文/张修臻，王智，李健，张本发
安徽金星钛白（集团）有限公司
摘要：迷彩是部队的代名词，也是目前户外最流行的一种装饰。迷彩虽然是部队的代名词，但是现在流行的户外运动都会采取这种装饰方式，比如体能强训、野外生存训练、长途越野比赛、CS比赛等都会采取迷彩装饰，涂抹于最明显的部位，比如脸部、比如手臂等，其应用范围决定了迷彩颜色亮丽、易于涂抹、易于清洗，对其专用钛白粉在粒径、分散性等指标要求较高；迷彩涂料需求量虽然小，但其附加值高、技术含量高，迷彩涂料已经成为各大涂料厂家的新宠。涂料的主要组成成分为填料、基料、助剂、溶剂，钛白粉是最主要的白色颜料，是涂料最主要的填料。
关键词：迷彩涂料；生产工艺；钛白粉
1 锐钛型白粉的研究基本概念
钛白型工艺钛白粉简称钛白，是属于二氧化钛，分子量在79.88，白色粉末，密度为3.84. 熔点高达1500℃，有效吸水性作用为0.02%。在高温状态下，加热转换为金红石型晶体，熔点为1800℃，折射率为2.55。在化学性质稳定状态下，耐光性、耐热性、耐酸性、耐碱性[1]。综合着色力强，分散力强。苏子和温度升高，呈现黄色状态，不溶于水。在有机酸、无机酸中，可以溶于浓硫酸、碱、氢氟酸中。
1.1 物理特性
日常的白色颜料中，若钛白粉末的密度小。锐钛白在高温状态下变成金红石型。随着钛白粉的熔点、沸点转变，材料化纤维作用发生改变。二氧化钛的白度高，着色力强。耐候性的二氧化钛作用，经过龟裂、粉碎剥离后，形成二氧化钛试片，经过十年作用后稳定。随着二氧化钛着色力、耐久性的增强，塑性作用提升稳定有效。
1.2 化学特性
锐钛白钛白粉的化学性质综合稳定，是偏酸性的氧化物。常温状态下，不会与其他元素化合物反应，对于氧、氮、磷酸、硫化氢、二氧化碳的各项作用不强。不用于水，溶于氢氟酸中。在光的作用下，钛白粉会连续进行氧化还原反应，综合光化学活性明显。光化学活性是一种紫外线照射下形成的锐钛型钛白粉，综合性质明显，在有机化合物的光敏氧化催化剂作用下，经过光敏作用达到还原催化的目标。
1.3 用途分析
锐钛型钛白粉主要用于制造工艺中。涂料、造纸、橡胶工艺加工等基本原材料的使用中，锐钛型钛白粉可以拓展陶瓷加工产业水平。在陶瓷加工工艺、品质、机械、材料工艺上品种多，可以广泛的应用在锐钛型钛白粉的加工工艺中。
1.4 化纤级锐钛型钛白粉
化纤级别的锐钛钛白粉工艺是利用聚酯纤维、粘胶纤维的作用融合，经过化学作用纤维化的消光剂，实现产品的改良。生产工艺中需要严格按照质量控制的操作规范要求评估，需要精细化、严谨化的管理，综合质量水平稳定有效。
在产品加工过程中，需要注意产品颗粒度的分布评估。从分散稳定性、水性分散性能、柔和色相配比等内容中，注意调整乙二醇的分散颗粒变化，注意遮盖性能的认定。在酸碱作用下，需要注意有害性质杂质的发生发展。在化学纤维生产加工工艺中，采用二次凝聚，对白度、色度量水平进行评估，注意产品的包装运输管理。运输装卸过程中，需要轻装、轻放，采用专项包装方法，避免出现破裂问题。在贮存产品中，需要保证干燥通风，使用枕木垫层，做好防潮管理，避免漏填堆放情况。
2 针对迷彩涂料用钛白粉的研究
2.1 降低重金属含量
迷彩涂料主要用于脸部、身体涂抹起到一定的装饰作用，由于直接接触人体，对重金属含量要求较高。
对于重金属的控制首先从源头控制，即对钛矿重金属进行控制，根据每种矿粉的重金属含量进行配矿，有效控制钛白粉重金属含量。
