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二氧化钛高级功能
来源:世界化工网
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尽管钛白是白色颜料中的佼佼者,但为适应社会发展,科技进步和消费领域多样化的需要,不断改进产品质量,开发高级功能,高附加价值产品,仍然非常必要.目前制备高功能二氧化钛的主要手段有表面处理技术和超细化技术.
1. 表面处理技术
二氧化钛的表面处理是钛白粉生产,特别是高档钛白粉生产不可缺少的工艺过程.不论采用硫酸法还是氯化法生产,也不论是锐钛型还是金红石型产品,表面处理方法都基本相同.许多文献认为,二氧化钛粒子表面在紫外线照射下,有形成OH基的反应,而这种OH基具有使其接触的有机高分子化合物发生氧化或者降解的能力,即光化学活性.因此具有加速高分子漆膜的变色,失光和粉化.而且在紫外线和水的存在下,催化作用更为明显.二氧化钛经过表面处理后,除了可以降低其表面的光化学活性和提高钛白粉用于油漆的分散性,耐候性和原始光泽遮盖力外,还可以通过表面处理产生其他功能,如亲油性,消光性,光敏性等.
表面处理技术是一门综合许多学科,内容十分丰富的新兴技术.对样儿华泰的表面处理可能使用的方法很多,主要分为物理方法和化学方法两大类.

由于物理改性方法目前仍存在能耗高,设备复杂,故难以推广.在工业上广泛应用的是化学改性方法.
(1) 水溶液沉积干燥法 此法收拾目前钛白颜料表面处理采用的最多的方法,即利用无机物的水解反应在二氧化钛表面生成一层无机物包膜.通常是沉积一层金属氧化物或含水金属氧化物,以降低其光化学行,提高耐候性.包膜厚度为40~100A,并在150~160℃下干燥处理,钛白的常用无机包膜的特点,用途,组成,见下表

研究表明:用Al2O3包膜可以增加钛白表面的正电荷,并提高其亲油性;用SiO2处理可抑制Al2O3处理的效果,增加耐候性;采用致密包膜,不仅能提高TiO2的耐候性,而且可明显降低其吸油值;由致密Al2O3和水合氧化铝复合包膜的金红石型钛白,具有优良的粉化性,高光泽和优异的分散性;其他,如化纤消光用钛白,怎常用的处理剂有锰,锆,钼的化合物,也有用硅,铝,锰复合包膜的.复合包膜工艺有很多方法,如不同出处理剂种类,不同配比量和不同使用条件;有经滤出和干燥后在进行第二次包膜的;还有在第一次混合包膜后,经一次高温煅烧,在进行第二次包膜的等等.
表面包膜处理,除要重视处理的工艺技术外,对表面处理剂的要求非常严格,尤其纯度 很重要,如铁离子的含量绝对要控制在40mg/kg以下,否则将影响钛白的白度.

(2) 表面活性剂法 该法是用阳离子或阴离子型表面活性剂处理钛白,在其表面形成碳氢链向外伸展的包覆层.例如,用水合氧化铝包覆的钛白,由于在水分散体系中粒子表面呈正电性,若 在其中加入阴离子表面活性剂,尤其是能与粒子表面的铝形成不溶性盐的表面活性剂,可是钛白表面亲油化.

(3) 偶联法 即用钛或硅系列的偶联剂对钛白进行处理,将钛白由亲水白面转变成亲油表面的方法,通过处理不仅可以改善分散体系的分散性和稳定性,而且可以提高钛白颜料的白度和遮盖力.

(4) 聚合物包膜法 即用聚合物或聚合物单体对钛白表面进行处理,在钛白表面形成包膜的处理方法.有聚合物包膜处理的钛白的方法可分为两类:一类是钛白表面吸附单体并使其发生聚合;另一列是将聚合物溶解在适当溶剂中,当钛白加入后聚合物逐渐被吸附在钛白粒子表面,排除溶剂后形成包膜.这样的包膜一般可改善分散性和光学性质.
(5) 表面反应法 即利用某些化学物质与钛白表面的活性基团进行反应的方法.最常采用的是钛白表面羟基的反应,一般同构酯化,胺化,卤化记忆环氧化等反应来达到表面改性的目的.
醇与钛白表面羟基反应形成酯.经醇处理过的钛白,不仅表面亲油性明显增强,而且由于表面酸的强度和数量降低,有利于提高钛白用于聚氯乙烯形成的复合材料的稳定性.
与醇相似,采用4个碳以上的直链烷基胺处理时,可有效的中和钛白表面的酸性点,呈现疏水,亲油的特性.
(6) 化学沉析法 利用等离子体的化学沉析,或在常压(或减压)加热调节键下,将金属卤化物,烷氧化物等化学沉析在钛白表面上成为化学沉析法.此法不仅能达到一般的改性目的,而且由于此法可使钛白表面形成无定形的特殊薄薄膜层,因此还可能使钛白表面产生光,电,磁等功能.由此表明,采用化学沉析法使钛白开发成为功能材料,具有更加重要的开发意义.

2. 超微细化技术

目前超微细化技术用于二氧化钛主要分为液相法和气相法两类.希望得到高纯度并且无定形状制品时,应选用容易精制,能够促进金红石结晶化,不含氯离子的醇盐类原料.采用液相法工艺,可以制的粒径均匀,一次粒子直径为100~1000A，呈单分散状态的微粒子。液相法还可以选用硫酸钛，四氯化钛盐为原料，经中和，水解得到水溶胶，用挤水发使之成为有机溶胶，然后出去有机溶液中的有机溶剂，最后低温加热处理水合氧化钛，这样可以得到在二甲苯，苯等分急性有机溶剂中容易分散的超微粒子。
气相法分为醇盐气相淀积法和四氯化钛气相法。醇盐气相淀积法是先将醇盐加热气化，与温度高达数百度的惰性气体接触，不燃烧就可分解成微细粉末。四氯化钛法师将氧气和氮气的混合气体通过加入四氯化钛蒸发器，调制成反应用混合气体输送到反应器，反应后即可收集微细二氧化钛。
超微细化以后，赋予超微细粒子二氧化钛的主要功能是透明性和紫外线吸收性能。正在开发的典型用于是防日晒化妆品中作紫外线吸收剂。还可以用于透明的食品包装膜中，用于油墨，涂料，塑料只能怪，代替有机紫外线吸收剂。超微粒子二氧化钛比表面积大，富于反应性，今后可望在催化剂原料，吸附剂，电子陶瓷等领域得到更广泛的应用。

3. 发展趋势
从80年代以来，台币的晶格混相颜料已进入彩色领域，并具有无毒，耐酸碱，耐溶剂等特点。具有实用价值的钛系黄色颜料亦相继问世，用新生态氮（N）处理的钛白可制得黑色的氧氮化钛，具有高遮盖力，良好的分散性和导电性。采用有机颜料和染料处理钛白而制得的复合彩色颜料，兼有无机与有机颜料的性能。此外，针对钛白的光，电，磁等性能的新用途，有必要进行更深入的研究。其中二氧化钛作为光化学反应催化剂，传感器等功能材料的技术研究更为迫切和具有实际意义。还有多晶体纤维状钛白和既到点又具有彩色的钛白等技术的开发研究，以及积极寻找应用的最佳场合，也都是当前制得研究的重大课题。