專利名稱：針狀金紅石型納米二氧化鈦及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種針狀金紅石型納米二氧化鈦及其生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
納米二氧化鈦分為金紅石型和銳鈦型兩種晶型，兩者都是白色疏松粉末。納米二氧化鈦具有很強(qiáng)的殺菌作用和很強(qiáng)的屏蔽紫外線作用。該產(chǎn)品具有良好的分散性和耐候性，可用廣泛應(yīng)用于化妝品、功能纖維、塑料、涂料、油漆等領(lǐng)域，作為紫外線屏蔽劑，防止紫外線的侵害。也可用于高檔汽車面漆，具有隨角異色效應(yīng)。納米二氧化鈦的殺菌原理可見(jiàn)著于此前公開(kāi)發(fā)表的論文，此處不再細(xì)述。目前二氧化鈦的制備方法有氣相法、液相法及固相法等，但存在生產(chǎn)方法復(fù)雜，需加入各種助劑，難以得到形態(tài)、粒徑均控制良好、且產(chǎn)率高的產(chǎn)品等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種針狀金紅石型納米二氧化鈦的生產(chǎn)方法，生產(chǎn)方法簡(jiǎn)單，所得產(chǎn)品形態(tài)、粒徑均控制良好，產(chǎn)率高。本發(fā)明還包括上述生產(chǎn)方法所制得的針狀金紅石型納米二氧化鈦。所述針狀金紅石型納米二氧化鈦的生產(chǎn)方法包括以下步驟(1)控制升溫速率為1 2°C /min,加熱TW2濃度為220 250g/l的正鈦酸漿液至 55 65°C ；(2)加入鹽酸，所加入鹽酸的質(zhì)量比例為HCl (100%) TiA = 0.25 0.40 1， 然后繼續(xù)升溫直至沸騰，保持溶液沸騰1. 5 2小時(shí)，加入鹽酸后至沸騰的時(shí)間為15 20min ；(3)急劇冷卻，制得TW2溶膠；急劇冷卻可以通過(guò)本領(lǐng)域公知的加入冷水(15 250C )稀釋來(lái)急冷至30 50°C ；(4)提純后干燥、粉碎，得到針狀金紅石型納米二氧化鈦。優(yōu)選，步驟(1)中所述正鈦酸漿液由正鈦酸鈉水解得到正鈦酸、凈化后打漿得到。其中，正鈦酸鈉水解得到正鈦酸后凈化的方法為現(xiàn)有技術(shù)，具體步驟為洗滌、 過(guò)濾，待洗液中NaOH濃度< lg/Ι時(shí)，將濾餅卸入打漿槽加脫鹽水打漿，控制TiO2濃度為 240 ^Og/l，然后加入鹽酸中和，調(diào)節(jié)溶液pH值至3. 0 3. 5，將調(diào)酸后的漿液用脫鹽水進(jìn)行二次洗滌、過(guò)濾，直至洗水中PNa值> 2. 8 ；正鈦酸鈉水解得到正鈦酸也為現(xiàn)有技術(shù)，具體步驟為將TiO2濃度為250 350g/ 1的偏鈦酸與NaOH濃度為600 800g/l的液堿在90 120°C下共沸2 4小時(shí)后生成正鈦酸鈉；將正鈦酸鈉漿液冷卻至70 100°C后加入脫鹽水中，調(diào)整TW2濃度至135 145g/， 正鈦酸鈉水解生成正鈦酸。步驟C3)及步驟(4)均為現(xiàn)有技術(shù)，其中步驟(4)中提純的方法具體可以為將已冷卻的TW2溶膠進(jìn)行洗滌、過(guò)濾，至洗液電導(dǎo)率< loo ；所述干燥的方法具體為在loo 150°C干燥至含水量< 1%。優(yōu)選，步驟(4)中，在粉碎過(guò)程中加入有機(jī)處理劑，所述有機(jī)處理劑為三羥甲基丙烷、聚乙二醇或有機(jī)硅。