专利名称：一种高遮盖力金红石型钛白粉生产方法
技术领域：
本发明涉及钛白粉的生产技术领域，尤其是一种高遮盖力金红石型钛白粉生产方法。
背景技术：
二氧化钛颜料是最好的白色颜料，它具有白度高、不透明性高、物理化学性质稳定 等优点，广泛应用于涂料、塑料、造纸等行业。在涂料应用领域，钛白粉的遮盖力与颜料和树脂折射率之差有关，差值越大，遮盖 力越高。由于水合二氧化硅的折射率最低，在钛白粉的表面处理过程中引入水合二氧化硅 可以增大这种折射率差值，包覆大量的水合二氧化硅还可以最大限度地使单个钛白粉粒子 相互之间隔离，处于良好的分散状态，从而显著提高钛白粉的利用率。另外由于空气的折射 率是所有物质中最低的，在建筑用涂料中，由于配方中颜料的体积浓度较高，颜料的体积浓 度大于临界体积浓度后，涂膜中的树脂不能完全包覆颜料粒子，从而使涂膜中含有部分空 气，由于颜料与空气的折射差值为最大，可以显著提高涂膜对建筑物基体的遮盖力；如果在 钛白粉的表面处理中引入一层疏松的包膜层，可以提高涂膜中的空气量，达到提高钛白粉 遮盖力的目的。利用包覆大量的氧化硅-氧化铝的水合物在钛白粉的表面以提高其在涂料领域 的遮盖力是一种广泛采用的技术，例如美国专利US3437502，US3510335，US4075031等。美国专利US3437502公开了一种改进的二氧化钛颜料的生产方法，通过在二氧化 钛粒子表面包覆一层基于二氧化钛质量0. 5 25%的致密二氧化硅，和一层基于二氧化钛 质量0. 1 10%的氧化铝，从而获得一种具有高遮盖力和在水性涂料配方中良好分散性的 二氧化钛颜料，利用该方法制备的钛白粉生产的涂料具有优异的户外耐候性。美国专利US3510335公开了一种在二氧化钛-氧化铝共氧化物颜料表面包覆约 1 25%多孔疏松二氧化硅膜，然后在300 1000°C条件下煅烧，获得一种抗变色和高遮盖 力钛白粉。美国专利US4075031公开了一种提高二氧化钛颜料遮盖力的方法，通过在二氧 化颜料表面包覆一层致密的无定形二氧化硅和氧化铝膜，再包覆一层多孔的氧化硅_氧化 铝膜，从而在提高遮盖力的同时保证了钛白粉的耐候性。发明人在长期的试验研究及生产实践中发现，引入适当的二氧化硅和氧化铝确实 可够提高钛白粉的遮盖力，但是上述各专利方法在碱性环境下生产的二氧化硅膜折光率较 高，没有最大限度地提高钛白粉的遮盖力。并且，如果只是简单地把二氧化硅和氧化铝类成 份添加到钛白粉浆料中，并不必然能够获得良好的遮盖力效果；各原料成份的加入顺序、加 入量及生产过程中的参数条件等细节控制，都显著的影响到产品钛白粉的遮盖力；不适当 的加入顺序及加入量，或者不适当的工艺参数条件，均达不到提高遮盖力的理想效果。
发明内容
本发明的主要目的是针对上述现有技术的不足，提供一种新的高遮盖力金红石型钛白粉生产方法；通过合理的控制原料加入量及加入顺序，同时严格的控制各工艺条件，达到有效提高钛白粉遮盖力的效果。 为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下
一种高遮盖力金红石型钛白粉生产方法，包括下述步骤
(1)、制备包含二氧化钛初品的浆料制备浓度为600 800gTi02/L的浆料，并用砂磨 机研磨以解聚其中的粗颗粒，使钛白粉达到原级粒径(原级粒径，是指大小为0. 20 0. 35 微米具有颜料性能的钛白粉晶体尺寸，下同)；
浆料的制备方法是行业内技术人员所熟知的，在搅拌条件下一般先在去离子水中加入 分散助剂如硅酸钠或三乙醇胺等，再缓慢加入定量的钛白粉初品，根据分散剂种类和钛白 粉初品的不同特点，浆料的浓度一般控制在600 800g Ti02/L的范围内，这样相对较高的 浓度有利于提高砂磨解聚的效率，并用砂磨机研磨以解聚其中的粗颗粒，使钛白粉在浆料 中得到更好地分散，达到原级粒径；
