二氧化钛浆液的制作方法

专利名称：二氧化钛浆液的制作方法
技术领域：
本发明涉及制备二氧化钛浆液，特别是浓二氧化钛水悬浮液，以生产固体含量高的浆液。
生产二氧化钛颜料的已知方法通常产生二氧化钛水分散液。经常采用例如加压过滤或真空过滤从这些分散液中分离出二氧化钛，以提供一种滤并，然后再干燥。许多应用中，经常将这种干颜料再分散于水中。这种分离和再分散明显是费力费时的。直接生产具有高固体含量的二氧化钛浆液的分散液是有利的，这种浆液的粘度最好要低以便于处理。
本发明的目的之一是提供一种生产固体含量高的二氧化钛浆液的方法。
根据本发明，生产固体含量高的二氧化钛水浆液的方法包括，使二氧化钛颗粒在水中的悬浮液经受正交流动(cross-flow)过滤作用，继续此正交流动过滤过程直至悬浮液含以TiO2计＞50%(重)二氧化钛为止。
术语“正交流动过滤”这里用于描述的过滤方法是，使固体微粒悬浮液流动穿过膜表面，而此悬浮液受到使悬浮液的流体介质穿过可透过该介质的膜但悬浮固体不能穿过膜的压力。悬浮液流动穿过膜表面最大限度地减少了固体在该膜表面的过量积累。膜表面的机械振动也可用于强化这种流过介质的作用。
在本发明的方法中，过滤进行到悬浮液的二氧化钛固体含量大于50wt(重)%为止。特别有用的浆液含60-80wt%二氧化钛固体，最有用的浆液含70-80wt%。
本发明方法的主要优点是生产的浆液尽管固体含量高但粘度较低。一种极有用的产品含固体60-80wt%二氧化钛，在20℃时粘度小于1.0Pa·s，20℃优选小于0.4Pa·s。本发明方法已经制备出含70-80wt%二氧化钛，在20℃粘度小于0.3Pa·s的产品。最优选的产品含70-80wt%二氧化钛，在20℃的粘度为0.05Pa·s-0.2Pa·s。
本发明方法特别有用于制备颜料用二氧化钛的浆液，它通常是晶形锐钛矿或金红石，平均主颗粒大小为0.1-0.4μm。颜料金红石二氧化钛优选具有平均主颗粒大小为0.2-0.3μm，颜料锐钛矿二氧化钛的平均主颗粒大小为0.1-0.35μm。
本发明方法也有用于制备不作颜料的二氧化钛浆液，如用作UV光衰减器并常称为“超细二氧化钛”的二氧化钛形式。“超细”二氧化钛当颗粒基本上为球形时优选具有平均主颗粒大小为0.01-0.15μm，更优选的基本球形颗粒的平均主颗粒大小为0.01-0.06μm。对于针状颗粒，主颗粒的平均最大尺寸优选小于0.15μm，更优选为0.02-0.1μm。
用作为由本发明方法浓缩的物料的悬浮液的固体含量常常小于35wt%二氧化钛，按颜料二氧化钛生产中产生的典型悬浮液的固体含量为20-35wt%。
在制备二氧化钛颜料的“硫酸盐”方法中，含水二氧化钛由从硫酸钛溶液中沉淀出来，并通常受到煅烧处理，以达到合适的颜料结晶尺寸。从煅烧炉中排出的物料通常经过研磨过程，以产生所需的颗粒大小分布。在替换的“氯化物”方法中，四氯化钛与氧反应生成二氧化钛。该二氧化钛通常也经研磨，以调节颗粒大小分布。在“硫酸盐”和“氯化物”方法中所用的磨机包括球磨机或冲击式磨机。
二氧化钛颜料工业中所常用的一种磨机已知为砂磨机，其中煅烧炉出料或反应器出料的水悬浮液在研磨介质如砂存在下被快速搅拌。从砂磨机的产品或“溢流”包括分散良好的二氧化钛悬浮液，它用于本发明是理想的。这种好的分散液在加工中保留形成高固体含量分散良好的颜料二氧化钛浆液。
然而，颜料二氧化钛的研磨处理不是本发明的基本特点，满意的高固体含量浆液可由“硫酸盐”或“氯化物”过程工厂直接得到的二氧化钛不经研磨处理就可生产出来。
本发明方法中所用二氧化钛可以是如上所述从制备过程中直接得到的未涂覆二氧化钛，但也可以是在颜料工业中常用的，用涂布技术，例如将无机氧化物涂布到颗粒表面那样处理过的二氧化钛。典型的无机氧化物涂料包括氧化硅、氧化铝、氧化锆和氧化钛。
