＊张春洁 曲波

（山东道恩钛业有限公司 山东 265700）

近年来，国内外涂料研究人员投入了大量资金和精力用以提高乳胶漆的装饰性和擦洗性。乳胶漆具有色彩丰富特点，颜料对乳胶漆性能好坏具有决定性作用，颜料选取正确可指导高品质乳胶漆的加工。二氧化钛（TiO2）是乳胶漆最重要的一种颜色填料，可直接影响乳胶漆的遮盖力，该种物质的性质较为稳定，在常温环境中几乎不与其他化合物发生反应，且不溶于水、有机酸、脂肪等[1]。钛白粉的主要组成就是二氧化钛，目前世界上约有60%的钛白粉均用于制备各种涂料，特别是金红石型钛白粉。本文现对乳胶漆用金红石钛白粉的生产技术进行分析。

1.乳胶漆用钛白粉生产方式

对于乳胶漆用钛白粉来说，其生产方式多种多样，包括硫酸法、氯化法、盐酸伐和硝酸法等，其中氯化法（制备流程见图1）就是将原料磨碎后在高温、通氯气环境中，与石油焦充分混合，经还原反应及氯气氯化后生成TiCl4（四氯化钛），再在高温条件下通氧气制备出钛白粉；硫酸法（制备流程见图2）就是将钛铁矿粉碎后与浓硫酸进行反应，沉淀分离出TiOSO4（硫酸氧钛），再经水解反应制备TiO(OH)2（偏钛酸），在1000℃条件下进行煅烧即可得到粗钛粉，再经多项后处理工序制备出钛白粉。

图1 氯化法钛白粉生产工艺流程

图2 硫酸法钛白粉生产工艺流程

2.乳胶漆用钛白粉生产技术

(1)精密管式过滤技术

研究资料显示，钛液质量高低可直接影响水解过程，若钛液质量较低，则可导致TiO2粒子形状、大小和粒度等出现分散分布情况，粒子晶格存在一定缺陷，进而导致钛白粉的白度下降，难以保证乳胶漆的应用性能。在乳胶漆用金红石钛白粉的生产技术中，精密管式过滤技术可将钛液直接充入过滤器内，并使其维持在高液位，再以具有一定压力的压缩空气反复吹搓洗滤芯元件，达到促使滤袋再生的目的，再将已配置好的助滤剂悬浮液应用泵自罐底送入，直至助滤剂分布于罐内液体中，在压力作用下，滤袋可将助滤剂拦截至表面，进而形成一层助滤层，这时钛液就会从罐体上部送出并回到预涂罐中，这一步骤不断循环直至合格，最后从罐底应用泵将浊液送入进行预过滤，助滤层就可拦截、吸附浊液中的杂质，进而形成一层滤饼层，此时钛液再自罐体上部送出直至回到沉降槽，由于存在“架桥”现象，钛液经过滤饼层后就会越发澄清，直至滤出钛液的澄清度达到合格标准后，钛液就可流入清钛液贮槽中进行连续过滤，此时将计量泵启动，可将一定剂量的助滤剂添加至浊液中，进而降低浊液浓度，同时弥补滤饼层所存在的缺陷，随着时间推移，过滤压力不断增大，流量随之缩小，当过滤压与流量达到一定数值时，机器就可自动终止过滤操作，此时过滤器就进行反吹脱饼、喷淋清洗滤袋和排渣等操作，在以上流程结束之后再进入到下一次循环中。与传统过滤技术比较来说，精密管式过滤技术具有更高的自动化程度，且设备较小，无需占用较大面积，受到人工干预的影响较小，过滤精度高达10×10-6，可有效降低杂质含量，进而提高钛液质量。

(2)硅铝复合表面处理技术

包膜操作始终处于包膜罐内，在一定温度和搅拌转速下进行，将表面处理剂加入后可在颗粒表面形成一层特殊膜，促使特定化学物质以膜的形式附着于TiO2粒子表面。表面处理技术的作用在于，可对TiO2表面进行改性，以提高钛白粉的分散性、亲水性和耐候性。

①硅包膜。包膜剂较为常用的就是硅酸钠、乙酸硅和硅的卤素化合物等，硅以化学键的形式与TiO2表面的羟基结合，可提高键能，形成包膜，不仅具有致密结构，还可有效保护核体CO2免受化学侵蚀。致密氧化硅包膜的应用，显著提高了硅表面处理技术的使用价值，不仅能弥补老工艺的一系列不足，还能将平均粒度为0.2μm的产品耐久性提高。这种包膜的特征为：A.包膜厚薄均匀且连续，具有致密结构，非多孔海绵状；B.属于化学结合的一种，无定型的水合氧化硅可以羟基形式键合于TiO2表面。但需要注意的是，致密氧化硅包膜技术的确立，并不排斥海绵状包膜，具体应用过程中还需考量生产品种的适用性。