其次用脱盐水对偏钛酸进行两次真空高位水洗；正常情况下，水解后偏钛酸浆液的化学组成一般是：TiO2，160~180g/L；H2SO4，22%~30% ；FeSO4 · 7H2O，200~250g/L。各组分含量根据水解工艺的不同会稍有出入。这种悬浮液体系比较容易进行固液的分离，但由于水合二氧化钛的表面吸附着大量的母液，而母液中含有大量的硫酸亚铁，以及镁、铝、铬、钒、锰、铜、铅等金属的硫酸盐，这些杂质的存在会严重影响产品的纯度以及户外迷彩涂料的应用性能。因此，水解后偏钛酸在煅烧前必须要进行洗涤，利用水合二氧化钛的不溶性和杂质离子的可溶性，用水洗的方式将杂质离子除去，包括除去偏钛酸吸附的大量的稀硫酸，从而达到净化水合二氧化钛的目的。偏钛酸经过一次水洗后，很难将偏钛酸中所含的杂质离子洗到很低的浓度。而且，在水洗的过程中，偏钛酸中的一些金属离子，特别是Fe2+，在水洗的后期可能会因为酸度的降低而氧化生成Fe3+，并形成部分的Fe(OH)3沉淀夹杂在滤饼中无法除去，影响滤饼中的铁含量。因此，在一次水洗后都配置了一道漂白工序，就是将水洗后偏钛酸打浆后加入浓硫酸和还原剂，把一次水洗过程中形成的金属沉淀重新溶解为离子状态，高价氧化物（主要是铁）还原为低价氧化物，再进行第二次水洗（也称漂洗）除去而达到进一步净化偏钛酸的目的。
2.2 确保锐钛晶型含量
根据迷彩涂料的使用性质，只是在人体上短时间存在，对耐候性要求不高，但是对光泽度、亮度等性能要求较高；故此户外迷彩涂料专用钛白粉可以采用锐钛型钛白粉，由于锐钛型钛白粉硬度较低，容易被研磨，钛白粉细度较小，用于涂料后光泽度较高，亮度好，有效提高迷彩涂料的美观度。
水解得到的偏钛酸经过滤洗涤、漂白、盐处理等工序之后，由挤压泵挤压进内燃式回转窑进行到煅烧。煅烧是一个强烈的吸热过程，主要采用烟气直接和物料接触，用高能量将浆料中的水分、钛白粉颗粒间的水分、钛白粉颗粒带的三氧化硫带走，煅烧过程主要分三个阶段，可以划分为干燥区250~800℃，晶型转化各部位发生的不同变化，可以划分为干燥区800~860℃和粒子成长区860~950℃三个区域。在晶型转化区中，成长着的锐钛型晶体向金红石型转化。一般硫酸法制得的偏钛酸中含有锐钛型微晶体，经煅烧后得到的是锐钛型钛白。这种锐钛型晶体通常在900℃以下是稳定的，当温度超过950℃时，就开始向金红石型晶型转化，因此，为得到优良的锐钛型钛白粉控制温度是一步非常重要的操作。但是，我们需要的锐钛型粗品在煅烧时温度控制不会很稳定，容易向金红石型钛白粉转化，并且锐钛型与金红石型煅烧温度区间本来就间隔不大，容易互相转化，所以在煅烧之前需要进行要处理，加入一定量的粒子成长抑制剂，稳定锐钛型钛白粉的转化，抑制向金红石型转化，同时抑制钛白粉颗粒过大，保证颗粒表面光滑、颗粒大小均一。另外，在煅烧时，由于窑内温度等情况不是完全容易控制，容易导致钛白粉的烧结，即在进入转窑之前要加入一定量的炕烧结助剂，防止钛白粉烧过、变黄，制得催化活性优良的锐钛型粗品。
经水解、水洗后得到的偏钛酸，还需经过漂白等工序，打破其聚集形态，减小粒径。但是，由于二氧化钛颗粒在形成过程中的特殊性，其表面还吸附了大量的游离水和酸，也含有部分的结晶水和结合酸，通过煅烧，可以将这些水和酸除去，但是直接煅烧则需要较高的温度，而且脱水和脱硫后的偏钛酸在晶型成长和稳定化的过程中，不易控制，得到的二氧化钛颗粒非常坚硬，颜色不是偏黄灰就是暗黄，甚至是水泥一样的灰色；如果不提高煅烧温度，则偏钛酸中的硫无法脱尽，得到的物料pH偏低，吸油量高，消色力差，达不到催化剂用的性能要求，因此必须在煅烧前对偏钛酸进行处理，加入一定量的盐处理剂（即粒子成长抑制剂与抗烧结助剂，统称为盐处理剂），使偏钛酸在较低的温度下就可以完成脱水脱硫的过程，并且在在高温段的晶型成长和转化比较稳定和完全，得到的产品颗粒均匀、大小适中（纳米级）、硬度合适，比表面大小完全适合做催化剂载体，各项指标都在较好范围。
锐钛型钛白粉常用的盐处理剂有钾盐、钠盐，并与磷酸或磷酸盐配合使用，另外还有锑酸盐、钨酸盐，氢氟酸或氟化物等，其中用的最多的是碳酸钾或硫酸钾和磷酸。钾盐是金红石型负催化剂，是锐钛型的稳定剂，可抑制产品晶型向金红石型转化，同时还能降低煅烧温度，提高产品消色力、白度和疏松型，并可调节酸度，增大加量时可使产品pH升高，水溶性盐增加，吸油量降低。
2.3 有机包膜