(2)、稀释为了使砂磨分散好的钛白粉浆料中的钛白粉粒子表面能被包膜剂均勻地包 覆，加入去离子水调节浆料的浓度为200 400g Ti02/L,并用蒸汽加热到30 40°C ；再调 节浆料PH值至10.0以上；
(3)、加入含硅化合物加入含硅化合物的溶液到浆料中，其中含硅化合物的溶液浓度 以SiO2计90 110g/L为宜，含硅化合物的加入量以SiO2和TiO2的质量比计为4% 6% (可优选为4. 5% 5. 5%);再用蒸汽把浆料的温度升到50 90°C，调节浆料pH值至0. 8 1.5 (可优选为1.0 1.2)；
本步骤中，包膜剂含硅化合物在碱性条件下加入，并在所述的碱性条件下水解，同时沉 淀到钛白粉粒子的表面，生成一层二氧化硅包膜层；由于该条件下含硅化合物的水解过程 速度较慢，所以生成的包膜层较为致密；再用酸性化合物溶液调浆料PH值至酸性条件，其 主要作用是熟化(使生成的二氧化硅包膜层得到充分的老化)和为下一步处理做准备；
本步骤中的含硅化合物可选自硅酸钠、硅酸钾等中的至少一种，以硅酸钠为优选；
(4)、再加入含硅化合物加入与步骤(3)相同的含硅化合物的溶液到浆料中，其加入 量以SiO2和TiO2的质量比计为4% 6% (可优选为4. 5 5. 5%)；
本步骤中，在所述的酸性条件下，新加入的(碱性的)含硅化合物立即发生水解，水解速 度极快，被吸附到步骤(3)已经生成的致密的二氧化硅包膜层表面，再生成一层疏松的二氧 化硅包膜层；利用疏松包膜层中的空气遮盖原理，可极大的提高钛白粉在涂料中的分散性 和遮盖力；
(5)、加入酸性含铝化合物加入酸性含铝化合物的溶液到浆料中，其中酸性含铝化合 物的溶液浓度以Al2O3计90 110g/L为宜，酸性含铝化合物的加入量以Al2O3和TiO2的质 量比计为4% 6% (可优选为4. 5% 5. 5%);酸性含铝化合物的溶液加入完毕后，再调节浆 料PH值至6. 0 8. 0 (可优选为6. 5 7. 5)；
步骤(4)加入含硅化合物后，浆料的pH值约为2. 5 3. 0，包膜剂酸性含铝化合物在此 条件下基本不水解；在调节节浆料PH值至6. 0 8. 0的过程中，酸性含铝化合物发生水解， 并沉淀到步骤(4)已经生成的疏松的二氧化硅包膜层表面，生成一层氧化铝包膜层；
本步骤中的酸性含铝化合物可选自硫酸铝、氯化铝、硝酸铝等中的至少一种，以硫酸铝 为优选；(6)、熟化、过滤、水洗、干燥、粉碎经上述步骤包覆的钛白粉浆料在保温(上述步骤操 作后、浆料的温度范围通常为70°C左右)并搅拌下熟化40 100分钟，经过滤、水洗，将滤 饼干燥(通常可在鼓风干燥箱中于125 150°C的温度下干燥，也可采用其它干燥方式及干 燥温度可以)，粉碎，即得到所述的具有以高遮盖力为特征的钛白粉颜料。在本发明方法的研究过程中，发明人发现在硫酸法钛白粉的包膜过程中通过适 当的方式(包括添加量、添加方法及添加顺序等)引入含硅化合物和酸性含铝化合物，可以 显著地提高钛白粉的遮盖力；但显然并不是任意的添加量及添加顺序均可获得理想的效 果，甚至即使是采用同样的添加量和添加顺序，但添加方法不同，所获得钛白粉产品的遮光 性能等也各不相同，甚至差异显著。