本发明的方法可用仅含水和二氧化钛的悬浮液操作，但普通实践是向悬浮液中加分散剂向砂磨机供料，以帮助研磨，在研磨过程中所用分散剂的存在据信是对本发明方法有利的。然而，当向悬浮液中加入帮助研磨的分散剂时，为进行本发明方法不用再加任何其它分散剂。分散剂可以是一种无机化合物，如磷酸盐或硅酸盐，或一种有机化合物，如链烷醇胺。合适的分散剂的具体例子有六偏磷酸钠、硅酸钠和异丙醇胺。
帮助分散的分散剂的量某种程度上取决于所选的分散剂，但通常用量为相对于悬浮液中二氧化钛重量的0.05-0.4%。
本发明的方法可在常温下进行，但优选在如30℃-80℃下进行。更优选在40℃-70℃下操作。
本发明的实际操作模式在某种程度上取决于一些因素，如电导性、悬浮液起始和终了的固体含量的及所用膜的表面积。然而，通常必须将悬浮液经过膜循环多次，使从合适大小的过滤设备中出来的悬浮液中固体含量有所增加。对于间歇操作，典型地将悬浮液从贮存池经膜再循环，再返回到贮存池，直至达到所需浓度。本发明方法也可以连续方式操作，这时使用许多个含膜的单元。起始悬浮液经过第一单元的膜表面，然后循环多次。一部分浆液加到第二单元中，再经第二膜系统循环并进一步浓缩。任意多个单元可以此方式相连接，以提供一种以连续方式得到固体含量高的浆液的有效手段。
水溶性离子，如硫酸盐或氯化物离子常常在二氧化钛颜料装置中制得的二氧化钛悬浮液中存在。通常，这些离子容易经过滤膜扩散，它们在固体含量高的浆液中的浓度比起始悬浮液中的低。然而，在本发明方法中向悬浮液中引入去矿化水对促进离子浓度的降低是有益的。可以连续方式引入去矿化水，加水速率小于等于过程中除去滤液的速率，或者也可以间歇方式操作，这时悬浮液由正交流动过滤浓缩，用去矿化水稀释，以及再浓缩，这样进行一次或多次。方便地，去矿化水在浓缩过程中是以半连续方式按一系列增量加入的。可在浓缩过程的任何阶段进行离子浓度的降低，进行该过程的阶段取决于起始悬浮液的性质。一个特别有用的操作方式涉及使浆液浓缩到含50-60wt%二氧化钛，然后连续或半连续地加入去矿化水使离子浓度降低，而同时保持浆液的浓度在50-60wt%的范围。当离子浓度降至足够低时，再将浆液浓缩至最后选定的浓度。
水溶性离子类的去除有助于生产具有所需低粘度的成品浆液。通常，使离子浓度降低到足以使浓浆液的电导率为小于3mScm-1，优选使浓浆液的电导率降为小于2mScm-1。
本发明方法中所用膜可以是适于在正交流动过滤中应用的任何膜。构成膜的材料包括多孔聚合物、多孔金属和多孔陶瓷材料。一种特别有用的膜包括一种金属网复合膜，其中金属网用作为多孔陶瓷材料，如氧化锆的支承物。金属网复合膜有用的应用是作为一种平板形，尽管膜可取任何方便的形式，如圆管，悬浮液经圆管或绕圆管流动之。螺旋形缠绕在圆管内的金属网复合膜发现特别有用。
本发明方法中所用膜的孔大小的选择是根据悬浮液中平均颗粒大小，并考虑到使悬浮介质的除去速率达到最大，而不致引起固体有重大损失或膜孔的堵塞。当该方法以颜料二氧化钛浆液操作时，0.01-0.20μm的名义孔大小是合适的。优选0.05-0.15μm名义孔大小。
本发明方法通常以加在悬浮液上超过大气压的压力操作。用于测量该压力的有用参数是已知为横跨膜压。该横跨膜压由下式计算Pt＝1/2(P1+P0)-Pp其中Pt是横跨膜压P1是将浆液引入膜的压力(入口压)P0是浆液离开膜的压力(出口压)Pp是从过滤单元除去渗透液时的压力。
渗透液经常是在大气压下除去的，因此Pt是取P1和P0的平均值计算出来的，其中P1和P0表达为表压。
一般，横跨膜压在0.1MPa-1.0MPa之间是合适的，优选0.2MPa-0.4MPa。
