专利名称：一种钛白粉表面无机－有机改性的方法
技术领域：
本发明属于钛白粉的改性方法，具体地说是将钛白粉在无机改性的基础上再进行有机包裹，从而改善其在油中分散性的方法。
背景技术：
钛白粉具有高度的化学稳定性、耐热性、良好的白度、着色力和遮盖力，在白色颜料(工业和民用涂料、塑料、印刷油墨、橡胶、纸张、陶瓷和合成纤维)、光催化剂、光电电池、紫外线屏蔽剂等领域具有广泛的应用前景。对于未进行表面处理的钛白粉，其表面一般被极性基团(如-OH)所包覆，所以钛白粉容易因极性吸附或吸潮而产生团聚，在用于塑料、油漆或其他非极性体系时，很难在体系中均匀地分散。为了提高二氧化钛在不同介质中的分散性能和耐候能力，提高二氧化钛的档次，从而满足不断变化的市场需求，对二氧化钛的各种表面处理是极其重要的。
不同的表面处理剂、用量、比例、甚至处理方法的不同，都会对钛白粉的性质(分散性、耐候性、吸油量、光泽、遮盖力、表面积、等电点、流变性、储存稳定性等)产生不同程度的影响。美国专利42009430和4810305报道制备憎水性TiO2颜料的方法是用聚二甲基硅氧烷、聚有机硅氧烷和碳酸化脂肪酸衍生物进行处理。这些技术是非反应性有机物部分或完全通过范德华力和/或静电相互作用力与金属有机物表面发生相互作用。由于这些力相对较弱，用这些有机物处理的颜料可以在后加工阶段失去涂覆层或在颜料使用过程中这些有机物可被萃取而与颜料分离。使用“反应性”有机物来进行TiO2表面改性的也不少，如英国专利785393揭示了采用壬基二乙氧基硅烷处理TiO2颜料。
上述这些有机处理剂基本上使用的都是烷氧基硅烷，其不足之处是产生挥发性有机化合物(VOC)，如甲醇或乙醇，这些有机物的收集与处理是昂贵与费时的。再者，烷氧基硅烷也是较昂贵的有机物。
发明内容
本发明目的是提供一种操作简单、无污染以及成本低的有机物进行钛白粉表面无机-有机处理方法。
本发明的目的是这样实现的首先在钛白粉表面包覆一层铝和一层硅，以增加钛白粉的耐候性和白度以及水中分散性，然后再利用有机物与钛白粉表面反应生成特殊的表面膜层，从而改善钛白粉在醇酸树脂中的分散性能。
本发明的改性方法如下(1)无机处理用水稀释TiO2为浓度20～50wt％的浆液，在浆液中按P2O5与TiO2的重量比为0.1～0.5∶100加入(NaPO3)6溶液，用无机碱溶液调pH为9～11，高速分散30～60min，升温到约70～90℃，用无机碱调节溶液pH值为10～11，按重量比Si∶TiO2＝1～4∶100加入NaSiO3溶液和无机酸液，保持pH值为8.5～10.0，搅拌熟化30～60min，用无机酸调节pH值为8～9，搅拌熟化30～60min，同时温度下降到60℃～70℃，加入Al与TiO2重量比为1.5～4∶100的NaAlO2溶液和无机酸，维持上一步pH值，继续搅拌40～80min后，用无机酸调节溶液pH为6～7，继续搅拌15～30min，抽滤，水洗，得到包硅铝的钛白粉。
(2)有机处理用水将包硅铝的钛白粉配制成浓度为20～50wt％的浆液，并用无机酸调节其pH值为3.5～6，得浆液I，将硬脂酸配制成0.01～0.03g/ml的乙醇溶液II，将对羟基苯甲酸或邻羟基苯甲酸配制成0.005～0.015g/ml的乙醇溶液III，将乙醇溶液II以1～2ml/min的速度缓慢加入浆液I中，继续反应30～60min，将乙醇溶液III以1～2ml/min的速度缓慢加入浆液I中，滴加完毕后，继续反应60～90min，过滤，水洗，60～80℃下烘干。
如上所述的无机碱是NaOH、KOH，无机酸是HCl、H2SO4。本发明与现有技术相比具有如下优点1.操作简单、制作方便、反应条件温和；2.通过调节物料配比或工艺参数对钛白粉进行表面包覆处理；3.采用的有机物为工业废料或者费用较低；4.经过无机-有机复合处理之后的钛白粉在醇酸树脂中的分散性可以达到20。
