高岭土二氧化钛复合颜料的制备

高岭土二氧化钛复合颜料的制备

目前，基于高差的填充材料通常采用煤系填埋法作为基质材料，而对杉木作为基本的tio2复合纳米材料的研究很少。本试验采用水洗软质高岭土为基质,与煤系高岭土为基质的研究有着许多相似特点。以黏土矿物为基质包覆制备钛白粉代用品对减少钛资源的消耗、减轻环境负荷、促进高新技术在传统工业领域的应用、充分利用有限的高岭土资源都具有重要作用和积极的社会效益[4~6]。1原料和试剂1.1化学组成wt试验用高岭土为南方高岭土,白度87.6%,吸油值54ml/100g,pH值为6.0。其化学组成(wt%)为SiO2,47.15;Al2O3,37.15;Fe2O3,0.28;TiO2,0.05;MgO,0.30;CaO,0.16;K2O,1.24;Na2O,0.01;Loss,13.50。1.2设苯甲酸锌znno3制备高岭土/二氧化钛复合颜料采用的主要药剂为TiCl4,Ti(SO4)2,TiOSO4,无水乙醇CH3CH2OH,盐酸HCl,硝酸锌Zn(NO3)2,均为分析纯。2两种复合颜料的合成以钛盐为前驱体,缓慢滴加到高岭土矿浆中使其水解,前驱体水解生成的二氧化钛溶胶体系经陈化形成水合二氧化钛粒子包覆在高岭土颗粒上,再经脱水、干燥、煅烧得到高岭土/二氧化钛复合颜料。其试验工艺流程,见图1。3试验条件对复合制剂的性能的影响本试验对高岭土进行了钛盐种类、钛盐用量、矿浆浓度、水解pH值、水解温度、煅烧温度、煅烧时间、金红石型转化剂等研究。3.1包覆剂的选择高岭土矿浆浓度10%,调pH值为1~2,温度80~90℃,滴加钛盐溶液(相当于高岭土质量20%),水解反应3h,然后水洗、干燥,经950℃煅烧2h,试验结果见表1。由表1可知,选用钛盐TiCl4做包覆剂时,白度较高,包覆率高,但吸油值相对也较高;Ti(SO4)2作包覆剂,吸油值相对较低,白度也可达92.5%;TiOSO4作包覆剂白度和包覆率相对较低。因此选择Ti(SO4)2作包覆剂。3.2水、干燥、煅烧tisoe2溶液高岭土矿浆浓度10%,调pH值为1~2,温度80~90℃,滴加Ti(SO4)2溶液水解,水洗、干燥后经950℃煅烧2h,试验结果见图2。由图2可看出,钛盐用量为高岭土质量的25%时,白度可达92.9%,吸油值较低,包覆率变化已趋平缓,因此选择钛盐用量为25%。3.3水ti2水溶液高岭土矿浆浓度5%~25%,调pH值为1~2,温度80~90℃,滴加Ti(SO4)2溶液(相当于高岭土质量的25%)水解,水洗、干燥,经950℃煅烧2h,试验结果见图3。由图3可看出,矿浆浓度为10%时,白度较高,可达93.0%,吸油值较低,包覆率较高,因此选择矿浆浓度为10%。3.4ph值对复合颜料包覆率的影响高岭土矿浆浓度10%,调pH值为1~7,温度80~90℃,滴加Ti(SO4)2溶液(相当于高岭土质量的25%)水解,水洗、干燥,经950℃煅烧2h,试验结果见图4。由图4可看出,随pH值增加,复合颜料白度下降,吸油值升高,包覆率降低。水解pH值为1~2时,白度较高可达93.0%,吸油值较低,包覆率较高,因此选择水解pH值为1.7左右。3.5水ti2水溶液高岭土矿浆浓度10%,调pH值为1~2,温度30~90℃,滴加Ti(SO4)2溶液(相当于高岭土质量的25%)水解,水洗、干燥,经950℃煅烧2h,试验结果见图5。由图5可看出,水解温度为75℃时,白度较高,吸油值较低,包覆率较高,因此选择水解温度为75℃。