中國粉體網(wǎng)訊 無機(jī)包覆改性是鈦白粉生產(chǎn)過程中十分重要的后處理工序之一，在鈦白粉表面包覆Si、Al、Zr、Ce、Ti及Zn等水合氧化物，使其表面與介質(zhì)間形成一道屏障，可降低光催化活性，增強(qiáng)鈦白粉耐候性、分散性、抗粉化性等應(yīng)用特性。

鈦白粉包膜（包覆）改性流程

鈦白粉表面的包膜改性分為兩種方式，即無機(jī)包膜（包覆）改性和有機(jī)包膜改性，其實(shí)這兩種包膜改性技術(shù)是需要同時運(yùn)用的，并且有明確的順序標(biāo)準(zhǔn)，在正常的操作流程中，第一步需要進(jìn)行的操作流程是進(jìn)行無機(jī)包膜改性，第二步操作是進(jìn)行有機(jī)包膜改性。

1、鈦白粉無機(jī)包覆方法

依據(jù)酸、堿沉淀劑加入順序差異，鈦白粉無機(jī)包覆分為順流法與逆流法。依據(jù)包覆氣氛差異，可分為干法和濕法，其中濕法包覆工藝應(yīng)用較為廣泛。

（1）煮沸法

在強(qiáng)加熱條件下，包覆劑水解，沉積于鈦白粉顆粒表面，形成包覆層。該工藝過程控制難，水解不完全，適應(yīng)性差。

（2）中和法

采用酸堿中和，在TiO₂顆粒表面持續(xù)反應(yīng)成膜。中和法又可分為3類：1）加堿中和沉淀酸性包覆劑，常用的堿性沉淀劑有NH₃·H₂O、NaOH、Na₂CO₃等；2）加酸中和沉淀堿性包覆劑，常用酸性沉淀劑有H₃PO₄、H₂SO₄、HNO₃、HCl；3）酸性及堿性包覆劑共沉淀，常見的有Al₂(SO₄)₃與NaAlO₂共沉淀等。

（3）碳化法

將CO₂氣體通入含有包覆劑的堿性鈦白粉懸浮液中，使包覆劑在TiO₂顆粒表面緩慢沉淀成膜。該工藝應(yīng)用于Si-Al復(fù)合包覆，成膜更均勻，產(chǎn)品光穩(wěn)定性強(qiáng)。

2、鈦白粉無機(jī)包覆分類

（1）氧化鋁包覆鈦白粉

原理：鈦白粉包覆Al₂O₃時，水合氧化鋁（Al₂O₃·nH₂O）在TiO₂顆粒表面緩慢成膜，形成包覆層。在不同pH條件下，包覆層水合氧化鋁呈現(xiàn)不同物相。在酸性環(huán)境中，形成無定形凝膠；在堿性環(huán)境中，為勃姆石或拜耳石。

工藝：將鈦白粉制漿分散，以NaAlO₂或Al₂(SO₄)₃為包膜劑，Al₂O₃包覆量為鈦白粉質(zhì)量的1%~5%，采用并流法，控制反應(yīng)pH及溫度，包膜時間為1~5h，熟化2h，得到鈦白粉包覆產(chǎn)品。

作用：鈦白粉表面氧化鋁包覆層微觀結(jié)構(gòu)對其顆粒表面羥基密度、表面自由能、表面電位、空間位阻等表面性質(zhì)產(chǎn)生直接影響，進(jìn)而影響其在水性體系中的分散穩(wěn)定性能。

（2）二氧化硅包覆鈦白粉

原理：TiO₂顆粒表面存在羥基，硅酸吸附至其表面與羥基縮合形成縮合點(diǎn)，快速聚合形成致密硅縮合物。硅縮合物在鈦白粉表面連續(xù)穩(wěn)定生長，經(jīng)陳化，形成致密無SiO₂·nH₂O的包膜。因此，鈦白粉包覆SiO₂不僅是單一物理吸附過程，也存在一定的化學(xué)鍵合作用。

工藝：以Na₂SiO₃為包覆劑，采用并流法，維持pH為8~10，包覆溫度為80~100℃，熟化1~3h。

作用：鈦白粉表面二氧化硅包覆層可阻礙其與周圍介質(zhì)及外界環(huán)境之間的直接接觸，提升鈦白粉的耐候性能。鈦白粉表面二氧化硅包覆層的微觀結(jié)構(gòu)直接決定鈦白粉顆粒暴露在外界環(huán)境或周圍介質(zhì)中的面積，進(jìn)而影響其耐候性能。