納米二氧化鈦在實(shí)際應(yīng)用上依賴于該產(chǎn)品的分散性能，為了充分發(fā)揮納米材料的性能，就有必要提高該產(chǎn)品的分散性。做為納米材料，由于其小尺寸效應(yīng)，其分散性受到了相當(dāng)多的限制。本發(fā)明根據(jù)不同的應(yīng)用領(lǐng)域，尤其是不同的介質(zhì)體系，在粉碎時(shí)添加相應(yīng)的有機(jī)處理劑，從而可大幅改善分散性，提高產(chǎn)品的應(yīng)用性，充分發(fā)揮納米材料的功能。本發(fā)明在洗滌和稀釋、打漿過(guò)程中加入的水均為脫鹽水，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量，這為本領(lǐng)域公知常識(shí)。申請(qǐng)人:發(fā)現(xiàn)，在一定實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，當(dāng)提高正鈦酸濃度，即增加體系的酸度，則制得的二氧化鈦顆粒就越容易成針狀，當(dāng)提高正鈦酸的升溫速率(即提高加入鹽酸之前的升溫速率和控制加鹽酸后加熱至沸騰的時(shí)間)，制得的二氧化鈦顆粒也越容易成針狀，反之，則容易接近于球狀。因此，通過(guò)提高正鈦酸的濃度和提高升溫速率可以容易制得針狀金紅石型納米二氧化鈦。本發(fā)明以普通鈦白粉生產(chǎn)過(guò)程中的中間產(chǎn)品偏鈦酸為原料，通過(guò)堿溶、水解等工藝制備成正鈦酸，然后再采用膠溶的方法獲得的針狀金紅石晶型的納米二氧化鈦。該方法顯而易見(jiàn)的特點(diǎn)是原料非常充分，制備工藝簡(jiǎn)單，尤其適合于鈦白粉工廠規(guī)模化生產(chǎn)。按本發(fā)明制備出來(lái)的納米二氧化鈦為純度為100%的金紅石晶型，不能生產(chǎn)銳鈦型納米二氧化鈦。按照本發(fā)明的方法制備出來(lái)的納米二氧化鈦微粒呈針狀，其長(zhǎng)徑尺寸大約為50-200nm， 短徑尺寸大約為lO-lOOnm。較為顯著特點(diǎn)的尺寸，長(zhǎng)徑約為80-100nm，短徑約為20-40nm。 針狀的長(zhǎng)徑與短徑比大約為8 2 1。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例工藝流程示意圖。
具體實(shí)施例方式以下實(shí)施例中，收率是指產(chǎn)品與投入偏鈦酸折合的TW2的重量比。實(shí)施例1 1、把定量的濃度為250g/l洗凈偏鈦酸送至偏鈦酸預(yù)熱槽預(yù)熱至60°C保溫，把濃度為600g/l液堿放入堿溶罐加熱，液堿加入量為NaOH TiO2 (重量比)=1.5 1 ；2、當(dāng)液堿加熱至90°C時(shí)，立即放入已預(yù)熱好的偏鈦酸，在25 30min內(nèi)放完；3、開(kāi)啟蒸汽升溫，在15min內(nèi)升至沸騰(100 102°C )，繼續(xù)保持沸騰狀態(tài)2. 5小時(shí)，生成正鈦酸鈉，開(kāi)啟夾套冷卻水冷卻；4、當(dāng)物料冷卻至80 90°C時(shí)，放入至已注入一定量脫鹽水的貯槽中，控制物料 TiO2濃度為140g/l，使正鈦酸鈉水解生成正鈦酸；5、將正鈦酸漿液泵至板框壓濾機(jī)，進(jìn)行洗滌、過(guò)濾，控制洗水壓力> 0.4Mpa，水溫50 55°C，待水洗液中NaOH濃度< lg/Ι時(shí)，卸料加脫鹽水打漿，控制漿液中TW2濃度 250g/l，并將打漿好的物料送至膠溶槽中；6、往膠溶槽中加入HCl含量為33%的鹽酸，調(diào)節(jié)物料的最終pH值至3. 