具体实施例方式
实施例1用水稀释TiO2浓度为20wt％浆液，在浆液中按P2O5与TiO2的重量比为0.1∶100加入(NaPO3)6溶液，用NaOH溶液调pH＝9，高速分散30min，将浆液升温到70℃，用NaOH调节溶液pH值为10，按重量比Si∶TiO2＝1∶100加入NaSiO3溶液和HCl，保持pH值为8.5，搅拌熟化30min，用HCl调节pH值为8，搅拌熟化30min，同时温度下降到60℃，加入Al与TiO2重量比为1.5∶100的NaAlO2溶液和HCl，维持上一步pH值8，继续搅拌40min后，用HCl调节溶液pH为6，继续搅拌15min，抽滤，水洗。
将铝硅双包的钛白粉配制成浓度为20wt％的浆液(I)，并用HCl调节其pH值为3.5，将硬脂酸配制成0.01g/ml的乙醇溶液(II)，将对羟基苯甲酸配制成0.005g/ml的乙醇溶液(III)，将(II)以1ml/min的速度缓慢加入(I)中，继续反应30min，将(III)以1ml/min的速度缓慢加入(I)中，滴加完毕后，继续反应60min，过滤，水洗，60℃下烘干。
实施例2用水稀释TiO2浓度为50wt％浆液，在浆液中按P2O5与TiO2的重量比为0.5∶100加入(NaPO3)6溶液，用NaOH溶液调pH＝10.7，高速分散60min，将浆液升温到80℃，用KOH调节溶液pH值为11，按重量比Si∶TiO2＝4∶100加入NaSiO3溶液和HCl，保持pH值为10.0，搅拌熟化60min，用HCl调节pH值为9，搅拌熟化60min，同时温度下降到70℃，加入Al与TiO2重量比为4∶100的NaAlO2溶液和HCl，维持上一步pH值9，继续搅拌80min后，用HCl调节溶液pH为7，继续搅拌30min，抽滤，水洗。
将铝硅双包的钛白粉配制成浓度为50wt％的浆液(I)，并用HCl调节其pH值为6，将硬脂酸配制成0.03g/ml的乙醇溶液(II)，将邻羟基苯甲酸配制成0.015g/ml的乙醇溶液(III)，将(II)以2ml/min的速度缓慢加入(I)中，继续反应30min，将(III)以2ml/min的速度缓慢加入(I)中，滴加完毕后，继续反应90min，过滤，水洗，80℃下烘干。
实施例3用水稀释TiO2浓度为30wt％浆液，在浆液中按P2O5与TiO2的重量比为0.25∶100加入(NaPO3)6溶液，用NaOH溶液调pH＝9.5，高速分散45min，将浆液升温到80℃，用NaOH调节溶液pH值为10.2，按重量比Si∶TiO2＝1.5∶100加入NaSiO3溶液和H2SO4，保持pH值为9，搅拌熟化30min，用H2SO4调节pH值为8，搅拌熟化40min，同时温度下降到65℃，加入Al与TiO2重量比为2∶100的NaAlO2溶液和H2SO4，维持上一步pH值8，继续搅拌45min后，用HCl调节溶液pH为6.2，继续搅拌20min，抽滤，水洗。
将铝硅双包的钛白粉配制成浓度为30wt％的浆液(I)，并用H2SO4调节其pH值为4，将硬脂酸配制成0.015g/ml的乙醇溶液(II)，将对羟基苯甲酸配制成0.007g/ml的乙醇溶液(III)，将(II)以2ml/min的速度缓慢加入(I)中，继续反应30min，将(III)以2ml/min的速度缓慢加入(I)中，滴加完毕后，继续反应90min，过滤，水洗，70℃下烘干。
实施例4用水稀释TiO2浓度为35wt％浆液，在浆液中按P2O5与TiO2的重量比为0.3∶100加入(NaPO3)6溶液，用NaOH溶液调pH＝10，高速分散45min，将浆液升温到80℃，用NaOH调节溶液pH值为10.5，按重量比Si∶TiO2＝3∶100加入NaSiO3溶液和H2SO4，保持pH值为9，搅拌熟化15min，用H2SO4调节pH值为8.5，搅拌熟化45min，同时温度下降到70℃，加入Al与TiO2重量比为3∶100的NaAlO2溶液和H2SO4，维持上一步pH值8.5，继续搅拌45min后，用H2SO4调节溶液pH为6.5，继续搅拌30min，抽滤，水洗。