发明人在大量、反复的试验基础上，不断总结经验、改进完善，确定了如本发明所 述的高遮盖力钛白粉生产方法、尤其是其中各原料包膜剂(含硅化合物、酸性含铝化合物) 的添加方式、添加顺序和添加量等，通过本发明方法中精细的过程设计与控制，在金红石型 钛白粉后处理过程中，依次在钛白粉粒子表面包裹两层二氧化硅包膜层(包括致密层和疏 松层)和一层氧化铝包膜层，在所述特定的条件下，使加入的包膜剂含硅化合物分别以二氧 化硅致密包膜层和二氧化硅疏松包膜层的结构形式水解沉积到TiO2粒子的表面上，而包膜 剂酸性含铝化合物则以氧化铝包膜层的结构形式水解沉降到二氧化硅疏松包膜层的表面 上，再经熟化、过滤、水洗、干燥、粉碎后制得钛白粉产品；各步骤及各原料的添加前后相应， 相互支撑，可显著提高钛白粉产品的遮盖力，并在提高钛白粉的遮盖力的同时还保证高白 度等特点及基本的耐候性能，采用这种方法生产的钛白粉尤其适合用于对钛白粉遮盖力有 特殊要求的建筑涂料等领域。与现有技术相比，本发明的有益效果是
本发明方法采用适当的原料包膜剂合理组合，并通过精细的工艺过程控制各包膜剂 的添加顺序、添加方式及添加量等，同时严格控制各操作步骤的工艺及参数条件，使加入的 包膜剂分别以二氧化硅致密包膜层、二氧化硅疏松包膜层、氧化铝包膜层的形式沉淀到钛 白粉粒子的表面，再结合熟化、过滤、水洗、干燥和粉碎等工序，各步骤及各原料的添加前后 相应，相互支撑，可显著提高钛白粉产品的遮盖力，并保持其高白度等特点及基本的耐候性 能，这种方法生产的钛白粉尤其适合用于对钛白粉遮盖力有特殊要求的建筑涂料等领域。
具体实施例方式下面结合具体实施方式
对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上 述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括 在本发明的范围内。实施例1
本实施例高遮盖力金红石型钛白粉生产方法包括下述步骤
(1)、制备包含二氧化钛初品的浆料称取6000g去离子水，加入含12gSi02的硅酸钠溶 液，在搅拌下加入6000g未包膜的金红石型钛白粉制成浓度约为800 gTi02/L的钛白粉浆 料，再用实验室砂磨机砂磨，使钛白粉达到原级粒径；
(2)、稀释加入去离子水调节浆料的浓度为300gTi02/L，转入到包膜槽内，用蒸汽间接加热的方式把浆料加热到35°C ；再调节浆料PH值至约10. 0 ；
(3)、加入含硅化合物加入100gSi02/L的硅酸钠溶液3000mL(按Si02与Ti02的质量 百分比计约为5. 0%)；用蒸汽间接加热的方式把浆料加热到70°C，再用质量百分比浓度为 15%的稀硫酸溶液把浆料的pH值调节至1. 0 ；
(4)、再加入含硅化合物再加入100gSi02/L的硅酸钠溶液3000mL(按Si02与Ti02的 质量百分比计约为5. 0%)；
(5)、加入酸性含铝化合物加入浓度为100gA1203/L的硫酸铝溶液3000mL(按A1203和 Ti02的质量比计约为5. 0%);再用稀碱溶液(质量百分比浓度为25%的NaOH溶液)调节浆料 pH值至7. 0 ；
(6)、熟化、过滤、水洗、干燥、粉碎经上述步骤包覆的钛白粉浆料在保温并搅拌下熟化 40分钟，经过滤、水洗，将滤饼干燥，用汽流粉碎机粉碎，即得到所述的钛白粉成品。实施例2
本实施例高遮盖力金红石型钛白粉生产方法包括下述步骤
(1)、制备包含二氧化钛初品的浆料称取6000g去离子水，加入含12gSi02的硅酸钠溶 液，在搅拌下加入6000g未包膜的金红石型钛白粉制成浓度约为800 gTi02/L的钛白粉浆 料，再用实验室砂磨机砂磨，使钛白粉达到原级粒径；
(2)、稀释加入去离子水调节浆料的浓度为300gTi02/L，转入到包膜槽内，用蒸汽间 接加热的方式把浆料加热到35°C ；再调节浆料PH值至约10. 0 ；