5，控制鹽酸的加入時(shí)間在14 16min ；7、將調(diào)好pH的物料泵至板框壓濾機(jī)，進(jìn)行洗滌、過(guò)濾，控制洗水壓力> 0. 4Mpa,水溫50 55°C，直至洗水中pNa值彡2. 8，卸料，加脫鹽水打漿；8、將規(guī)定數(shù)量的打漿后物料送至膠溶槽，并將漿液的TiO2濃度調(diào)到220g/l，開(kāi)啟蒸汽，按rC/min升溫；9、待升溫至60°C時(shí)，關(guān)閉蒸 汽，加入已計(jì)量好的鹽酸(HCl含量為33%，加入比例為HCl (100%) TiO2 = 0. 35 1)，加入后體系的pH為0 1，繼續(xù)升溫，在20min內(nèi)升至沸騰，保持溶液沸騰1.5小時(shí)，然后加稀釋水(15 30°C的脫鹽水)急劇冷卻至40°C，控制 TiO2 濃度 120g/l ；10、將已冷卻的TiO2溶膠泵至板框壓濾機(jī)，進(jìn)行洗滌、過(guò)濾，控制洗水壓力彡0. 4Mpa，水洗液電導(dǎo)率< 100 μ S/cm為洗滌合格；11、將洗滌合格的濾餅卸料，經(jīng)120°C的干燥器去除水分至含水量為< 后，送至料倉(cāng)貯存；12、將干燥后物料送入氣流粉碎機(jī)粉碎，蒸汽壓力彡1. 5Mpa，在粉碎的同時(shí)可添加有機(jī)處理劑三羥甲基丙烷、聚乙二醇或道奇威、道康寧、GE公司的有機(jī)硅產(chǎn)品。13、粉碎后物料經(jīng)自動(dòng)包裝機(jī)包裝，即為本發(fā)明產(chǎn)品針狀金紅石型納米二氧化鈦。 本實(shí)例生產(chǎn)出的產(chǎn)品為金紅石型納米二氧化鈦，呈針狀，經(jīng)X射線熒光光譜儀測(cè)試TiO2含量彡99. 5%，經(jīng)X射線衍射儀測(cè)試產(chǎn)品中TiO2的金紅石型TiO2含量達(dá)到99. 5%以上，收率能達(dá)到90. 2%，經(jīng)掃描電鏡測(cè)試，長(zhǎng)徑80 90nm，短徑30 40nm。實(shí)施例2 1、把定量的濃度為350g/l洗凈偏鈦酸送至偏鈦酸預(yù)熱槽預(yù)熱至60°C保溫，把濃度為800g/l液堿放入堿溶罐加熱，液堿加入量為NaOH TiO2 (重量比)=2:1;2、當(dāng)液堿加熱至90°C時(shí)，立即放入已預(yù)熱好的偏鈦酸，在30min內(nèi)放完；3、開(kāi)啟蒸汽升溫，在15min內(nèi)升至沸騰(100 102°C )，繼續(xù)保持沸騰狀態(tài)3小時(shí)， 生成正鈦酸鈉，開(kāi)啟夾套冷卻水冷卻；4、當(dāng)物料冷卻至80 90°C時(shí)，放入至已注入一定量脫鹽水的貯槽中，控制物料 TiO2濃度為140g/l，使正鈦酸鈉水解生成正鈦酸；5、將正鈦酸漿液泵至一洗吸片池，用壓縮空氣攪動(dòng)吸片池，防止沉淀，隨即將沖洗干凈的葉濾機(jī)吊入吸片池，讓漿料浸沒(méi)葉片，打開(kāi)真空閥開(kāi)始吸片，控制厚度35 40mm， 真空度-0. 