3.6水ti2水溶液高岭土矿浆浓度10%,调pH值为1~2,温度70~80℃,滴加Ti(SO4)2溶液(相当于高岭土质量25%)水解,水洗、干燥,经600~1000℃煅烧2h,试验结果见图6。由图6可看出,煅烧温度为900℃时,白度较高,吸油值最低,因此选择煅烧温度为900℃。3.7水、树、草生长测定高岭土矿浆浓度10%,调pH值1~2,温度70~80℃,滴加Ti(SO4)2溶液(相当于高岭土质量25%)水解,水洗、干燥,分别经900℃煅烧1~5h,试验结果见图7。由图7可看出,随煅烧时间的延长,白度提高,吸油值降低,包覆率增加。煅烧时间为3h时,白度较高,吸油值较低,包覆率变化不大,因此选择煅烧时间为3h。3.8培养转硝四基时酸液水解剂ph值本试验对试样进行添加促进剂研究,促进剂选用硝酸锌。实验条件:高岭土矿浆浓度10%,调pH值为1~2,温度70~80℃,滴加Ti(SO4)2溶液(相当于高岭土质量的25%)水解,水洗、干燥,分别经800℃、900℃煅烧3h,硝酸锌用量1%(相对于高岭土质量)。硝酸锌加入方式有两种。3.8.1烧时间试验结果其它条件不变,水解前,在矿浆中加入促进剂硝酸锌,进行煅烧温度和煅烧时间试验。试验结果见图8、图9。由图8、图9可看出,高岭土水解前加入金红石型促进剂,用量1%,在煅烧温度800℃,煅烧时间3h时,复合颜料达到白度92.5%,吸油值46.0ml/100g。3.8.2促进剂催化剂用量影响试验条件同前,进行了煅烧温度和煅烧时间试验。试验结果见图10、图11。由图10、图11可看出,高岭土矿样干燥前加入金红石型促进剂硝酸锌,用量1%,在煅烧温度800℃,煅烧时间2h时,复合颜料达到较高白度93.9%,吸油值44ml/100g。加入促进剂硝酸锌,可以降低煅烧温度,缩短煅烧时间。比较以上两种添加方式,干燥前加入促进剂得到的复合颜料性能优于水解前加入促进剂。4复合面料的性能4.1未添加金红石促进剂为高岭石分别对高岭土、高岭土/二氧化钛复合颜料(未添加促进剂)、高岭土/二氧化钛复合颜料(添加促进剂)进行X射线扫描,结果见图12、图13、图14。从图12XRD图谱可看出,主要矿物为高岭石,并含有少量的伊利石、石英等。从图13可看出,未添加金红石促进剂,有锐钛型二氧化钛特征峰(3.5291)出现;从图14可看出,添加金红石促进剂后,锐钛型二氧化钛特征峰(3.5291)消失,出现了金红石型二氧化钛特征峰(3.2663)。4.2两种高聚物群落的表面形貌和表面粗糙度高岭土在扫描电镜下(SEM)观察,见图15a。在干燥前加入金红石型促进剂硝酸锌,高岭土/二氧化钛复合颜料在透射电镜下(TEM)观察,见图15b。图15a显示,高岭土主要以(层、片状)为主,含少量埃洛石(管状)。包覆后高岭土表面光滑、平整,从图15b可明显看出,经包覆的高岭土微粒表面附着一层致密的二氧化钛粒子,二氧化钛结晶大小较均匀,约为10~20nm左右。由于二氧化钛粒子的包覆作用,使得高岭土晶片边缘变得圆润、光滑,可认为它是一种膜层结构,高分辨透射电镜图上可清晰看出二氧化钛晶体晶格条纹。5整理前金红石型促进剂催化剂用量的影响1.以高岭土为内核材料包覆二氧化钛,产品白度高,吸油量较低。2.钛盐水解的方法制备高岭土/二氧化钛复合颜料适宜的工艺条件:Ti(SO4)2用量为高岭土质量的25%,矿浆浓度10%,水解pH值1.7,水解温度为75℃,高岭土矿样干燥前加入金红石型促进剂硝酸锌,用量1%,煅烧温度800