（3）二氧化鋯包覆鈦白粉

原理：ZrO₂單元包覆時，包膜以羥基水合氧化鋯形式存在，其表面活性大，吸附性能強(qiáng)，與TiO₂顆粒表面羥基縮合形成Zr—O—Ti鍵，牢固鍵合于鈦白粉顆粒表面。

工藝：以Zr（SO₄）₂或ZrOCl₂為包膜劑，維持pH為9~10，包覆溫度為50~70℃，包膜時間為1~5h，熟化1~3h。

作用：二氧化鋯折射率高（2.170），且對紫外光的吸收能力極弱。因此，在鈦白粉顆粒表面包覆連續(xù)致密二氧化鋯，既能降低紫外光的吸收，又能阻礙活性基團(tuán)與周圍介質(zhì)及外界環(huán)境之間的直接接觸，提升鈦白粉的耐光性能。

（4）其他

針對不同工業(yè)領(lǐng)域?qū)︹伆追郯�覆產(chǎn)品應(yīng)用性能的需求，近年來國內(nèi)外研究人員不僅對已有包覆產(chǎn)品進(jìn)行了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與性能的優(yōu)化，還設(shè)計(jì)、探索和開發(fā)了不同種類鈦白粉表面無機(jī)包覆新產(chǎn)品（如二氧化鈰、二氧化錫等）。

（5）多元無機(jī)包覆

包覆的二氧化硅、二氧化鋯容易生成致密膜，提高了鈦白粉耐候性。包覆氧化鋁形成疏松網(wǎng)狀膜，提高鈦白粉分散性。不過，單元包覆無法達(dá)到要求的耐候性與分散性需求，進(jìn)而多元包覆應(yīng)用較多。

一些產(chǎn)品中，從內(nèi)到外通過內(nèi)核--致密膜-網(wǎng)狀膜包覆結(jié)構(gòu)較多，如：SiO₂-Al₂O₃、ZrO₂-Al₂O₃等。

第一，Al₂O₃與SiO₂包覆。有學(xué)者利用一次共沉淀包覆，硅酸鈉作為硅源、氯化鋁為酸堿沉淀劑獲得高耐候鈦白粉產(chǎn)品，加工工藝簡單、經(jīng)濟(jì)投入少。還有學(xué)者通過液相共沉淀法，將檸檬酸作為沉淀劑，逐步包覆氧化鋁與二氧化硅獲得高分散性鈦白粉材料。

第二，ZrO₂-Al₂O₃。通過二次包膜，酸堿度在5.0，70-80℃下包覆致密ZrO₂。生成高光澤度、耐候性、白度、分散性的鈦白粉-ZrO₂-Al₂O₃包覆產(chǎn)品。也有學(xué)者分析了鈦白粉復(fù)合包覆ZrO₂、Al₂O₃技術(shù)，結(jié)合XPS譜圖得到包覆層內(nèi)包含：Zr-O-Ti與Al-O-Ti鍵，ZrO₂與Al₂O₃以化學(xué)鍵依附在鈦白粉顆粒外層。

2024年10月30日在上海跨國采購會展中心，由北京粉體技術(shù)協(xié)會與柏德英思展覽(上海)有限公司聯(lián)合主辦“2024粉體分散、改性、包覆技術(shù)研討會”。屆時清華大學(xué)崔愛莉教授將作《鈦白粉表面包覆理論和工藝》報(bào)告，現(xiàn)場對鈦白粉包覆基本理論、包膜工藝、包膜檢測方法進(jìn)行系統(tǒng)性講解，為參會嘉賓解疑答惑，共同交流實(shí)用技術(shù)。

專家介紹

崔愛莉，教授，清華大學(xué)化學(xué)系，研究方向?yàn)榻鸺t石鈦白粉后處理工藝和理論研究；脫硝催化納米二氧化鈦的研制。曾承擔(dān)過國家973、863、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、國際、國內(nèi)企業(yè)合作項(xiàng)目十余項(xiàng)，發(fā)表SCI收錄論文一百多篇，專利十余項(xiàng)。兼任中國鈦白粉行業(yè)協(xié)會專家委員會特聘專家；中國化工學(xué)會硫磷鈦資源化工專業(yè)委員會委員。

參考文獻(xiàn)

董芳芳，淺析鈦白粉無機(jī)包覆改性現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，龍蟒佰利聯(lián)集團(tuán)股份有限公司

董雄波，無機(jī)包覆鈦白粉研究進(jìn)展及發(fā)展趨勢，中國礦業(yè)大學(xué)（北京）

王歡歡，鈦白粉表面包膜改性技術(shù)研究，龍佰集團(tuán)股份有限公司

(中國粉體網(wǎng)編輯整理/昧光)

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