张修臻，张本发，周 强，王 智
（安徽金星钛白（集团）有限公司，安徽 马鞍山 243000）
摘要：二氧化钛俗称钛白粉，是一种重要的无毒无机颜料。它不仅具有优异的白度和光亮度，还具有较高的遮盖能力，是目前应用较广的白色颜料，广泛应用于涂料、塑料、橡胶、造纸、化纤、油墨、化妆品等 领域。根据市场需求，本文研究了一种新型盐处理技术，以便更好的进行钛白粉生产。
关键词：钛白粉；盐处理；硫酸铈；煅烧
引言
钛白粉具有光化学活性，在空气和水的作用下， 二氧化钛晶格受紫外线激发产生氧原子，具有很强的氧化性，会使有机介质降解，从而造成失光、变色、粉化 [1]。钛白粉在应用中受到阳光照射、温度变化、风吹雨淋等外界条件的影响，易出现褪色、变色、龟 裂、粉化和强度下降等一系列老化现象。而紫外线照射是促使产品老化的关键因素，光照、高温和潮湿是 造成涂层失光、褪色、黄变、粉化的主要原因 [2]。涂 层的耐候性优劣与钛白粉的光谱敏感性有关，长期放置于户外的产品要求其配制所用的钛白粉具有良好的耐光性和耐候性，否则就会变黄或粉化。要想获得耐候性能优异的钛白粉，必须对钛白粉进行表面处理，以封闭其光化学活性点，改变粒子表面性质 [3-5]。本文为得到耐候性能好的钛白粉，从钛白粉粗品生产角 度入手，改变其盐处理方法，提高其耐光性。
1. 试验部分
1.1 原料
主要原料有二洗后的滤饼、硫酸铈（Ce2(SO4)3） 溶液、KP 盐（K 是氢氧化钾，P 是磷酸）溶液、氧 化镁粉末和去离子水。1.2 试验设备 主要试验设备有烧杯、搅拌棒、压滤机、马弗炉、 恒温箱、汽粉机、研钵、泵、平模仪、计算机、紫外 光人工老化箱、光泽度仪和测试板。1.3 试验方法 二洗后的滤饼转入提前加入底水的制浆槽进行 制浆，所制得的浆料浓度控制在 280 ～ 310 g/L，搅拌 25 ～ 35 min；将浆料转入盐处理槽，加入 0.2% ～ 0.4% （ 以 SeO2 计） 硫 酸 铈 溶 液， 搅 拌 25 ～ 35 min；浆 料 中 边 搅 拌 边 加 入 KP 盐， 确 保 P2O5 的加量在0.15% ～ 0.20%（ 以 P2O5 计）， 搅 拌 1.0 ～ 1.5 h；继 续 边 搅 拌 边 加 入 0.1% ～ 0.3% MgO 粉 末， 搅 拌 1.0 ～ 1.5 h；将搅拌均匀的盐处理浆料转入压滤机进 行压滤，除去多余的水分，得到滤饼；将滤饼用螺旋 转入转窑进行煅烧，得到高耐光性的钛白粉粗品。
2.试验结果分析
分别做五组试验，将得到的钛白粉粗品进行后处理得到成品，分别制成水性涂料与油性涂料，二者均采用现有技术，其中，水性涂料配方由国内大型水 性涂料公司提供，油性涂料配方由国际大型油性涂料公司提供。放入紫外光人工老化箱进行一定时间的老化试验，每到预定时间进行颜色及光泽度测试。将涂料制好后刮到标准试板上，按相关国家标准要求晾干，检测光泽和色相，放入紫外光人工老化箱中进行测试， 测试标准为 AASTMG154，到达规定的测试总时间后将试板取出，检测试板的光泽、色相，评价试板的外观（是否开裂、生锈等），与之前的测试数据相比，计算色差（ΔE）和失光率等，根据相关国家标准要求来判定其老化情况。其中，对比样为未添加本发明钛白粉的水性涂料或油性涂料。
2.1 水性涂料
将水性涂料样板放入紫外光人工老化箱中 300 h、 600 h、900 h、1 200 h、1 500 h，分别测定其色差数据，如表 1 所示。由紫外光人工老化箱 300 h、600 h、900 h、 1 200 h、1 500 h 照射后的色差可以看出，本文产品与对比样比较，照射每个时间段的色差均要好于对比 样，特别是 1 500 h 照射后，对比样的色差远远大于本发明的产品色差。本文产品完全可以应用于水性涂料中，并且远远好于对比样。将水性涂料样板放入紫外光人工老化箱中 300 h、 600 h、900 h、1 200 h、1 500 h，分别测其 60°光泽度， 数据如表 2 所示。对比样初始光泽与本文产品的初始光泽近似，照射 300 h 后数据偏差也不大。照射 600 h 后，本文产品的光泽变化不大，略有降低，而对比样 降低较多，说明本文产品在光泽度上耐光性要远远好于对比样，可以用于水性涂料，并且耐光性较好。