(3)、加入含硅化合物加入100gSi02/L的硅酸钠溶液2700mL(按Si02与Ti02的质量 百分比计约为4. 5%)；用蒸汽间接加热的方式把浆料加热到60°C，再用质量百分比浓度为 15%的稀硫酸溶液把浆料的pH值调节至1. 2 ；
(4)、再加入含硅化合物再加入100gSi02/L的硅酸钠溶液2700mL(按Si02与Ti02的 质量百分比计约为4. 5%)；
(5)、加入酸性含铝化合物加入浓度为100gA1203/L的硫酸铝溶液2700mL(按A1203和 Ti02的质量比计约为4. 5%);再用稀碱溶液(质量百分比浓度为25%的NaOH溶液)调节浆料 pH值至6. 5 ；
(6)、熟化、过滤、水洗、干燥、粉碎经上述步骤包覆的钛白粉浆料在保温并搅拌下熟化 60分钟，经过滤、水洗，将滤饼干燥，用汽流粉碎机粉碎，即得到所述的钛白粉成品。实施例3
本实施例高遮盖力金红石型钛白粉生产方法包括下述步骤
(1)、制备包含二氧化钛初品的浆料称取8500g去离子水，加入含12gSi02的硅酸钠溶 液，在搅拌下加入6000g未包膜的金红石型钛白粉制成浓度约为600 gTi02/L的钛白粉浆 料，再用实验室砂磨机砂磨，使钛白粉达到原级粒径；
(2)、稀释加入去离子水调节浆料的浓度为200gTi02/L，转入到包膜槽内，用蒸汽间 接加热的方式把浆料加热到40°C ；再调节浆料PH值至约11.0;
(3)、加入含硅化合物加入100gSi02/L的硅酸钠溶液2400mL(按Si02与Ti02的质量 百分比计约为4. 0%)；用蒸汽间接加热的方式把浆料加热到80°C，再用质量百分比浓度为 15%的稀硫酸溶液把浆料的pH值调节至0. 8 ；
(4)、再加入含硅化合物再加入100gSi02/L的硅酸钠溶液2400mL(按Si02与Ti02的质量百分比计约为4. 0%)； (5)、加入酸性含铝化合物加入浓度为IOOgA1203/L的硫酸铝溶液3600mL(按Al2O3和 TiO2的质量比计约为6. 0%);再用稀碱溶液(质量百分比浓度为25%的NaOH溶液)调节浆料 pH值至8. 0 ；
(6)、熟化、过滤、水洗、干燥、粉碎经上述步骤包覆的钛白粉浆料在保温并搅拌下熟化 80分钟，经过滤、水洗，将滤饼干燥，用汽流粉碎机粉碎，即得到所述的钛白粉成品。实施例4
本实施例高遮盖力金红石型钛白粉生产方法包括下述步骤
(1)、制备包含二氧化钛初品的浆料称取7070g去离子水，加入含12gSi02的硅酸钠溶 液，在搅拌下加入6000g未包膜的金红石型钛白粉制成浓度约为700 gTi02/L的钛白粉浆 料，再用实验室砂磨机砂磨，使钛白粉达到原级粒径；
(2)、稀释加入去离子水调节浆料的浓度为400gTi02/L，转入到包膜槽内，用蒸汽间 接加热的方式把浆料加热到30°C ；再调节浆料PH值至约12. 0 ；
(3)、加入含硅化合物加入100gSi02/L的硅酸钠溶液3600mL(按SiO2与TiO2的质量 百分比计约为6. 0%)；用蒸汽间接加热的方式把浆料加热到50°C，再用质量百分比浓度为 15%的稀硫酸溶液把浆料的pH值调节至1. 5 ；
(4)、再加入含硅化合物再加入100gSi02/L的硅酸钠溶液3300mL(按SiO2与TiO2的 质量百分比计约为5. 5%)；
(5)、加入酸性含铝化合物加入浓度为IOOgA1203/L的硫酸铝溶液2400mL(按Al2O3和 TiO2的质量比计约为4. 0%);再用稀碱溶液(质量百分比浓度为25%的NaOH溶液)调节浆料 pH值至7. 5 ；