②铝包膜。相较于致密氧化硅技术来说，氧化铝包膜技术并未取得重大突破，常用铝包膜机是铝盐，先将铝酸钠包膜溶液制备出来，将其加入到TiO2浆液中，在一段时间内缓慢加酸，促使Al2O3完全沉析，再在TiO2表面沉积一道致密保护膜。这层保护膜可隔绝外部紫外线，并阻碍化学介质与TiO2表面的直接接触，在存在少量水的条件下，铝盐就可进行离解，进而形成双电层，促使TiO2粒子表面带正电荷，而在其表明又吸附了一层树脂层，由于该层保护膜的吸附作用和保护作用，可促使TiO2颜料粒子起到分散作用。氯化铝包膜技术的一个技术难点就在于，浆液过滤性较差，易出现胶冻状[2]。

③混合包膜。在无机处理过程当中，包膜剂若仅采用一种，如金属水合氧化物或氢氧化物等，难以显著提高钛白粉的保光性，因此在钛白粉的实际生产过程中，常常需要应用两次包膜和混合包膜等技术。混合包膜指的就是，在同一酸碱性条件下，应用中和法将两种或两种以上的包膜剂进行处理，促使其沉积于TiO2表面，而两次包膜指的就是，在一定情况下沉积一种或一种以上的包膜剂。新型改进方法是在碱性条件下，沉积氧化硅或氧化铝包膜，直至酸性稳定之后，再进行二次包膜，这样就能够提高钛白粉的光学性能，制备出符合乳胶漆实际应用需求的高档金红石型钛白粉。

(3)气流粉碎技术

即便钛白粉的粒径及其分布关键在于煅烧和水解两个阶段，但是在这两个阶段之后，表面处理的干燥产品均为絮凝体和聚集体，需采用一种高效粉碎设备，对其进行粉碎，以获得理想的粒径及其分布，才能够提高颜料的光学性能。钛白粉生产工艺中，应用气流粉碎技术，将高压空气作为粉碎介质，不仅纯度较高，且杂质较少，粉碎机的粉碎压力较大，表面较为圆滑，所制备颗粒较为规整，可有效提高钛白粉的粒径表现。

(4)特殊有机处理技术

无机处理指的就是，通过一部分操作促使TiO2粒子表面的电荷发生变化，进而提高钛白粉的抗粉化能力，同时提高产品保色性能、改善分散性能等。二氧化硅和三氧化二铝的处理绝对量和相对量均可对Zeta电位大小产生一定影响，因此对以上两种物质的比例进行合理控制，可改善TiO2特性，但若想要改进钛白粉的相容性和润湿性，以减少涂料体系中存在的团聚情况，就必须采取有机处理技术。通常情况下，有机包膜均是在钛白粉生产的粉碎阶段，也就是气流粉碎技术中进行有机包膜，将其与物料一同加入到气流粉碎机中，主要表现为有机包膜剂覆盖于新生颜料的粒子表面。有机包膜在吸附于钛白粉颗粒表面时，常以物理或化学吸附的方式进行，可降低颜料与介质界面之间的张力，在已经开展无机复合包膜的TiO2表面，包膜上一层表面活性剂或有机氧化物膜，以促使介质较易取代吸附于颜料表面的水和气体，以完成良好附着。物理吸附的原因主要在于，有机表面的活性剂分子，通常由两部分组成，即极性基和非极性基，这两部分的区别在于，极性基亲水，而非极性基亲油。活性剂分子与极性钛白粉分子进行接触时，极性基就可吸附于钛白粉表面，而非极性基就暴露于外部，进而降低界面张力，以降低润湿性，促使漆基渗入到颜料颗粒之间，促使颜料颗粒呈现出相互分离状态，以达到分散目的。化学吸附指的就是，钛白粉表明羟基与有机处理剂直接连接，促使钛白粉性能改变，变为憎水而亲油。针对耐擦洗的乳胶漆来说，为达到这些性能要求，在对钛白粉进行有机包膜处理时，可选择多元醇类包膜剂，而包膜剂附着于颜料粒子表面后，就可使颜料粒子接近中性，进而提高其分散性。

3.结语

随着国内外对乳胶漆需求量的不断提升，建筑市场对于金红石型钛白粉的需求量也越来越大，同时对钛白粉性能也提出了更高要求。目前，国内所生产的钛白粉虽然能满足大部分的涂料使用，但在产品性能、工艺水平和设备制备等多方面仍然与国外钛白粉生产公司存在一定差距。本次研发的耐擦洗乳胶漆专用的金红石钛白粉项目不仅符合我国环保战略，还能满足市场对钛白粉的需求，发展前景广阔。