迷彩涂料直接涂抹于人体，对有机包膜剂的性质要求较高，不能对人体存在伤害，户外迷彩涂料专用钛白粉选用丙三醇做有机包膜剂；丙三醇是一种无色、无臭、味甜，外观呈澄明黏稠液态，是一种有机物，能从空气中吸收潮气，钛白粉使用丙三醇做有机包膜剂对人体既没有伤害，又能增加钛白粉在迷彩涂料中的混溶性，并且由于丙三醇的吸水性，在迷彩涂料涂抹到人身体上后可以吸收空气中的水分，增加皮肤的水分，减少对皮肤的损伤[2]。
3、迷彩涂料专用锐钛型钛白粉的工艺
复合钛白粉生产加工过程中，需要注意工艺步骤的评估，细化煅烧高岭土颗粒，做好细化、制浆、水解、洗涤、晶化等工艺。在制浆过程中，需要浆煤煅烧后的高岭土超细粉过滤，采用10%~30%比例的悬浮液。水解包膜过程中，注意悬浮液态量的评估，搅拌到同温度下，控制温度在80~90℃之间，加入15%比例的无机钛盐改性膜，控制体系的PH值在1.0~2.0之间。钛白粉工艺分析中，结合硫酸酸化过程，浸取还原值，经过沉降、过滤、结晶、分离、水解、洗涤、干燥、煅烧等方式，达到工艺助推剂的制备工艺要求[3]。
化纤锐钛白粉末主要是聚酯纤维消光剂，生产加工工艺中，与锐钛型钛白粉生产工艺流程类似。按照关键颗粒的控制操作规范要求，调整颗粒的控制点位置，避免颗粒分布不均、细颗粒少、粗颗粒多。在水和热分解过程中，采用分散稳定方式，优化产品的纯度水平。
锐钛白粉末纤维化操作制备工艺中，需要优化制备的操作流程，通过硫酸法酸解、浸润还原、沉降钛白液化过滤后，结晶析出。滤液过滤后加入助推剂，进行晶体水解工艺，大量的偏钛酸沉淀物被析出，过滤后的偏钛酸固体中。偏钛酸作为原始材料，经过硫酸氧钛浓度的调节，再经过盐处理沉淀，使用水洗涤后干燥处理。控制浓钛液的配比F值。水解过程中，需要适当的过滤冷却析出结晶，控制过滤液化过程。按照水解过程的适量调节比例水平，折合二氧化钛的总量配比关系，经过回转窑煅烧后，控制窑温度在960℃左右。盐处理过后，可以采用碱中和方式，添加碳酸钠、氢氧化钠同事作用。按照盐酸处理控制评估方式，适当的调整盐处理的总量配比水平，调整煅烧温度、改进配料量，粉碎量等，经过调整后获取F值，达到配比操作比值的合理要求。
锐钛型纤维化钛白粉作用是一种较为实用的方式，在工艺中需要严格的控制管理操作规范要求，优化制备控制流程，结合相关浓度的钛液F值进行分析，经过水解后获取适量的晶种。盐处理控制过程中，需要适当的提升盐的处理配置剂量总和，适当的调节煅烧温度、进料量水平，粉碎后需要进行有机速度的调节[4]。制备锐钛型钛白粉中，需要控制钛白粉的颗粒分布量，适中调节，优化颗粒性能，满足锐化钛白粉的实际生产加工需求。
4 结语
综上所述，通过配矿、水洗等工序控制钛白粉的重金属含量，通过煅烧温度控制晶型转化，通过用丙三醇做有机包膜剂生产钛白粉成品，得到的产品重金属含量低、颗粒较软、光泽度高、无毒的钛白粉，完全可以使用于迷彩涂料。通过物理、化学的加工生产过程评估，快速的优化设计结构方式，重视相关试验操作工艺和参数水平的分析，严格规范各项控制标准和技术流程。按照一系列的各方面参数，组合规划管理要求，在水解工序中，强化浓钛液的F值水平，控制pH值在2左右，适当的调整晶体量，逐步增加。在有效水解条件不变的情况下，加强颜料性能的优势价值特点，经过必要的水解生成后，偏态酸聚集体的颗粒分布逐步均匀，可以在合理的控制微米范围内。充分利用盐处理工艺，调整钛白粉加入颗粒水平，可以更好地调整钛白粉的含量，实现迷彩工艺加工的操作目标。
参考文献：
[1] 李金泽，李学敏，王瑛. 钛白粉概述及研究进展[J].染料与染色，2022,59(05):12-19+40.
[2] 金斌. 提高硫酸法生产锐钛型钛白粉品质的系统性研究[J]. 中国涂料，2010(12):6.
[3] 邹建新, 王军. 锐钛型钛白粉白段制备工艺参数优化研究[J]. 化工进展，2004(02):185-187.
[4] 罗志强. 煅烧温度对锐钛型钛白颜料性能及粒径的影响[C]// 全国钛白粉行业年会，2016.
本文转载自《中国石油和化工标准与质量》2022年第24期
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