22日
• 申請人：四川龍蟒鈦業股份有限公司
• 地址：四川省德陽市綿竹新市工業集中區龍蟒化工區
• 發明人：鐘曉英、范先國、代堂軍
• 專利代理機構：泰和泰律師事務所
• 代理人：魏常巍、溫黎娟
• Int.Cl.：C09C1/36(2006.01)I、C09C3/06(2006.01)I
• 類別：發明專利

專利背景

鈦白粉，俗稱二氧化鈦，被認為是2014年7月之前世界上性能最好的一種白色顏料，廣泛套用於塗料、塑膠、造紙、印刷油墨、化纖、橡膠、化妝品等工業。在自然界中二氧化鈦存在三種晶型：板鈦型、銳鈦型和金紅石型。板鈦型是不穩定的晶型，無工業利用價值，銳鈦型和金紅石型都具有穩定的晶格，是重要的白色顏料和瓷器釉料，與其他白色顏料比較有優越的白度、著色力、遮蓋力、耐候性、耐熱性、和化學穩定性，特別是沒有毒性。

鈦白粉的工業化生產方法一般分為硫酸法和氯化法。其中硫酸法是一種常見的傳統的生產方法，其步驟一般包括：鈦精礦與濃硫酸進行酸解反應生產硫酸氧鈦、經沉降、結晶、水解生成偏鈦酸；偏鈦酸經一洗、漂白、二洗，鹽處理、鍛燒得到金紅石型二氧化鈦粗品；二氧化鈦粗品經濕磨、砂磨、包膜和氣粉，得到鈦白粉產品。

為了提高鈦白粉的耐候性和化學穩定性，改善二氧化鈦在各種不同介質中的分散性，通常要對TiO₂進行表面處理。無機表面處理是在TiO₂粒子表面形成一層均勻的無色或白色無機氧化物膜，以堵塞TiO₂的光活化點，提高耐候性。有機處理是在TiO₂表面包膜一層有機氧化物膜或表面活性劑，使TiO₂粒子保持分散狀態並可以在有機介質中更好地相容均勻地分散。對TiO₂進行表面處理，一般先進行無機表面處理，後進行有機表面處理。無機表面處理的材料一般用SiO₂（二氧化矽）、Al₂0₃（氧化鋁）、ZrO（氧化鋯）、ZnO（氧化鋅）。中國通用產品常見包膜方式為鋯鋁包膜，其典型包膜過程包括加熱步驟、鋯包膜步驟、鋁包膜步驟和後續水洗、有機處理、氣流粉碎步驟，也就是將經砂磨工序粉碎合格的TiO₂料漿加熱至50℃左右，加入分散劑，調整pH，在一定時間內一次性加入計量的硫酸鋯完成鋯包膜步驟，然後採用氫氧化鈉緩慢調整體系pH在8-11之間，並流加入偏鋁酸鈉和硫酸完成鋁包膜步驟，穩定體系pH不變，熟化，調整料漿至中性，水洗，有機處理和氣流粉碎，得到分散性優良的顏料級金紅石型鈦白粉。該包膜過程中的鋯包膜步驟，採用一次性加入計量的硫酸鋯，由於硫酸鋯溶液是強酸性，因此包膜料漿pH會從8-11的鹼性環境逐步下降至1-2的酸性環境，由於金紅石型二氧化鈦的一個等電點在pH值為5-7之間（所謂等電點是指顆粒表面電位為0毫伏，此時顆粒間的分散無法通過靜電排斥作用達到，因此顆粒料漿將發生失穩，絮凝，沉澱等一系列惡化分散性能的後果），因此隨著硫酸鋯的加入，在體系酸度降低而逐漸躍過等電點的過程中，二氧化鈦顆粒發生團聚，後續的鋯、鋁包覆過程也僅僅是發生在二氧化鈦的團聚體上，隨著最終團聚體經氣流粉碎解聚得到大量裸露，大量未經鋯鋁包膜處理的二氧化鈦顆粒嚴重影響到鈦白粉的分散性能和耐候性能。

發明內容

專利目的

《一種高光澤、高耐候性金紅石型鈦白粉的鋯鋁包膜工藝》的目的就在於針對2014年7月之前的技術中不足，提供一種金紅石型鈦白粉的鋯鋁包膜工藝，它可以提高鈦白粉的分散性能和耐候性能，得到高分散、高耐候性的金紅石型鈦白粉。

技術方案

《一種高光澤、高耐候性金紅石型鈦白粉的鋯鋁包膜工藝》包括加熱步驟，鋯包膜步驟，鋁包膜步驟和後續水洗、有機處理、氣流粉碎步驟，其中所述鋯包膜步驟是在鈦白粉漿料中並流加入鹼性鋯溶液和硫酸，維持漿料pH值在8-11之間，鹼性鋯溶液的加入量以質量比ZrO₂/TiO₂=0.1-5%計，所述鹼性鋯溶液通過在過量的可溶性碳酸鹽溶液中加入可溶性鋯鹽製得，其中M_CO32-:M_ZrO2≥1.5。