(6)、熟化、过滤、水洗、干燥、粉碎经上述步骤包覆的钛白粉浆料在保温并搅拌下熟化 90分钟，经过滤、水洗，将滤饼干燥，用汽流粉碎机粉碎，即得到所述的钛白粉成品。实施例5
本实施例高遮盖力金红石型钛白粉生产方法包括下述步骤
(1)、制备包含二氧化钛初品的浆料称取8500g去离子水，加入含12gSi02的硅酸钠溶 液，在搅拌下加入6000g未包膜的金红石型钛白粉制成浓度约为600 gTi02/L的钛白粉浆 料，再用实验室砂磨机砂磨，使钛白粉达到原级粒径；
(2)、稀释加入去离子水调节浆料的浓度为300gTi02/L，转入到包膜槽内，用蒸汽间 接加热的方式把浆料加热到40°C ；再调节浆料PH值至约10. 5 ；
(3)、加入含硅化合物加入100gSi02/L的硅酸钠溶液3300mL(按SiO2与TiO2的质量 百分比计约为5. 5%)；用蒸汽间接加热的方式把浆料加热到90°C，再用质量百分比浓度为 15%的稀硫酸溶液把浆料的pH值调节至1. 0 ；
(4)、再加入含硅化合物再加入100gSi02/L的硅酸钠溶液3600mL(按SiO2与TiO2的 质量百分比计约为6. 0%)；
(5)、加入酸性含铝化合物加入浓度为IOOgA1203/L的硫酸铝溶液3300mL(按Al2O3和 TiO2的质量比计约为5. 5%);再用稀碱溶液(质量百分比浓度为25%的NaOH溶液)调节浆料 pH值至6. 0 ；
(6)、熟化、过滤、水洗、干燥、粉碎经上述步骤包覆的钛白粉浆料在保温并搅拌下熟化100分钟，经过滤、水洗，将滤饼干燥，用汽流粉碎机粉碎，即得到所述的钛白粉成品。
将上述各实施例所得钛白粉成品及对比例(本申请人生产并销售多年的通用型钛 白粉R-996，有市售)按如下配方及方法配制成丙烯酸乳胶涂料
以上物料1500rpm混合10分钟，取浆料的80%加入； 乳液70g，
2. 5%羟乙基纤维素20g，
50%RM-2020 流平剂2. 4g。 将配制好的乳胶涂料用涂膜制备器制备成涂膜，利用白度仪测定涂膜白度，再用 目视法测定涂膜遮盖力，以对比例的遮盖力为100 ；并在海南自然曝晒场测定涂膜耐候性 (测定结果如下述表中所示)。其中白度指数是表示涂膜白度的指标，值越大表示涂膜越白； 遮盖力是涂膜遮盖底材颜色的能力，值越高遮盖底色的能力越高，使用就越经济。耐候性是 指涂料在自然界条件下抵抗温度、湿度、阳光中的紫外线等各种气候条件破坏的能力。
样品名称白度指数遮盖力耐候性对比例82. 6100与对比例相当实施例184. 8125与对比例相当实施例285. 1120与对比例相当实施例384. 9121与对比例相当实施例484. 5128与对比例相当实施例584. 4127与对比例相当 从以上各例的应用性能分析，在本发明钛白粉的应用领域一高遮盖力乳胶涂料 中，本发明方法生产的钛白粉与传统方法生产的钛白粉相比，表现出了卓越的遮盖力和白 度性能，同时保证了与传统方法同等的耐候性。
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权利要求