将铝硅双包的钛白粉配制成浓度为35wt％的浆液(I)，并用H2SO4调节其pH值为5，将硬脂酸配制成0.02g/ml的乙醇溶液(II)，将邻羟基苯甲酸配制成0.01g/ml的乙醇溶液(III)，将(II)以2ml/min的速度缓慢加入(I)中，继续反应30min，将(III)以2ml/min的速度缓慢加入(I)中，滴加完毕后，继续反应80min，过滤，水洗，60℃下烘干。
实施例5用水稀释TiO2浓度为40wt％浆液，在浆液中按P2O5与TiO2的重量比为0.4∶100加入(NaPO3)6溶液，用KOH溶液调pH＝10.5，高速分散50min，将浆液升温到80℃，用KOH调节溶液pH值为11，按重量比Si∶TiO2＝3.5∶100加入NaSiO3溶液和HCl，保持pH值为9，搅拌熟化60min，用HCl调节pH值为8.5，搅拌熟化60min，同时温度下降到70℃，加入Al与TiO2重量比为4∶100的NaAlO2溶液和HCl，维持上一步pH值8.5，继续搅拌60min后，用HCl调节溶液pH为7，继续搅拌30min，抽滤，水洗。
将铝硅双包的钛白粉配制成浓度为40wt％的浆液(I)，并用HCl调节其pH值为5，将硬脂酸配制成0.025g/ml的乙醇溶液(II)，将对羟基苯甲酸配制成0.012g/ml的乙醇溶液(III)，将(II)以2ml/min的速度缓慢加入(I)中，继续反应45min，将(III)以1ml/min的速度缓慢加入(I)中，滴加完毕后，继续反应80min，过滤，水洗，70℃下烘干。
实施例6用水稀释TiO2浓度为30wt％浆液，在浆液中按P2O5与TiO2的重量比为0.3∶100加入(NaPO3)6溶液，用KOH溶液调pH＝10，高速分散50min，将浆液升温到80℃，用KOH调节溶液pH值为11，按重量比Si∶TiO2＝2∶100加入NaSiO3溶液和H2SO4，保持pH值为9.5，搅拌熟化60min，用HCl调节pH值为8.5，搅拌熟化60min，同时温度下降到70℃，加入Al与TiO2重量比为2∶100的NaAlO2溶液和H2SO4，维持上一步pH值8.5，继续搅拌60min后，用H2SO4调节溶液pH为6.5，继续搅拌30min，抽滤，水洗。
将铝硅双包的钛白粉配制成浓度为30wt％的浆液(I)，并用H2SO4调节其pH值为4.5，将硬脂酸配制成0.02g/ml的乙醇溶液(II)，将邻羟基苯甲酸配制成0.01g/ml的乙醇溶液(III)，将(II)以2ml/min的速度缓慢加入(I)中，继续反应45min，将(III)以2ml/min的速度缓慢加入(I)中，滴加完毕后，继续反应75min，过滤，水洗，80℃下烘干。
实施例7
用水稀释TiO2浓度为25wt％浆液，在浆液中按P2O5与TiO2的重量比为0.2∶100加入(NaPO3)6溶液，用NaOH溶液调pH＝10.3，高速分散45min，将浆液升温到75℃，用NaOH调节溶液pH值为11，按重量比Si∶TiO2＝1.5∶100加入NaSiO3溶液和H2SO4，保持pH值为9，搅拌熟化15min，用H2SO4调节pH值为8.5，搅拌熟化45min，同时温度下降到70℃，加入Al与TiO2重量比为1.5∶100的NaAlO2溶液和H2SO4，维持上一步pH值8.5，继续搅拌60min后，用H2SO4调节溶液pH为7，继续搅拌30min，抽滤，水洗。
