[發明專利]一種二氧化硅微球-二氧化鈦復合粉體顏料的制備方法

有效

• 申請號: 201610992733.7
• 申請日: 2016-11-11
• 公開（公告）號: CN108070280B
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 孫思佳;丁浩
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（北京）
• 主分類號: C09C1/36
• 分類號: C09C1/36;C09C1/28;C09C3/06;C09C3/10
• 代理公司: 北京博浩百睿知識產權代理有限責任公司 11134
• 代理人: 李占平

本發明提供了一種二氧化硅微球?二氧化鈦復合粉體顏料的制備方法，原材料的選用以電熔氧化鋯生產過程副產物硅灰作為基體，工業級偏鈦酸為二氧化鈦前驅體，以聚乙二醇和聚丙烯酸鈉為分散劑，以氫氧化鈉為堿處理劑，以稀硫酸作為pH調節劑，本方法采用的原料二氧化硅微球和偏鈦酸反應活性強，采用本方法制備的復合粉體顏料顆粒表面二氧化鈦包覆緊密，二氧化鈦與二氧化硅結合牢固，遮蓋力強，二氧化鈦散射面積大，有利于顏料性能的發揮，同時消除了現有化學沉淀包覆方法中的水洗、除雜和所產生廢水的污染問題。

技術領域

本發明涉及到一種無機復合粉體顏料的生產技術領域，具體地講，涉及到一種通過微米尺度二氧化硅微球與亞微米尺度二氧化鈦顆粒復合制備復合粉體顏料，即二氧化硅微球-二氧化鈦復合粉體顏料的制備方法。

背景技術

顏料是由較高光折射率的固體微顆粒物質所組成的粉體材料，添加在涂料、塑料和油墨等制品中可賦予制品不透明性、遮蓋性、光澤和配色效應，并影響其抗紫外老化性，其中白色顏料最為重要。鈦白粉是由粒度0.2-0.3μm范圍晶相二氧化鈦顆粒組成的亞微米級粉體材料，是目前公認的性能最佳、應用范圍最廣和用量最大的白色顏料。全世界鈦白粉年產量超過6×10⁶t，中國年產量已多年超過2×10⁶t，居世界第一。

然而，鈦白粉生產和消費中存在的資源與能源消耗大、環境污染嚴重和成本價格高等問題也越來越突出。面對全球鈦資源日益緊缺、貧化的現狀和政府及公眾對鈦白粉生產中環境污染問題的關注和越來越嚴厲的法規約束，鈦白粉生產企業面臨著前所未有的壓力與挑戰。為此，企業不斷加大了應對資源和環境問題的技術與資金投入，這導致鈦白粉產品成本與價格持續上漲，并由此提高了鈦白粉用戶產品的成本，對以鈦白粉為添加劑的應用行業的發展極為不利。通過無機顆粒與二氧化鈦復合途徑制備與鈦白粉性能相似，且成本低廉的復合粉體顏料，并通過實際應用降低二氧化鈦用量被認為是目前最有效的解決問題措施，這項工作多年來一直成為研究熱點。其中，以無機固體顆粒為包核基體，通過在其表面包覆晶相二氧化鈦技術制得的復合粉體顏料，在模擬鈦白粉性能、減少二氧化鈦實際用量和降低產品成本方面具有明顯優勢。

研究表明，二氧化鈦在無機固體顆粒表面包覆的均勻性和牢固性是影響其顏料性能的重要因素，這既取決于對所用無機固體顆粒和二氧化鈦原材料的選擇及加工，也與采用的復合方法和工藝密切相關。截止到目前，用作包核基體的主要是各種白色非金屬礦物，其中大部分礦物，如碳酸鈣、高嶺土和重晶石對紫外線的吸收和散射作用較弱，將其在制品中添加，或將其與二氧化鈦復合制得顏料，然后將復合粉體顏料在材料和制品中添加，這些材料和制品的抗紫外老化性與添加金紅石型鈦白粉相比明顯變差。由于抗紫外老化性是白色顏料的重要性能，所以，以碳酸鈣、高嶺土和重晶石礦物為基體的復合粉體顏料品質較低、應用范圍窄，難以起到有效替代鈦白粉的作用。與之相比，以二氧化硅為主要化學組成的石英礦物具有較強的抗紫外線作用，所以，以石英為包核基體與二氧化鈦復合，可望得到在抗紫外性能方面優于碳酸鈣作基體的復合粉體顏料。中國專利ZL201010181223.4以石英為基體，二氧化鈦為包膜物，通過濕法超細研磨體系中石英預先研磨，石英-二氧化鈦共混研磨方式使二氧化鈦在石英表面產生包覆，并由此制備了石英-二氧化鈦復合粉體顏料。以石英為基體制備復合顏料的問題主要是：1)石英顆粒硬度大，粉碎細化難，所以不易被加工成與二氧化鈦顆粒相匹配的粒度；2)石英為穩態晶體，表面活性較弱，水化羥基數目較少，其與二氧化鈦間的脫羥基反應較弱，難以實現二者的牢固結合。正因如此，以石英為包核基體制備復合二氧化鈦顏料始終存在工藝復雜、加工成本高、性能差且不穩定突出問題。

在現有制備復合粉體顏料的方法中，或使用商業鈦白粉直接作為二氧化鈦包覆物，或將包核基體置于硫酸氧鈦或四氯化鈦水溶液中，加熱、攪拌使其水解生成偏鈦酸，即TiO₂·nH₂O覆蓋在基體顆粒表面，再將復合物水洗、除雜和焙燒制得基體顆粒表面包覆晶相二氧化鈦為特征的復合粉體顏料。而直接使用商業鈦白粉成本較高，使用硫酸氧鈦或四氯化鈦水解包覆方法在生產過程中產生大量酸性廢水，對環境污染嚴重。

發明內容