高白度、蓝底相钛白粉的制备及其性能

周 强，齐 飞，陈 乐，李 庆

（安徽金星钛白（集团）有限公司，安徽马鞍山 243000）

我国钛白粉工业从20世纪末至今一直处于高速发展阶段，钛白粉的总产量一直处于世界第一的位置，但国内钛白粉产品质量参差不齐，大部分集中在中档水平，难以进入国内高档市场.国内高档市场长期被国外钛白粉企业垄断，高白度、蓝底相等高端商品仍需进口，对于大多数的钛白粉生产企业来说，其产品主要集中在中低端档次，从长远发展来看，我国产品的质量必须有一个大的提升，争取占领更高市场[1]。

目前，国内在金红石型钛白粉的生产工艺以及性能研究上，大都集中在单独某一段的工艺参数讨论。山东道恩钛业有限公司赵蓬勃对钠、钾元素含量对钛白粉底层色相的影响，提出在其余元素不变的情况下，提高钠元素的含量，可以有效降低底相的SCX，且在氧化钠0.01%，氧化钾0.16%时，电镜粒子表现最优[2]。殷红忠[3]从研磨强度、落窑品的关系以及分散剂的关系等几个方面，讨论了着色底相在后处理的控制。龙蟒佰利联的李娇娇对油墨用钛白粉的光泽度进行讨论，判断粒径对光泽性的影响，粒径小则分散性能优异，反之，光泽度较差[4]。

本文针对高白度蓝底相连续工艺，采用特殊的盐处理方法，优化煅烧条件和表面处理工艺，进一步提升钛白粉的分散性，得到高白度蓝底相金红石型钛白粉，并对产品性能进行研究。

1 实验部分

1.1 实验原料及仪器

硫酸法水解偏钛酸，自制；硫酸锆，硫酸锑，山东鸿远新材料科技股份有限公司，工业纯；硫酸铝，山东光坤生物科技有限公司，工业纯；硫酸，偏铝酸钠，山东嘉虹化工有限公司，工业纯；三羟基甲基乙烷（TME），三羟甲基丙烷（TMP），上海惠今化工贸易有限公司，工业纯；六偏磷酸钠，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；市售硫酸法金红石型钛白粉R，澧阳实业（上海）有限公司；去离子水，自制。

恒温水浴锅，常州亿通分析仪器制造有限公司；马弗炉，苏州欧文烘箱制造有限公司；SK-DC 1800超声波清洗器，张家港市神科超声电子有限公司；小型高速粉碎机，广州市旭朗机械设备有限公司；AS50A实验用气流粉碎机，上海捷誊粉体设备有限公司；ZP100压片机，上海天祺制药机械有限公司；PM-240平磨仪，武汉格莱莫检测设备有限公司；PHSJ-4F型多功能pH测定仪，上海雷磁设备有限公司；XRD衍射仪，丹东通达科技有限公司；MS2000粒径测定仪，马尔文仪器公司；ZESSEVO 18型扫面电子显微镜，德国卡尔蔡司公司。

1.2 高白度蓝底相钛白粉的制备工艺

（1）取水解偏钛酸（TiO2含量100g）于烧瓶中，加入50mL去离子水，超声分散10min。

（2）依次加入0.2%硫酸锆和0.15%硫酸锑，超声分散10min，用压片机将所得产品压滤，得到滤饼。

（3）将滤饼置于马弗炉中煅烧，0.5h内从室温匀速升温至420℃，保温20min；再经过1h匀速升温至650℃，保温30min；最后经过0.5h匀速升温至850℃，保温30min，煅烧结束得到金红石钛白粉粗品A。

（4）制得粗品置入烧瓶中加水稀释至700g/L，水浴加热至55℃，调pH至中性，分批加入2.5%偏铝酸钠和3.0%硫酸铝溶液（以Al2O3计），熟化30min。

（5）转入漏斗进行洗涤至洗涤水电导率80µS/cm以下，得到的产品放入真空干燥箱中干燥。

（6）上述步骤得到的粉料置于气流粉碎机中有机处理得到最终产品B。

1.3 性能测试

1.3.1 钛白粉基本性能测试

遮盖力按照GB/T5211.17—88测试；消色力测试：按照GB/T5211.16—2007测试；电阻率按照GB/T5211.12—2007测试；细度测试：GB/T6753.1—2007。

1.3.2 钛白粉粒径测试

在室温条件下，取0.5g钛白粉置于400mL烧杯中，加入六偏磷酸钠3mL以及去离子水200mL轻微搅拌，将烧杯置于超声机中超声20min，测试平行数据三次，取平均值。