優選的是，所述可溶性鋯鹽選自硫酸鋯、二氯氧鋯；所述可溶性碳酸鹽選自碳酸鈉、碳酸鉀。

更優的是，鹼性鋯溶液採用硫酸鋯加入到過量的可溶性碳酸鹽中製得，最好現制現用。因為鹼性的鋯的配位化合物在實驗室恆溫25℃下基本上能夠穩定存在10天以上，但是隨著存儲溫度的提高，穩定時間縮短，溶液中將產生大量沉澱，在工業現場實際生產中，現場溫度波動較大，為了不增加溫控成本，因此最好現制現用。

由於鈦白粉的包膜過程需在pH為8-11的鹼性環境下進行，如果直接將可溶性鋯鹽溶液加入鈦白粉漿料中進行包膜，因為2014年7月之前的生產條件中使用的可溶性鋯鹽（如硫酸鋯、二氯氧鋯）均為酸性，而鈦白粉漿料呈鹼性，將會即刻產生沉澱，無法均勻分散，影響包覆效果。而若在漿料中加鹼性鋯鹽，因為鹼性鋯鹽如碳酸鋯、氫氧化鋯等均為不溶性鹽，它們也很難均勻分散，達不到理想的包覆效果。

因此，該發明使用鹼性可溶的鋯溶液用於鋯包膜步驟，保證鋯的良好分散和包膜過程的鹼性環境，該鹼性可溶的鋯溶液是通過將可溶性鋯鹽加入到過量的可溶性碳酸鹽溶液中，鋯離子與碳酸根形成鹼性配位化合物從而得到的。該鹼性鋯溶液能夠穩定存在，在製備過程中必須注意將鋯鹽溶液在攪拌狀態下加入到可溶性碳酸鹽溶液中，否則由於鹼性鋯鹽溶液不能在酸性條件下存在，改變加料順序得到的是氫氧化鋯沉澱，而不是溶液；同時根據配位化合物的形成原理，配體數與金屬離子達到化學計量所需要的最小物質的量的配比，可溶性碳酸鹽溶液必須過量，同時由於大多數配位化合物都存在著分解平衡，因此為了維持配位化合物的穩定性，配體必須過量。

該發明通過將可溶性鋯鹽加入到過量的可溶性碳酸鹽溶液中（M_CO32-:M_ZrO2＞1.5）得到鹼性條件下的可溶性鋯鹽溶液，在鈦白粉鋯包膜過程中直接將其加入進行包膜，保證了包膜過程一直在鹼性環境下進行，它不僅避免了酸鹼相遇產生沉澱，使鋯得到良好的分散，也避免了2014年7月之前的技術中由於酸性溶液的加入導致漿料pH值降低而躍過二氧化鈦等電點而產生絮凝、沉澱現象，防止二氧化鈦發生團聚，從而達到理想的包覆效果。

改善效果

《一種高光澤、高耐候性金紅石型鈦白粉的鋯鋁包膜工藝》巧妙避免了在鋯包膜過程中直接加入酸性溶液導致體系pH值改變跨越等電點引起的絮凝、沉澱現象，同時保證了鋯的均勻分散，有效的提高了金紅石型鈦白粉的光澤度和耐候性。

權利要求

1.《一種高光澤、高耐候性金紅石型鈦白粉的鋯鋁包膜工藝》包括加熱步驟，鋯包膜步驟，鋁包膜步驟和後續水洗、有機處理、氣流粉碎步驟，其特徵在於：所述鋯包膜步驟中在鈦白粉漿料中並流加入鹼性鋯溶液和硫酸，維持漿料pH值在8-11之間，鹼性鋯溶液的加入量以質量比ZrO₂/TiO₂=0.1-5%計，所述鹼性鋯溶液通過在過量的可溶性碳酸鹽溶液中加入可溶性鋯鹽製得，其中M（CO₃）:M（ZrO₂）≥1.5。

2.根據權利要求1所述的一種高光澤、高耐候性金紅石型鈦白粉的鋯鋁包膜工藝，其特徵在於：所述可溶性鋯鹽選自硫酸鋯、二氯氧鋯。

3.根據權利要求2所述的一種高光澤、高耐候性金紅石型鈦白粉的鋯鋁包膜工藝，其特徵在於：所述可溶性鋯鹽為硫酸鋯。

4.根據權利要求1所述的一種高光澤、高耐候性金紅石型鈦白粉的鋯鋁包膜工藝，其特徵在於：所述可溶性碳酸鹽選自碳酸鈉、碳酸鉀。

實施方式

• 實施例1

將經砂磨工序粉碎合格的TiO₂料漿加熱至50℃左右，加入分散劑，調整體系pH=10.0-10.5，在60分鐘內並流加入計量的鹼性鋯溶液和硫酸溶液，維持體系pH在10.0-10.5之間（其中鹼性鋯溶液加量以ZrO₂/TiO₂=0.1%計，鹼性鋯溶液通過在過量的碳酸鈉溶液中加入硫酸鋯製得，製得的鹼性鋯溶液中M_CO32-:M_ZrO2=1.5），熟化30分鐘，並流加入偏鋁酸鈉和硫酸溶液，偏鋁酸鈉加入量Al₂O₃/TiO₂=3.5%，穩定體系pH=10.0-10.5之間，熟化30分鐘，調整料漿至中性，水洗，有機處理和氣流粉碎，得到金紅石型鈦白粉樣品A，測試產品的20°光澤和耐候性。