06 -0. OSMPa ；6、上好片后，將葉濾機(jī)吊至一洗池中用脫鹽水洗滌，控制水溫 50 55°C，待水洗液中NaOH濃度< lg/Ι時(shí)，用鏟子卸料加水打漿，控制濃度250g/l，并將打漿好的物料送至膠溶槽中；6、往膠溶槽中加入HCl含量為33%的鹽酸，調(diào)節(jié)物料的最終pH值至3. 5，控制鹽酸的加入時(shí)間在14 16min ；7、將調(diào)好pH的物料泵至二洗吸片池，進(jìn)行洗滌、過(guò)濾，控制真空度-0. 06 -0. 08Mpa,水溫50 55°C，直至洗水中PNa值彡2. 8，卸料打漿；8、將規(guī)定數(shù)量的打漿后物料送至膠溶槽，并將漿液的TiO2濃度調(diào)到250g/l，開(kāi)啟蒸汽，按1 2°C/min升溫；9、待升溫至60°C時(shí)，關(guān)閉蒸汽，加入已計(jì)量好的鹽酸(HCl含量為33%，加入比例為HCl (100%) TiO2 = 0. 35 1)，加入后體系的pH為0 1，繼續(xù)升溫，在15min內(nèi)升至沸騰，保持溶液沸騰2小時(shí)，然后加稀釋水(15 30°C的脫鹽水)急劇冷卻至40°C，控制 TiO2 濃度 120g/l ；10、將已冷卻的TiO2溶膠泵至三洗吸片池，進(jìn)行洗滌、過(guò)濾，控制真空度-0. 06 -0. 08Mpa，水溫50 55°C，水洗液電導(dǎo)率< 100 μ S/cm為洗滌合格；11、將洗滌合格的濾餅卸料，經(jīng)150°C的干燥器去除水分至含水量為< 后，送至料倉(cāng)貯存；

12、將干燥后物料送入氣流粉碎機(jī)粉碎，蒸汽壓力彡1. 5Mpa，在粉碎的同時(shí)可添加有機(jī)處理劑三羥甲基丙烷、聚乙二醇或道奇威、道康寧、GE公司的有機(jī)硅產(chǎn)品。13、粉碎后物料經(jīng)自動(dòng)包裝機(jī)包裝，即為本發(fā)明產(chǎn)品針狀金紅石型納米二氧化鈦。 本實(shí)例生產(chǎn)出的產(chǎn)品為金紅石型納米二氧化鈦，呈針狀，經(jīng)X射線熒光光譜儀測(cè)試TiO2含量彡99. 5%，經(jīng)X射線衍射儀測(cè)試產(chǎn)品中TiO2的金紅石型TiO2含量達(dá)到99. 9%以上，收率能達(dá)到92%，經(jīng)掃描電鏡測(cè)試，長(zhǎng)徑90 120nm，短徑20 30nm。
權(quán)利要求
1.一種針狀金紅石型納米二氧化鈦的生產(chǎn)方法，其特征在于，包括以下步驟(1)控制升溫速率為1 2°c/min，加熱TiO2濃度為220 250g/l的正鈦酸漿液至 55 65 ；(2)加入鹽酸，所加入鹽酸的質(zhì)量比例為HCl(100%) TiO2 = O. 25 0.40 1，然后繼續(xù)升溫直至沸騰，保持溶液沸騰1. 5 2小時(shí)，加入鹽酸后至沸騰的時(shí)間為15 20min ；(3)急劇冷卻，制得TiO2溶膠;(4)提純后干燥、粉碎，得到針狀金紅石型納米二氧化鈦。
2.如權(quán)利要求1所述的針狀金紅石型納米二氧化鈦的生產(chǎn)方法，其特征在于，步驟(1) 中所述正鈦酸漿液由正鈦酸鈉水解得到正鈦酸、凈化后打漿得到。
3.如權(quán)利要求2所述的針狀金紅石型納米二氧化鈦的生產(chǎn)方法，其特征在于，正鈦酸鈉水解得到正鈦酸后凈化的具體步驟為洗滌、過(guò)濾，待洗液中NaOH濃度< lg/Ι時(shí)，將濾餅卸入打漿槽加脫鹽水打漿，控制TiO2濃度為240 260g/l，然后加入鹽酸中和，調(diào)節(jié)溶液pH 值至3. 0 3. 5，將調(diào)酸后的漿液用脫鹽水進(jìn)行二次洗滌、過(guò)濾，直至洗水中pNa值彡2. 8。
