本發(fā)明涉及一種對(duì)現(xiàn)有工業(yè)金紅石型鈦白原粉TiO₂表面加工處理的方法，特指采用在工業(yè)級(jí)金紅石型TiO₂均勻分散的鹽酸水溶液體系中，以四氯化鈦為鈦源，通過改變鈦源量以及硬脂酸的加入量，控制反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間，從而用液相沉淀法對(duì)工業(yè)級(jí)TiO₂表面進(jìn)行處理，制備出高白度高亮度的金紅石型鈦白粉原粉的生產(chǎn)方法。

背景技術(shù)：

二氧化鈦俗稱鈦白粉(Titanium Dioxide)，具有折射率高、消色力強(qiáng)、遮蓋力大、光澤度與白度好、化學(xué)惰性高、對(duì)人體無害等優(yōu)點(diǎn)，是電子、化工、冶金等工業(yè)不可缺少的原料,廣泛應(yīng)用于涂料、紙張、陶瓷、化妝品、電容器等方面。隨著二氧化鈦的廣泛應(yīng)用，人們對(duì)二氧化鈦的性能要求越來越高，如要求有高的水的分散性、高耐候性、高遮蓋力等。另外金紅石型鈦白粉由于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，光惰性好，是目前世界上最好的一種白色無機(jī)顏料。被廣泛應(yīng)用于塑料、涂料、油墨、化妝品、造紙等領(lǐng)域。鈦白粉在常溫下幾乎不與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，對(duì)氧、氮、氨、硫化氫都是穩(wěn)定的，且不溶于水、脂肪、有機(jī)酸和弱無機(jī)酸。并且鈦白粉有較高覆蓋能力，折射率高,具有無毒、不透明性高、白度和光亮度都是最佳的，被公認(rèn)為是當(dāng)下性能最好的一種無機(jī)白色顏料，廣泛應(yīng)用于涂料、塑料、造紙、印刷油墨、化纖、橡膠、陶瓷、化妝品及食品添加和醫(yī)藥等工業(yè)。TiO₂的顏料性能與表面形貌密切相關(guān)，表面粗糙程度直接影響其白度、亮度等顏料性質(zhì)。

金紅石型鈦白粉的光化學(xué)穩(wěn)定性、光澤折射率好于銳鈦型鈦白粉，所以決定了金紅石型鈦白粉的應(yīng)用領(lǐng)域和需求量都大于銳鈦型鈦白粉。鈦白粉的白度亮度很大程度上受到其原體的顆粒粒徑，顆粒形狀、表面形貌影響。球形顆粒與表面光滑的金紅石鈦白粉具有高的白度、亮度等顏料特性。因此制備高白度、高亮度的金紅石型鈦白粉最佳手段是制備球型TiO₂、且具備高的表面光滑程度。

目前鈦白粉生產(chǎn)方法主要由硫酸法和氯化法，從國(guó)外來看，氯化法約占60％，硫酸法約占40％，而國(guó)內(nèi)氯化法目前正式生產(chǎn)的廠家也屈指可數(shù)，大部分廠家生產(chǎn)的金紅石型鈦白粉仍然采用硫酸法，與氯化法鈦白粉相比，白度、亮度均較低。

傳統(tǒng)硫酸法工藝生產(chǎn)中，鈦液水解制得的偏鈦酸需在高溫下長(zhǎng)時(shí)間鍛燒才能轉(zhuǎn)變?yōu)榻鸺t石型晶型，必將導(dǎo)致粒子團(tuán)聚或燒結(jié)，造成產(chǎn)品晶格缺陷過多，進(jìn)而影響產(chǎn)品的白度、分散性、遮蓋力和顏料性能。特別是硫酸法金紅石鈦白粉需經(jīng)過雷蒙磨高速粉碎，導(dǎo)致二氧化鈦表面缺陷較多，光潔度降低，影響了其白度、亮度。因此，本專利采用表面缺陷修復(fù)技術(shù)，對(duì)對(duì)金紅石型TiO₂進(jìn)行表面缺陷的修復(fù)，使顏料粒子外形圓滑，提高顏料性能。

TiO₂顏料在其主要應(yīng)用領(lǐng)域中，白度、亮度都是要求很高的技術(shù)參數(shù)。作為光學(xué)性質(zhì)的白度和亮度，是人們感覺白色顏料的光亮強(qiáng)度和色調(diào)兩種光學(xué)效果，表示吸收和反射自然光之間的比量，是對(duì)自然光中不同波長(zhǎng)的光波吸收和反射程度的標(biāo)志，能對(duì)自然光波中七種色光波普遍而均勻的反射呈現(xiàn)白色。根據(jù)Kubelka-Munk理論，無限厚的涂膜(不透明膜)的亮度或反射率R與顏料對(duì)光的吸收系數(shù)K和散射系數(shù)S之比(K/S)成反比，即K減少或S增大，白度和亮度就增大。表面修復(fù)技術(shù)，將提高二氧化鈦表面的反射率與散射系數(shù)，可提高其顏料性能。

