二氧化钛颜料工艺

中国大陆最大的金红石钛白生产线（4万吨/年）二氧化钛颜料介绍二氧化钛颜料应用生产工艺表面处理与二氧化钛颜料构造耐久性二氧化钛颜料的发展摘要TiO2

颜料介绍涂料57%塑料22%纸品12%TiO2颜料介绍TiO2有3种晶型:金红石,锐钛型和板钛型

只有金红石型和锐钛型应用在涂料TiO2颜料介绍金红石晶体是透明的．TiO2颜料介绍大颗的金红石结晶钛白粉颗粒影相结构TiO2颜料介绍密度g/cm34.2-4.33.8–3.9折射率

2.712.52莫氏硬度6-75.5-6熔点1858°Cconverts相对光活化性0.31.0类型金红石型锐钛型9.51Å3.76Å2.96Å3.59Å晶体结构TiO2颜料介绍R和A为同一晶型——四方晶系，但晶格不同：R晶体细长，呈棱型，通常是孪晶；A一般近似规则的八面体TiO2

颜料应用光学常识遮盖力—颜料加在透明的基料中使之成为不透明，完全盖住基片的黑白格所需的最少颜料量谓之。其光学本质是颜料和存在其周围介质折光率所造成。折光率相等—透明大—强反之亦然。

TiO2

颜料应用要了解采用钛白粉的原因首先需知道光谱的组成波长(nm)380400500600700780可见光10-1610-1410-1210-1010-810-610-21102波长(m)广播无线短波电视FM雷达宇宙射线X射线紫外线可见光红外线伽码射线TiO2

颜料应用钛白粉能提供遮盖力现象主要基于以下两点：第一钛白粉具有很高的折射系数（RI）RI值金红石型 2.71锐钛型 2.52铅白 1.9-2.1氧化锌 1.99树脂 1.4-1.6水 1.3空气 1.0颜料颗粒聚合物基础底才可见光TiO2

颜料应用TiO2

颜料应用第二钛白粉差不多反射全部的可见光波长-纳米金红石锐钛红外线可见光紫外线人的眼睛接收到所有及均匀的反射色光为….白色反

射

率

%

TiO2

颜料应用TiO2

跟载体组成的油漆……..AnataseZnO

……..其表现远远超越其它当时期在用的白颜料TiO2

颜料应用Fresnel方程：

(NP-N0)2

R=————(NP+N0)2

R—反射光的系数

NP—颜料的折射率

N0—介质的折射率（1.48~1.55）

TiO2

颜料应用现代金红石锐钛代入Fresnel方程中，可知R金红石比

R锐钛高25~30%;同等遮盖力时，金红石型钛白粉的用量可以减少25~30%。TiO2

颜料应用二氧化钛颜料拥有的遮盖能力让它成为非常重要的颜料。油漆没有加入颜料是透底的。甚至有色的油漆也加入二氧化钛颜料以避免透底现象。没有钛白粉的带色涂料有钛白粉的带色涂料TiO2

颜料应用粒度分布对遮盖力的影响TiO2

颜料应用吸收与散射入射光（白光）黑色颜料吸收白色颜料散射遮盖力随颜料颗粒大小（粒径）而变，是散射和吸收的结果。粒度分布对遮盖力的影响粒度及分布对遮盖力的影响：当粒径相当光波的1/2λ时光的衍射能（S）最大，为其在全光谱范围得到高的反射率（可见光波长为400-700nm之间）。钛白粉的粒度粉分布应控制在200-350nm之间.粒径的减小，透明性增强，遮盖力越来越差，粒径的增大，光的散射作用越来越差，遮盖力逐渐减弱。

粒度分布对遮盖力的影响粒度分布对遮盖力的影响给出最高遮盖力范围影响光泽的范围粒度分布对遮盖力的影响大颗粒转换入射光钛白粉小颗粒散射光粒度分布对遮盖力的影响钛白粉粒径大小对遮盖力的影响粒度分布对遮盖力的影响影响钛白粉遮盖力的其它因素影响金红石遮盖力的因素除本身折射率、粒径、粒径分布和分散性等因素外，涂料中其它成份对金红石钛白粉遮盖力也有很大的影响。