4.如權(quán)利要求2或3所述的針狀金紅石型納米二氧化鈦的生產(chǎn)方法，其特征在于，正鈦酸鈉水解得到正鈦酸的具體步驟為將TiO2濃度為250 350g/l的偏鈦酸與NaOH濃度為600 800g/l的液堿在90 120°C下共沸2 4小時(shí)后生成正鈦酸鈉，液堿加入量為 NaOH TiO2(重量比)=1. 5 1 2 1 ；將正鈦酸鈉溶液冷卻至70 100°C后加入脫鹽水中，調(diào)整TiO2濃度至135 145g/l，正鈦酸鈉水解生成正鈦酸。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的針狀金紅石型納米二氧化鈦的生產(chǎn)方法，其特征在于，步驟(4)中所述提純的方法為將已冷卻的TiO2溶膠用脫鹽水進(jìn)行洗滌、過(guò)濾，至洗液電導(dǎo)率< 100。
6.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的針狀金紅石型納米二氧化鈦的生產(chǎn)方法，其特征在于，步驟(4)中所述干燥的方法為在100 150°C干燥至含水量< 1%。
7.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的針狀金紅石型納米二氧化鈦的生產(chǎn)方法，其特征在于，步驟(4)中，在粉碎過(guò)程中加入有機(jī)處理劑，所述有機(jī)處理劑為三羥甲基丙烷、聚乙二醇或有機(jī)硅。
8.權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述生產(chǎn)方法所得的針狀金紅石型納米二氧化鈦，其特征在于，長(zhǎng)徑尺寸為50-200nm，短徑尺寸為10_100nm。
9.如權(quán)利要求8所述的針狀金紅石型納米二氧化鈦，其特征在于，長(zhǎng)徑為SO-IOOnmjS 徑為 20-40nm。
10.如權(quán)利要求8或9所述的針狀金紅石型納米二氧化鈦，其特征在于，長(zhǎng)徑與短徑比為8 2 1。
全文摘要
本發(fā)明涉及針狀金紅石型納米二氧化鈦及其生產(chǎn)方法，生產(chǎn)方法簡(jiǎn)單，所得產(chǎn)品形態(tài)、粒徑均控制良好，產(chǎn)率高。所述針狀金紅石型納米二氧化鈦的生產(chǎn)方法包括以下步驟(1)控制升溫速率為1～2℃/min，加熱TiO2濃度為220～250g/l的正鈦酸漿液至55～65℃；(2)加入鹽酸，所加入鹽酸的質(zhì)量比例為HCl(100％)∶TiO2＝0.25～0.40∶1，然后繼續(xù)升溫直至沸騰，保持溶液沸騰1.5～2小時(shí)，加入鹽酸后至沸騰的時(shí)間為15～20min；(3)急劇冷卻，制得TiO2溶膠；急劇冷卻可以通過(guò)本領(lǐng)域公知的加入冷水(15～25℃)稀釋來(lái)急冷至30～50℃；(4)提純后干燥、粉碎，得到針狀金紅石型納米二氧化鈦。
文檔編號(hào)B82Y40/00GK102295309SQ20111016287
公開(kāi)日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月16日
發(fā)明者張俊文, 殷紅忠 申請(qǐng)人:安徽金星鈦白(集團(tuán))有限公司