按照光學(xué)原理當(dāng)產(chǎn)品粒徑在0.2－0.35微米時(shí)，是可見光波長(zhǎng)0.4－0.7微米的一半時(shí)，才能獲得最大的散射力，表現(xiàn)出高白度。實(shí)踐表明，粒子形狀和顆粒的完整程度是影響白度的重要因素，所以TiO₂應(yīng)該需要很好的粒徑分布和顆粒完整程度，本發(fā)明人在實(shí)驗(yàn)中采用原級(jí)D50粒徑(平均粒徑)在0.25微米金紅石型二氧化鈦為原料，因?yàn)槠渚哂凶罴训念伭闲阅?。中?guó)發(fā)明專利CNI04030346A中介紹采用優(yōu)化的水解工藝和漂白工藝，改善水洗，降低鐵及其他雜質(zhì)達(dá)到改善產(chǎn)品白度的目的；CN101851435A通過在后處理包膜階段加入鈦鹽、鋁鹽進(jìn)行表面處理得到高亮度藍(lán)色相的金紅石鈦白粉。總之，無論采用優(yōu)化水解工藝和漂白工藝方法還是后處理包膜方法，都不能同時(shí)提高金紅石型鈦白粉白度和亮度的問題。

本發(fā)明以四氯化鈦鈦源，鹽酸水溶液分散劑，硬脂酸(十八烷酸)為修飾劑，通過與鈦離子的絡(luò)合作用降低四氯化鈦的水解成為TiO₂的速率，使得TiO₂與金紅石型二氧化鈦表面缺陷有效結(jié)合，形成對(duì)表面缺陷的修復(fù)，獲得光滑潔凈的表面，同時(shí)提高金紅石二氧化鈦的白度與亮度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種同時(shí)有效提高工業(yè)級(jí)金紅石型鈦白粉白度和亮度的方法。

本發(fā)明所提供的方法是在鹽酸水溶液中以工業(yè)級(jí)二氧化鈦粉為基底，以四氯化鈦為鈦源，硬脂酸(十八烷酸)為修飾劑，在一定的反應(yīng)溫度下攪拌反應(yīng)一段時(shí)間，經(jīng)過過濾干燥后，即可得到金紅石型高白度、高亮度的鈦白粉。

所述鹽酸水溶液的濃度為1mol L^-1。

所述工業(yè)級(jí)二氧化鈦粉購(gòu)置于國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，其原級(jí)D50粒徑(平均粒徑)在0.25微米。

所述鹽酸水溶液、工業(yè)級(jí)二氧化鈦粉、四氯化鈦與硬脂酸的體積質(zhì)量比為：100ml：100g：0.1-0.5g：0.1-0.3g。

所述一定反應(yīng)溫度為30-50℃。

所述一段反應(yīng)時(shí)間為3-5h。

本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)的區(qū)別特征在于：本發(fā)明是在現(xiàn)有工業(yè)化生產(chǎn)金紅石型鈦白粉基礎(chǔ)上，對(duì)產(chǎn)品的形貌以及完整程度進(jìn)行表面修復(fù)處理，從而能提高產(chǎn)品白度和亮度。其特點(diǎn)在于無需要改變現(xiàn)有工業(yè)化流程，以及生產(chǎn)過程中的摻料，以免對(duì)產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)和規(guī)格造成影響，只需對(duì)已經(jīng)成熟的加工路線進(jìn)行補(bǔ)充，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行簡(jiǎn)單化處理即可。本發(fā)明操作簡(jiǎn)單方便易于工業(yè)化生產(chǎn)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但本發(fā)明的實(shí)施例不限于此，同時(shí)其所示參數(shù)不代表對(duì)本發(fā)明特征范圍的限制。另外，如無特別說明，均為常規(guī)方法。

實(shí)施例1

配制100mL，1mol L^-1鹽酸水溶液于500mL燒杯中，再在此燒杯中加入100g工業(yè)級(jí)金紅石型鈦白粉，超聲分散1h后，將此倒入配有攪拌器的250ml圓底燒瓶中并置于50℃的恒溫水浴鍋，再分別稱取0.3g硬脂酸(十八烷酸)和0.5g四氯化鈦加入到燒瓶中并開始攪拌，計(jì)時(shí)。反應(yīng)4h后水浴鍋降至室溫，將反應(yīng)混合物過濾并用乙醇洗滌3次，產(chǎn)物在100℃干燥8h，即可得到處理后的金紅石型鈦白粉，取樣品進(jìn)行光學(xué)測(cè)試分析。其中產(chǎn)物顏料性能測(cè)試采用CM-2500d光譜儀(Minolta Co.Ltd.,XL-30,and D65illuminant)。