2.2 油性涂料
将油性涂料样板放入紫外光人工老化箱中 300 h、 600 h、900 h、1 200 h、1 500 h，分别测定其色差数据， 如表 3 所示。由紫外光人工老化箱 300 h、600 h、900 h、 1 200 h、1 500 h 照射后的色差可以看出，本文产品与对比样比较，照射每个时间段的色差均要好于对比样，特别是 900 h 照射后，对比样的色差开始明显大于本文产品的色差，1 500 h 照射后，本文产品要明显优越于对比样。本文产品完全可以用于油性涂料。将油性涂料样板放入紫外光人工老化箱中 300 h、 600 h、900 h、1 200 h、1 500 h，分别测定其 60°光 泽度，数据如表 4 所示。由上述数据可以看出，本文产品制成油性涂料并在紫外光人工老化箱照射后，光 泽度变化不大，即使照射 1 500 h，光泽度变化也不大。而对比样经紫外光照射后，光泽度明显降低。本文产品完全适用于油性涂料，并且远好于对比样。
3.盐处理工艺分析
偏钛酸煅烧工艺需要加入少量添加剂，按照改性要求，合理进行盐处理。要根据生产的钛白粉颜色，结合不同品级要求进行评估，注意偏钛酸的改性水平。按 照温度和煅烧量，适度调节产品的色相、配比与光泽度，控制消色力、遮盖力和吸油量，适当调整晶体颗粒 大小 [6-8]。钛白粉生产过程需要根据电焊级别，分析钛白粉含磷量和焊缝冷脆水平。钛白粉含磷量需要按照要求进行调控，不可大于 0.05%。按照生产工艺要求，合理加入磷酸，严格控制矿源，避免含磷量偏高。钛白粉生产过程要严格控制含磷量，提升钛白粉的耐候性和白度，更好地达到松软效果。磷酸加入量不能过多或过少， 要根据盐处理工艺，适当加入。在生产工艺中，钛白粉可以促进钛晶的转化，防治出现金红石晶。如果加入的磷酸过多，钛酸度增加，脱硫可能产生困难。另外，盐处理工序加入硫酸铈，硫酸铈经煅烧后转化为 CeO2。盐经高温煅烧后更容易进入光活性点，若从根本上封闭光活性点，则可以提高钛白粉的耐光性。
4.结语
钛白粉具有优异的白度和光亮度，遮盖能力较强，是目前应用较广的白色颜料，广泛应用于涂料、塑料、橡胶、造纸、化纤、油墨、化妆品等领域。根据市场需求，本文研究了一种新型盐处理技术，以更好地进行钛白粉生产。研究表明，盐处理工序加入硫酸铈，硫酸铈经煅烧后转化为 CeO2。盐经高温煅烧后更容易进入光活性点，而封闭光活性点可以提高钛白粉的耐光性。
参考文献
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2 ZHANG J，CHEN C F，YIN F，et al.Surface Modification of Nano-TiO2 by Polyvinyl Pyrrolidone In Situ[J].Synthesis and Reactivity in Inorganic Metal-Organic and Nano-Metal Chemistry，2016 （8）：1250-1253.
3 张元静，黎振球，苏彦芳，等 . 钛白粉在造纸工 业中的应用 [J]. 造纸化学品，2010（5）：26-30.
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来源：2023年钛白第一期
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