颜料体积浓度（PVC）、基料折射率、填料粒径、填料折射率

遮盖力与基料折射率的关系HP∝m2∝0.16(np-nb)2

式中HP---遮盖力；

np---颜料折射率；

nb---基料的折射率；

m---为Lorentz指数，m=0.4(np-nb)。

从上式可以看出，当颜料一定时，基料折射率越小，遮盖力越大。

遮盖力与PVC的关系涂布率与PVC的关系在一个涂料配方中，选择适当的钛白粉体积浓度（PVC），可以使钛白粉的遮盖力达到最佳化；另外，正确选择基料、填料也有助于钛白粉遮盖效率的最佳体现。颜料体积浓度（PVC）影响二氧化钛粒子之间的距离。低PVC涂料中二氧化钛粒子之间的距离大；高PVC涂料二氧化钛粒子之间的距离小，粒子排列拥挤。当粒子之间的距离比光波半波长还小时，单个粒子不再具有独立散射中心的功能，反而降低遮盖效率。最佳PVC与二氧化钛粒径、基料折射率等因素有关。

当PVC高于临界PVC时，基料不能包覆二氧化钛颗粒，空气取代一部分基料形成岛状空气团，产生新的散射中心。由于空气的折射率为1.00，小于基料的折射率，空气代替基料后，np-nb的值变大，因此遮盖力增加；并且PVC越高，空气取代基料就越多，遮盖力也越高，这就是通常所说的空气干遮盖效应，这也是含填料的高PVC涂料设计的依据。

影响钛白粉遮盖力的其它因素填料（体质颜料）在中高PVC涂料配方中大量使用，它既可以降低成本，也对涂料的流变性、涂膜的力学性能等方面产生影响，但填料的粒径太粗时会影响二氧化钛的遮盖力。

遮盖力与填料粒径的关系遮盖力与填料折射率的关系纯填料涂料在纯丙和苯丙体系中的对比率

滑石粉高岭土硅灰石滑石粉高岭土硅灰石1.631.561.49填料涂料在纯丙和苯丙体系中的对比率（含金红石钛白粉）

1.631.561.491.481.53遮盖力与填料折射率的关系填料的折射率一般在1.45至1.65之间，基料的折射率一般在1.45至1.60之间。当涂料选用低折射率的基料时，选用高折射率的填料可以提高钛白粉的遮盖力；当涂料选用高折射率的基料时，选用低于基料折射率的填料可以提高钛白粉的遮盖力。

遮盖力与填料折射率的关系颜色与底色颜色相对光散射的能力颗粒直径（纳米）底色-粒度分布的影响白光（可见光）颜料颗粒蓝光红光聚合物基础底才黑色的颜料颗粒底色-粒度分布的影响

分散性与相容性分散性与相容性钛白粉的颗粒是非常小的典型为200-300纳米100颗粒可以想象人头发的直径已足够放下100颗钛白粉钛白粉的颗粒有多大？分散性与相容性新制的颜料

经储存的颜料经分散的颜料附聚和分散分散性与相容性0.2微米(单一颗粒)注意:在这里显示的聚集体仍然太小，肉眼还是看不到．通常可见的颗粒大概比这个颗粒大５０倍….聚集体的直径:2.0微米或1/500毫米单一

TiO2

颗粒相对聚

集体的大小分散性与相容性分散差钛白电镜照片分散性与相容性分散较好钛白电镜照片分散性与相容性分散性——又称研磨分散性或研磨润湿性1、影响因素：粒径大小、比表面积、表面自由能、表面电荷、PH、极性、表面吸附状态；2、分散、团聚、最低能量原理、有机物包膜剂3、分散性的好坏不仅影响钛白粉的消色力、遮盖力、吸油量，而且也影响光泽和耐候性；

俗话说：物以类集，人以群分；门当户对。专业谓之：相似相溶原理。水性、油性涂料与塑料因其自身性质的不同，不可共用。而分散剂与涂料的其它颜填料、助剂相亲相爱—配伍性。

分散性与相容性分散性对涂料光泽的影响分散性与相容性生产工艺生产工艺通常制造TiO2

颜料基体（表面处理前）有两种方法：在TiO2基体进行表面处理,通常跟基体制造方法无关

硫酸法氯化法原料(45-60%TiO2)原料(85-95%TiO2)酸解净化水解煅烧氯化净化氧化

氯化法

-

按照下述化学反应

TiO2

(impure)