1.3.3 金红石转化率测试

将模具及试样放入衍射仪测试口进行测试。扫描角度范24.5°～28.5°，管电压30V，管电流20A，扫描方式采用连续扫描，扫描速度0.02（°）/s。

1.3.4 扫描电子显微镜（SEM）测试

取一定量的样品分散于无水乙醇中，超声分散10min后，取分散后的样品滴于铜网上，待样品干燥后放入电子显微镜中进行检测。

1.3.5 红外光谱测试

采用KBr压片法，以傅立叶红外变换光谱仪对产品表征。

2 结果与讨论

2.1 试样的结构与性能

2.1.1 FTIR红外光谱分析

图1所示为金红石型钛白粉粗品A和成品B的红外光谱分析图，由图可见样品A和样品B在3 417cm-1处均出现—OH基团的伸缩振动峰和H—O—H的弯曲振动峰[5]，这是由于金红石型钛白粉表面含有大量的羟基，同时伴随着少量水分的引入，由于相对的铝包膜含量较少，对表面羟基吸收峰影响不大；同时观察到B在1 600cm-1附近出现了吸收峰，在562cm-1处也有一个微弱的吸收峰，这是由于氧化铝包覆在钛白粉表面，形成了金属键。

图1 样品A和样品B的红外光谱

2.1.2 SEM分析

图2为样品A和样品B的SEM图，从图2看出，样品A表面没有包覆任何物质，即没有在颗粒表面成膜，且钛白粉颗粒周围有很多絮状物质；样品B颗粒表面较为光滑，说明表面包覆均匀，分散性更好，表面包覆了均匀且致密的氧化膜[6-7]。

图2 样品A和样品B的SEM图

2.1.3 XRD分析

为了进一步分析对比样品A和样品B的晶体结构和物相分析，对样品进行XRD分析，从图3可以看出：在衍射角2θ为27.4°、35.5°、42°、55°和68°处均有衍射峰，这是金红石型钛白粉晶相的特征衍射峰，说明样品A和B均为单一结构的金红石型钛白粉。经对比并未发现氧化铝的衍射峰，这是因为经过高温退火处理的氧化铝具有结晶峰，未经过退火处理的氧化铝在衍射角范围内为一水平线，同时也说明氧化铝包覆对金红石型钛白粉晶型未产生影响，这也进一步说明包覆前后产物晶型的对称性良好、晶相单一、结构规整[8-9]。

图3 样品A和样品B的XRD谱图

2.1.4 钛白粉粒径分析

图4为样品A和样品B的粒径分布图，表1为样品A和样品B 的粒径数据。由图4可以看出，样品B相较于样品A左移且峰的范围更为集中，从表1可以看出，样品B较样品A在D10、D50、D99表现上都有较大的提升，且在钛白粉性能表现最佳的0.2,～0.6μm，样品A在62.76%，样品B在85.17%，说明经过表面处理的钛白粉粒径表现得到改善，整体性能表现得到提升[10-11]。

图4 样品A和样品B的粒径分布图

表1 样品A和样品B的粒径数据

2.2 产品基本性能评价

表2为样品B和市场上在售的硫酸法金红石型钛白粉R基本性能的数据对比，图5是两种钛白粉的b*和TCS值随时间变化的趋势图，综合图表来看，样品B 在白度、消色力以及遮盖力等性能上优于市售钛白粉R，同时综合图5可以发现随着时间的变化，样品B的消色力和b*值的变化较小，说明样品B的钛白粉更加稳定，结合粒径表现来看，样品B 的总体性能符合高白度工艺要求，可以应用于生产。

表2 样品B与市售硫酸法钛白粉的基本性能比较

图5 样品R1和样品C的b*和TCS随时间变化趋势图

2.3 刮板宏观形貌

图6为样品B和样品R 的刮板宏观形貌，可以明显看出右侧R的刮板颜色要深于左侧的样品B，这是由于样品B较样品R粒径表现更好，对钛白粉来说，粒径的表现极大地影响了钛白粉底相颜色的表达，可以看出样品B的底层色相显现出较为明显的蓝色。

图6 样品B（左）与样品R刮板宏观形貌

3 结论

制备出一种高白度蓝底相金红石型钛白粉，并对其基本结构进行了测试和分析，确定在钛白粉表面形成了一道致密且均匀的氧化膜，样品B较样品A有着更好的粒径表达；通过将样品B与样品R的基本性能对比发现，样品B具有更好的白度和消色力，且底层色相显现出蓝色，综合来看，样品B符合高白度蓝底相的产品要求。