一种汽车阴极电泳涂料专用二氧化钛颜料的生产方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种金红石型二氧化钛颜料的生产技术领域，尤其是汽车阴极电泳涂 料专用二氧化钛颜料的生产方法。
【背景技术】
[0002] 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。二氧化钛颜料的商业化生产方法有硫酸法和 氯化法两种工艺，在硫酸法生产二氧化钛颜料的工艺中，将钛精矿溶解在硫酸中生成以硫 酸氧钛为主的硫酸盐混合物，经过浸取制得黑钛液再去除溶液中的铁等杂质，经水解生成 不溶性的水合二氧化钛，经过进一步洗涤除杂，在回转式煅烧窑中煅烧生成锐钛型或金红 石型二氧化钛颜料。在氯化法生产二氧化钛颜料的工艺中，干燥后的二氧化钛原料与焦炭 和氯气一起送入氯化炉中，生成四氯化钛，经过精馏除杂后的精制四氯化钛与氧气一起进 入氧化炉中，在11〇〇 °C~1500 °C高温下发生氧化反应，生成金红石型二氧化钛颜料颗粒。
[0003] 不论是硫酸法还是氯化法生产的二氧化钛颜料，都需要经过表面处理，以改善颜 料粒子在应用环境中与树脂的相容性，提高其分散性，进而表现出最佳的遮盖力、光泽、白 度、涂膜平整度等性能。二氧化钛颜料的表面处理剂一般分为无机表面处理剂和有机表面 处理剂两大类，无机表面处理剂主要作用是改善二氧化钛颜料的分散性和耐候性能，常用 的无机表面处理剂有氧化铝、氧化锆、二氧化硅等;有机表面处理剂的主要作用是改善二氧 化钛颜料与树脂的亲合力，赋予颜料亲水或疏水等性能。
[0004] 电泳涂料是一种仅适用于电泳涂装法的专用水溶性涂料，在水中能离解为带电荷 的水溶性成膜聚合物，并在直流电场作用下，泳向相反电极(被涂面)在其表面上析出。根据 电泳涂料所用大分子树脂带电荷性质的不同，电泳涂料分为阳极电泳涂料与阴极电泳涂 料，阴极电泳涂料具有泳透力高，涂装时库仑效率高，涂膜耐碱性强，防腐效果好等优点，已 经成为汽车工业防腐底漆的标准用漆。
[0005] 含有羟基、氨基、醚基、酰胺基等高分子聚合物，经过有机酸中和后形成胺盐，而采 用此类胺盐树脂作为主体树脂，再配以适当的颜料、填表及助剂、溶剂经研磨分散而制成的 涂料，以水作为溶剂进行稀释，形成阳离子型水溶剂，中和剂为有机酸，如甲酸、乙酸、乳酸 等，以被涂工件作为阴极，采用电泳涂装的方式进行施工，从而获得致密的涂膜，该种类的 涂料称为阴极电泳涂料。最常用的阴极电泳涂料是环氧树脂型阴极电泳涂料，近几年开发 的有环氧丙烯酸、丙烯酸树脂型阴极电泳涂料，电泳涂料以水作溶剂，树脂多数呈弱碱性或 弱酸性，所以电泳涂料使用的颜料与溶剂性漆用的颜料有所不同，电泳涂料对颜料的要求 尚。
[0006] 颜料的物理性质如相对密度、酸碱性、极性都会影响阴极电泳涂料的性质，在电泳 涂料的制造过程中，如果颜料的物理性质差异较大，即使强烈搅拌，也只能暂时分散在色浆 中，长时间储存往往会出现沉淀、浮色等问题，所以电泳涂料用的颜料，必须在水介质中保 持着较高的化学稳定性。一般认为，部分水解及能分离出二价或多价金属离子的颜料均不 适于电泳涂料，它能使大分子树脂沉淀析出，水溶性电解质离解后压缩颜料表面存在的双 电层引起聚集，使颜料产生沉淀，而且电解质还将导致电泳时电解反应加剧，致使漆膜产生 大量的针孔，不但增加了电解消耗，还降低了电泳涂料的泳透力，同时，电解产生的新生态 氧还会加速漆液的老化。由于电泳涂料槽液的固体含量较低，其黏度接近于水的黏度，颜料 中的粗粒子容易导致槽液沉淀和涂膜水平面粗糙，颜料的粒度不同，电泳涂料在各平面上 的沉积也不相同，尤其是水平面的上下部差距相当明显，随着颜料粒度分散度的提高，湿漆 膜的电阻也会大大提高，从而提高电泳涂料的泳透力。阴极电泳涂料所用的树脂多数是多 胺型的，用酸中和才能溶解于水，所以阴极电沉积涂料不能使用碱性的颜料，或遇酸易分解 的颜料。
[0007] 现代化的汽车工业具有高度集中，生产连续化的特点，用于防腐功能的阴极电泳 涂料施工高度连续，电泳槽的容积可以达到六百多立方米，更新周期可以长达三年以上，如 果出现质量问题，经济损失非常严重，为此对于汽车阴极电泳涂料专用二氧化钛颜料的要 求近乎苛刻。国内二氧化钛颜料生产起步较晚，产品主要集中在通用型领域，对于汽车阴极 电泳涂料领域用颜料的研究较少，目前国内的汽车电泳涂料用二氧化钛颜料主要依赖进 口，国外大型的二氧化钛生产商都有专门针对汽车阴极电泳涂料的专用二氧化钛颜料牌 号，但是其生产工艺技术都是严格保密，目前关于汽车阴极电泳涂料专用二氧化钛颜料方 面的专利并没有相关的报道。