+2Cl2+CTiCl4+CO2

TiCl4+O2TiO2(pure)

+2Cl2

硫酸法

-

按照下述化学反应

FeTiO3+2H2SO4

TiOSO4+FeSO4+2H2O

TiOSO4

OH-

TiO2nH2O+H2SO4

TiO2nH2OHeatTiO2+nH20

不同制造方法的化学反应生产钛白粉的硫酸法工艺是否注定会消亡？为回答此问题，回顾近十年钛白粉工业所发生的变化,对我们分析这个问题是有益助的.主要的变化内容是:

l

环保问题

l

生产成本

l

产品质量和质量前景环保问题：氯化法工艺中，废副主要是氯化物硫酸法工艺中，废副主要是废硫酸和硫酸盐氯化法处理氯化物废副是一种工艺，硫酸法处理硫酸盐废副是另外一种工艺。德国的硫酸法钛白粉工厂把所有的固体、液体和气体废料转变成可销售的或其他可使用的产品，成功实践了“零”排放的观点。产品质量和质量前景在欧洲和亚洲，因为大的氯化法钛白制造商通过大量的和成功的营销手段，占领了传统硫酸法钛白粉的市场，所以人们就形成了一种观念，就是氯化法钛白的质量比硫酸法的更好。这种观念错误至极，是一种误导。根据不同的应用需要，这两种工艺生产的钛白粉各有优缺点。通过先进的后处理技术，针对不同的应用领域，很多种硫酸法金红石钛白粉产品完全可以与氯化法钛白粉媲美。硫酸法还有一个重要的优点：一个工艺能生产多种钛化工产品，如锐钛型和金红石型钛白粉，锐钛和金红石超细钛白粉以及其他钛化工产品。表面处理与二氧化钛颜料构造颜料进行表面处理基于以下原因:改善分散性能与系统的相容性和润湿性建立颜料特性方面的潜能遮盖力和着色力改善耐久性抗粉化和保光性表面处理与二氧化钛颜料构造未经包膜的钛白粉表面处理与二氧化钛颜料构造致密包膜的钛白粉表面处理与二氧化钛颜料构造松散包膜的钛白粉表面处理与二氧化钛颜料构造颗粒截面表面处理与二氧化钛颜料构造颜料基本上按下列方式构成:白色无机氧化物:鋁硅鋯鈦TiO2

主体金红石晶格加入Al2O3

或ZnO稳定剂有机涂层:多元醇,硅氧烷,胺更多新穎的處理: 氧化锡氧化锌氧化铈磷酸盐硝酸盐钼表面处理与二氧化钛颜料构造钛白粉制造商通过不同的表面处理工艺生产出一系列不同的产品，这些表面处理技术所使用的条件非常复杂，是各制造商的技术核心和机密。不管怎样,在表面处理中可调整的变数包括:表面处理的程度

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温度用作处理的化学物本质

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pH加入或沉淀的速度

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加入的次序采用化学物共沉淀

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特别的添加剂这些可调整的变数对处理与及最终产品的特性有极大的影响:为高PVC体系设计经硅与鋁处理的颜料为耐久性用途而设计经硅与鋁处理的颜料表面处理与二氧化钛颜料构造耐久性颜料的发展锐钛型和金红石型颜料吸收紫外光帮助延长涂料的寿命大部份在20世纪初所使用的树脂只拥有限的耐久程度光化学降解是主要导致涂料系统失败的原因耐久性二氧化钛颜料的发展在耐久性树脂中颜料对耐久性能有负面的影响踏入二十世纪中,已可得到抵抗紫外线降解能力的树脂这强调了钛颜料具光催化能力的本质UV辐射和湿气e-+h+-OH-O2OHHO2树脂耐久性二氧化钛颜料的发展

TiO2的光催化性质：由于二氧化钛在晶体生长过程中造成的晶格缺陷（肖特基缺陷Schottkydefect“氧缺陷”）。使其表面上存在许多光活化点，在紫外光（UV）的作用下，发生光催化反应。

[h.v]abs

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