• 實施例2

將經砂磨工序粉碎合格的TiO₂料漿加熱至50℃左右，加入分散劑，調整pH=8.0-9.5，在60分鐘內並流加入計量的鹼性鋯溶液和硫酸溶液，維持體系pH在8.0-9.5之間（其中鹼性鋯溶液加量以ZrO₂/TiO₂=1.5%計，鹼性鋯溶液通過在過量的碳酸鉀溶液中加入硫酸鋯製得，製得的鹼性鋯溶液中M_CO32-:M_ZrO2=2.5），熟化30分鐘，並流加入偏鋁酸鈉和硫酸溶液，偏鋁酸鈉加入量Al₂O₃/TiO₂=3.5%，穩定體系pH=10.0-10.5之間，熟化30分鐘，調整料漿至中性，水洗，有機處理和氣流粉碎，得到金紅石型鈦白粉樣品B，測試產品的20°光澤和耐候性。

• 實施例3

將經砂磨工序粉碎合格的TiO₂料漿加熱至50℃左右，加入分散劑，調整pH=10.5-11.0，在60分鐘內並流加入計量的鹼性鋯溶液和硫酸溶液，維持體系pH在10.5-11.0之間（其中鹼性鋯溶液加量以ZrO₂/TiO₂=2.5%計，鹼性鋯溶液通過在過量的碳酸鈉溶液中加入二氯氧鋯製得，製得的鹼性鋯溶液中M_CO32-:M_ZrO2=4.5），熟化30分鐘，並流加入偏鋁酸鈉和硫酸溶液，偏鋁酸鈉加入量Al₂O₃/TiO₂=3.5%，穩定體系pH=10.0-10.5之間，熟化30分鐘，調整料漿至中性，水洗，有機處理和氣流粉碎，得到金紅石型鈦白粉樣品C，測試產品的20°光澤和耐候性。

• 實施例4

將經砂磨工序粉碎合格的TiO₂料漿加熱至50℃左右，加入分散劑，調整pH=9.5-10.0，在60分鐘內並流加入計量的鹼性鋯溶液和硫酸溶液，維持體系pH在9.5-10.0之間（其中鹼性鋯溶液加量以ZrO₂/TiO₂=5.0%計，鹼性鋯溶液通過在過量的碳酸鉀溶液中加入二氯氧鋯製得，製得的鹼性鋯溶液中M_CO32-:M_ZrO2=5.5），熟化30分鐘，並流加入偏鋁酸鈉和硫酸溶液，偏鋁酸鈉加入量Al₂O₃/TiO₂=3.5%，穩定體系pH=10.0-10.5之間，熟化30分鐘，調整料漿至中性，水洗，有機處理和氣流粉碎，得到金紅石型鈦白粉樣品D，測試產品的20°光澤和耐候性。

• 對比實施例1

將經砂磨工序粉碎合格的TiO₂料漿加熱至45-55℃左右，加入分散劑，調整pH=10.0-10.5，在60分鐘內一次性加入計量的硫酸鋯，其加量以ZrO₂/TiO₂=1.5%，然後採用氫氧化鈉緩慢調整體系pH在10.0-10.5之間，熟化30分鐘，並流加入偏鋁酸鈉和硫酸溶液，偏鋁酸鈉加入量Al₂O₃/TiO₂=3.5%，穩定體系pH不變，熟化30分鐘，調整料漿至中性，水洗，有機處理和氣流粉碎，得到金紅石型鈦白粉樣品E，測試產品的20°光澤和耐候性。

• 對比實施例2

將經砂磨工序粉碎合格的TiO₂料漿加熱至50℃左右，加入分散劑，調整pH=10.0-10.5，在60分鐘內並流加入計量的硫酸鋯和氫氧化鈉溶液，其加量以ZrO₂/TiO₂=1.5%，熟化30分鐘，維持體系pH在10.0-10.5之間，熟化30分鐘，並流加入偏鋁酸鈉和硫酸溶液，偏鋁酸鈉加入量Al₂O₃/TiO₂=3.5%，穩定體系pH=10.0-10.5之間，熟化30分鐘，調整料漿至中性，水洗，有機處理和氣流粉碎，得到金紅石型鈦白粉樣品F，測試產品的20°光澤和耐候性。

實施例樣品分散性及耐候性檢測數據

樣品編號	乾粉L	20°光澤	保光率%
			0小時	16小時	32小時	48小時	64小時
A	98.3	105	100	90	82	67	58
B	98.2	112	100	91	85	74	62
C	98.3	113	100	90	85	75	63
D	98.2	107	100	92	87	76	64
E	98.2	90	100	86	74	52	40
F	98.3	95	100	73	52	43	28

榮譽表彰

2021年11月，《一種高光澤、高耐候性金紅石型鈦白粉的鋯鋁包膜工藝》獲得2020年度四川專利獎二等獎。