實(shí)施例2

配制100mL，1mol L^-1鹽酸水溶液于500mL燒杯中，再在此燒杯中加入100g工業(yè)級(jí)金紅石型鈦白粉，超聲分散1h后，將此倒入配有攪拌器的250ml圓底燒瓶中并置于40℃的恒溫水浴鍋，再分別稱取0.2g硬脂酸(十八烷酸)和0.4g四氯化鈦加入到燒瓶中并開始攪拌，計(jì)時(shí)。反應(yīng)4h后水浴鍋降至室溫，將反應(yīng)混合物過濾并用乙醇洗滌3次，產(chǎn)物在100℃干燥8h，即可得到處理后的金紅石型鈦白粉，取樣品進(jìn)行光學(xué)測(cè)試分析。其中產(chǎn)物顏料性能測(cè)試采用CM-2500d光譜儀(Minolta Co.Ltd.,XL-30,and D65illuminant)。

實(shí)施例3

配制100mL，1mol L^-1鹽酸水溶液于500mL燒杯中，再在此燒杯中加入100g工業(yè)級(jí)金紅石型鈦白粉，超聲分散1h后，將此倒入配有攪拌器的250ml圓底燒瓶中并置于30℃的恒溫水浴鍋，再分別稱取0.1g硬脂酸(十八烷酸)和0.5g四氯化鈦加入到燒瓶中并開始攪拌，計(jì)時(shí)。反應(yīng)5h后水浴鍋降至室溫，將反應(yīng)混合物過濾并用乙醇洗滌3次，產(chǎn)物在100℃干燥8h，即可得到處理后的金紅石型鈦白粉，取樣品進(jìn)行光學(xué)測(cè)試分析。其中產(chǎn)物顏料性能測(cè)試采用CM-2500d光譜儀(Minolta Co.Ltd.,XL-30,and D65illuminant)。

實(shí)施例4

配制100mL，1mol L^-1鹽酸水溶液于500mL燒杯中，再在此燒杯中加入100g工業(yè)級(jí)金紅石型鈦白粉，超聲分散1h后，將此倒入配有攪拌器的250ml圓底燒瓶中并置于40℃的恒溫水浴鍋，再分別稱取0.3g硬脂酸(十八烷酸)和0.1g四氯化鈦加入到燒瓶中并開始攪拌，計(jì)時(shí)。反應(yīng)4h后水浴鍋降至室溫，將反應(yīng)混合物過濾并用乙醇洗滌3次，產(chǎn)物在100℃干燥8h，即可得到處理后的金紅石型鈦白粉，取樣品進(jìn)行光學(xué)測(cè)試分析。其中產(chǎn)物顏料性能測(cè)試采用CM-2500d光譜儀(Minolta Co.Ltd.,XL-30,and D65illuminant)。

實(shí)施例5

配制100mL，1mol L^-1鹽酸水溶液于500mL燒杯中，再在此燒杯中加入100g工業(yè)級(jí)金紅石型鈦白粉，超聲分散1h后，將此倒入配有攪拌器的250ml圓底燒瓶中并置于30℃的恒溫水浴鍋，再分別稱取0.3g硬脂酸(十八烷酸)和0.3g四氯化鈦加入到燒瓶中并開始攪拌，計(jì)時(shí)。反應(yīng)3h后水浴鍋降至室溫，將反應(yīng)混合物過濾并用乙醇洗滌3次，產(chǎn)物在100℃干燥8h，即可得到處理后的金紅石型鈦白粉，取樣品進(jìn)行光學(xué)測(cè)試分析。其中產(chǎn)物顏料性能測(cè)試采用CM-2500d光譜儀(Minolta Co.Ltd.,XL-30,and D65illuminant)。

對(duì)比例

配制100mL，1mol L^-1鹽酸水溶液于500mL燒杯中，再在此燒杯中加入100g工業(yè)級(jí)金紅石型鈦白粉，超聲分散1h后，將此倒入配有攪拌器的250ml圓底燒瓶中并置于40℃的恒溫水浴鍋，再稱取0.4g四氯化鈦加入到燒瓶中并開始攪拌，計(jì)時(shí)。反應(yīng)4h后水浴鍋降至室溫，將反應(yīng)混合物過濾并用乙醇洗滌3次，產(chǎn)物在100℃干燥8h，即可得到處理后的金紅石型鈦白粉，取樣品進(jìn)行光學(xué)測(cè)試分析。其中產(chǎn)物顏料性能測(cè)試采用CM-2500d光譜儀(Minolta Co.Ltd.,XL-30,and D65illuminant)。

表1為采用本發(fā)明實(shí)施例的方法和對(duì)比例的方法得到處理過的金紅石型鈦白粉質(zhì)量方面的對(duì)比，結(jié)果如下：

表1可以清晰反映出，本專利發(fā)明的實(shí)驗(yàn)方法可以大幅度提高金紅石型鈦白粉的白度和亮度。其中在40℃，鈦源量為0.4g以及修飾劑量為0.2g反應(yīng)4h的最佳條件下，可以得到高白度和亮度的金紅石型鈦白粉。