将铝硅双包的钛白粉配制成浓度为25wt％的浆液(I)，并用H2SO4调节其pH值为6，将硬脂酸配制成0.012g/ml的乙醇溶液(II)，将对羟基苯甲酸配制成0.01g/ml的乙醇溶液(III)，将(II)以2ml/min的速度缓慢加入(I)中，继续反应45min，将(III)以2ml/min的速度缓慢加入(I)中，滴加完毕后，继续反应90min，过滤，水洗，70℃下烘干。
实施例8用水稀释TiO2浓度为45wt％浆液，在浆液中按P2O5与TiO2的重量比为0.4∶100加入(NaPO3)6溶液，用KOH溶液调pH＝10，高速分散60min，将浆液升温到75℃，用KOH调节溶液pH值为11，按重量比Si∶TiO2＝4∶100加入NaSiO3溶液和HCl，保持pH值为9.3，搅拌熟化60min，用HCl调节pH值为9，搅拌熟化45min，同时温度下降到65℃，加入Al与TiO2重量比为3.5∶100的NaAlO2溶液和HCl，维持上一步pH值9，继续搅拌60min后，用H2SO4调节溶液pH为7，继续搅拌30min，抽滤，水洗。
将铝硅双包的钛白粉配制成浓度为45wt％的浆液(I)，并用HCl调节其pH值为4，将硬脂酸配制成0.025g/ml的乙醇溶液(II)，将邻羟基苯甲酸配制成0.015g/ml的乙醇溶液(III)，将(II)以2ml/min的速度缓慢加入(I)中，继续反应60min，将(III)以1ml/min的速度缓慢加入(I)中，滴加完毕后，继续反应90min，过滤，水洗，60℃下烘干。
权利要求
1.一种钛白粉表面无机-有机改性的方法，其特征在于包括如下步骤(1)无机处理用水稀释TiO2为浓度20～50wt％的浆液，在浆液中按P2O5与TiO2的重量比为0.1～0.5∶100加入(NaPO3)6溶液，用无机碱溶液调pH为9～11，高速分散30～60min，升温到约70～90℃，用无机碱调节溶液pH值为10～11，按重量比Si∶TiO2＝1～4∶100加入NaSiO3溶液和无机酸液，保持pH值为8.5～10.0，搅拌熟化30～60min，用无机酸调节pH值为8～9，搅拌熟化30～60min，同时温度下降到60℃～70℃，加入Al与TiO2重量比为1.5～4∶100的NaAlO2溶液和无机酸，维持上一步pH值，继续搅拌40～80min后，用无机酸调节溶液pH为6～7，继续搅拌15～30min，抽滤，水洗，得到包硅铝的钛白粉；(2)有机处理用水将包硅铝的钛白粉配制成浓度为20～50wt％的浆液，并用无机酸调节其pH值为3.5～6，得浆液I，将硬脂酸配制成0.01～0.03g/ml的乙醇溶液II，将对羟基苯甲酸或邻羟基苯甲酸配制成0.005～0.015g/ml的乙醇溶液III，将乙醇溶液II以1～2ml/min的速度缓慢加入浆液I中，继续反应30～60min，将乙醇溶液III以1～2mnl/min的速度缓慢加入浆液I中，滴加完毕后，继续反应60～90min，过滤，水洗，60～80℃下烘干。
2.如权利要求1所述的一种钛白粉表面无机-有机改性的方法，其特征在于所述的无机碱是NaOH或KOH。
3.如权利要求1所述的一种钛白粉表面无机-有机改性的方法，其特征在于所述的无机酸是HCl或H2SO4。
全文摘要
一种钛白粉表面无机－有机包覆的方法是首先在钛白粉表面包覆一层铝和一层硅，以增加钛白粉的耐候性和白度以及水中分散性，然后再利用硬脂酸配和对羟基苯甲酸/邻羟基苯甲酸与钛白粉表面反应生成特殊的表面膜层，从而改善钛白粉在醇酸树脂中的分散性能。本发明具有操作简单、制作方便、反应条件温和，无二次污染，成本低的优点。
文档编号C09C3/00GK1995155SQ200610102318
公开日2007年7月11日 申请日期2006年12月20日 优先权日2006年12月20日
发明者徐耀, 王俊刚, 吴东, 孙予罕, 章斌 申请人:中国科学院山西煤炭化学研究所