【发明内容】
[0008] 颜料颗粒分散在液相中时其表面带有电荷，颗粒表面所带电荷和颜料本身相关， 也受树脂溶液的影响，不同颜料颗粒在同一树脂中会带有不同的电荷，同一颜料在不同的 树脂中也会带有不同的电荷。阴极电泳涂料所用树脂为水溶性环氧树脂，二氧化钛颜料表 面电荷性质对于涂料分散稳定性至关重要。二氧化钛颜料表面处理通常使用的二氧化硅， 在水性体系中表面负电荷，不适合用于阴极电泳涂料领域，而本发明采用氧化铝处理后的 二氧化钛颜料，在阴极电泳涂料pH值范围内有很强的正电荷，既满足了阴极电泳涂料对粒 子表面电荷正负性的要求，也能够产生足够的静电排斥作用，有利于颜料粒子的分散稳定 性。
[0009] 颜料颗粒在液相中的分散稳定性，除了取决于颗粒之间的静电排斥作用外，也和 颜料颗粒表面吸附树脂和分散剂形成的空间位阻有关，本发明采用氧化铝包覆的二氧化钛 颜料，表面的氧化铝和涂料树脂有极强的亲合力，颜料粒子表面吸附树脂的多少，取决于表 面羟基的数量，而表面羟基的数量主要取决于铝包膜层的厚度和包覆工艺。
[0010] 阴极电泳涂料最基本的功能是防腐蚀性能，对氯离子、钠离子的含量控制非常严 格，同时二价的阴离子和阳离子都会影响电泳涂料的稳定性，所以电泳涂料生产对颜料的 离子含量控制非常严格，颜料水悬浮液的电阻率通常用来表征这一特点。一般通用级二氧 化钛颜料的电阻率在100欧米左右，电泳涂料用二氧化钛颜料的电阻率通常控制在200欧米 以上，甚至要求大于300欧米以上，这样高的电阻率，产品中的可溶性离子含量极低。为了满 足这一要求，单靠延长洗涤时间会严重影响生产效率，本发明人在长期的研究工作中，发现 包覆勃姆石型氧化铝的二氧化钛浆料很容易洗涤，但是成品颜料在阴极电泳漆中的分散稳 定性较差，容易产生沉降，而包覆无定形氧化铝的二氧化钛浆料因为包覆层疏松多孔且物 料胶体触变性很大，难于水洗，但是因为表面与树脂结合的羟基较多，成品颜料在阴极电泳 漆中的分散稳定性较好。为此，经过反复试验，探索出了先在二氧化钛颜料表面包覆勃姆石 型氧化铝为二氧化钛颜料提供基本的耐候性和二氧化钛原始颗粒之间的空间间隔，再包覆 一层少量的无定形氧化铝以改善二氧化钛颜料在阴极电泳漆中的分散稳定性。
[0011] 基于上述的原理和现有工艺的不足，本发明提供了一种汽车阴极电泳涂料专用二 氧化钛颜料的生产方法，通过精确的控制二氧化钛生产过程中的砂磨、分级工序操作、包膜 处理剂的加量和操作工艺，制备出适合汽车阴极电泳漆的二氧化钛颜料的方法，成功地解 决了二氧化钛颜料在阴极电泳涂料中的分散性、分散稳定性和对杂质离子的要求。
[0012] 为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
[0013] -种汽车阴极电泳涂料专用二氧化钛颜料的生产方法，包括下述步骤：
[0014] (1)制备包含二氧化钛初品的浆料:称取5~60kg去离子水，加入分散助剂，在搅拌 下加入5~60kg未包膜的金红石型二氧化钛初品，制成浓度为600~800gTi02/L的二氧化钛 浆料，再用砂磨机砂磨，使二氧化钛达到原级粒径；
[0015] (2)稀释、分级：用去离子水把砂磨合格的二氧化钛浆料浓度稀释到300~400g/L， 再用水力旋流器分级，把溢流的合格浆料送入到包膜槽内；
[0016] (3)加热:在包膜槽内，把浆料的温度升到50~70°C ;
[0017] (4)加入碱性含铝化合物：用稀硫酸调整衆料pH值为10.0~10.5，维持60~180分 钟，再加入碱性铝化合物的溶液到浆料中，生成勃姆石型氧化铝包膜层，最后调节浆料pH值 至5 · 0 ~8 · 0;
[0018] (5)加入酸性含铝化合物:用稀硫酸调整浆料pH值为6.0~7.5，维持60~180分钟， 再加入酸性铝化合物的溶液到浆料中，生成结无定形氧化铝包膜层，再用稀碱液调节浆料 pH值至6.5~7.5;
[0019] (6)熟化、过滤、水洗、干燥及煅烧、粉碎:经上述步骤包覆的二氧化钛浆料在50~ 70°C搅拌下熟化60~100分钟，经过滤、水洗，再将滤饼干燥，汽流粉碎，即得到汽车阴极电 泳涂料专用二氧化钛颜料