一种高遮盖力金红石型钛白粉生产方法，包括下述主要步骤(1)、制备包含二氧化钛初品的浆料制备浓度为600～800g TiO2/L的浆料，并用砂磨机研磨以解聚其中的粗颗粒，使钛白粉达到原级粒径；(2)、稀释加入去离子水调节浆料的浓度为200～400g TiO2/L，并用蒸汽加热到30～40℃；再调节浆料PH值至10.0以上；(3)、加入含硅化合物加入含硅化合物的溶液到浆料中，其中含硅化合物的溶液浓度以SiO2计为90～110g/L，含硅化合物的加入量以SiO2和TiO2的质量比为4%～6%计；再用蒸汽把浆料的温度升到50～90℃，调节浆料pH值至0.8～1.5；(4)、再加入含硅化合物加入与步骤(3)相同的含硅化合物的溶液到浆料中，其加入量以SiO2和TiO2的质量比为4%～6%计；(5)、加入酸性含铝化合物加入酸性含铝化合物的溶液到浆料中，其中酸性含铝化合物的溶液浓度以Al2O3计为90～110g/L，酸性含铝化合物的加入量以Al2O3和TiO2的质量比为4%～6%计；酸性含铝化合物的溶液加入完毕后，再调节浆料pH值至6.0～8.0；(6)、熟化、过滤、水洗、干燥、粉碎经上述步骤包覆的钛白粉浆料在保温并搅拌下熟化40～100分钟，经过滤、水洗，将滤饼干燥，粉碎，即得到所述的钛白粉。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的步骤(3)和步骤(4)中，含硅化合物选自硅酸钠、硅酸钾中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述的步骤(3)和步骤(4)中，含硅化合物为硅酸钠。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的步骤(3)中，含硅化合物的加入量以SiO2和TiO2的质量比为4. 5% 5. 5%计。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的步骤(3)中，把浆料的温度升到50 90°C后，调节浆料pH值至1. 0 1. 2。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的步骤(4)中，含硅化合物的加入量以SiO2和TiO2的质量比为4. 5% 5. 5%计。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的步骤(5)中，酸性含铝化合物选自硫酸铝、氯化铝、硝酸铝中的至少一种。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于 所述的步骤(5)中，酸性含铝化合物为硫酸铝。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的步骤(5)中，酸性含铝化合物的加入量以Al2O3和TiO2的质量比为4. 5% 5. 5%计。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的步骤(5)中，酸性含铝化合物的溶液加入完毕后，再调节浆料PH值至6. 7. 5。
全文摘要
本发明公开了一种高遮盖力金红石型钛白粉生产方法，包括制备含二氧化钛初品的浆料、稀释、加入含硅化合物、再加入含硅化合物、加入酸性含铝化合物、熟化、过滤、水洗、干燥、粉碎等步骤，通过精细的工艺过程控制各包膜剂的添加顺序、添加方式及添加量等，同时严格控制各操作步骤的工艺及参数条件，使加入的包膜剂分别以二氧化硅致密包膜层、二氧化硅疏松包膜层、氧化铝包膜层的形式沉淀到钛白粉粒子的表面，再结合熟化、过滤、水洗、干燥和粉碎等工序，提高钛白粉产品的遮盖力，并保持其高白度等特点及基本的耐候性能。
文档编号C09C3/06GK101885926SQ20101022874
公开日2010年11月17日 申请日期2010年7月16日 优先权日2010年7月16日
发明者刘不尽, 刘洪金, 王洪福, 邓伯松, 高华 申请人:四川龙蟒钛业股份有限公司