使悬浮液以足够高的流速流过膜表面以防止大量固体在表面积累是重要的，所用的流速取决于所用过滤系统的结构。典型使用的正交流速大于0.5m/sec，优选大于1m/sec。在以平板形金属网复合膜的实验室规模设备中，发现2m/sec的正交流速特别有用。已经发现对于大规模设备，10m/sec以上的较大正交流速是适用的。
本方法提供了增加二氧化钛悬浮液的固体含量的有效方法。在该实验室中，已将10升批量的颜料二氧化钛悬浮液的固体含量从25wt%浓缩到75wt%，并洗涤降低其可溶离子，时间约6小时。所生产的浆液粘度低，只有缓慢沉降。本发明常常有可能生产出比用已知方法，如干二氧化钛分散法生产出固体含量高的浆液，并且本发明的浆液具有出乎意料的贮存稳定性。在膜表面上泵送该浆液的作用也可减小二氧化钛的颗粒尺寸，用本发明方法生产的浆液通常得到的颗粒度分布比用传统过滤法得到的浆液的窄。颜料二氧化钛的浆液便于装运，并能直接用于制备例如水性涂布组合物，如乳胶漆、纸或纸涂料，或被用作为涉及对二氧化钛进一步处理的过程的物料。
本发明由下列实例说明之。
实例1起始悬浮液由“氯化物”法生产的未涂覆的二氧化钛组成，并在以二氧化钛为基准，0.14wt%的六偏磷酸钠的存在下，已经过砂磨。开始二氧化钛的浓度是20.6wt%(245g/l)，pH为9.5，及电导率为3mScm-1。该材料(14.41总量)然后用实验室规模正交流动过滤器设备(Ceramesh CMLOS)，但不用任何“洗涤”步骤浓缩。该装置使用4个平板形膜，名义孔径0.1μm，覆盖总面积0.04m2，它们在正交流动过滤组件中串联相连。开始，使用0.35MPa的横跨膜压(TMP)和2.5m/s的正交流速(CFV)。这两个数值均随浆液变浓而下降，当TiO2的重量含量达70%时，TMP为0.32MPa，CFV达1.8m/s。在总操作时间400分钟以后，浆液进一步浓缩为含75%以上的固体，这时，压力降为TMP值0.23MPa，CFV降为1.4m/s。最后产品含78.3wt%固体(1950g/l)，pH为9.4，电导率为1.9mScm-1，粘度为0.31Pa·s。在起始悬浮液中二氧化钛的平均粒度为0.276μm(几何标准偏差1.41)，在整个浓缩过程中此粒度保持不变。该最后产品的沉降在两周以后仍可忽略不计，这种未涂覆材料可用于加到二氧化钛体积浓度低的无光油漆中，产生可与含已涂覆的干颜料的相似油漆相当的蔽光性。
为了比较，相似的悬浮液在pH7时用硫酸铝絮凝，再用Buchner漏斗过滤几天。得到的滤饼用最小量的以Dispex GA 40销售的聚丙烯酸酯分散剂，再分散于固体含量高的滤饼中。浓度为含78wt%固体的浆液的粘度为1.5Pas。
实例2起始悬浮液由“氯化物”法生产的未涂覆的二氧化钛组成，并在以二氧化钛为基准，0.13wt%的六偏磷酸钠的存在下受到砂磨。二氧化钛中含有较高浓度的水溶性离子，起始悬浮液含33.7wt%固体(455g/l)，pH为8.6，电导率为4.1mScm-1。该材料约11升在CML 05设备中分两批，用与除去渗透液近似相同的速度加入去矿化水洗涤(洗涤水总量11.7升)，直至悬浮液的电导率为1.4mScm-1为止。4块平板形膜在正交流动过滤组件中串联相连，膜的名义孔径0.1μm，覆盖总面积0.04m2。用热水浴加热使悬浮液保持在60℃。起始条件是横跨膜压TMP为0.36MPa，正交流速CFV 2.3m/s。在设备中浓缩浆液，TMP和CFV以与实例1相似的方式下降，直至固体浓度为约75wt%时TMP为0.32MPa，CFV为2.0m/s为止。该压力然后降至TMP 0.26MPa，此值是为保持浓缩过程所用的。在总操作时间400分钟以后，最后产品含79.2wt%固体(2010g/l)，pH为8.6，电导率1.2mScm-1，粘度为0.12Pas。在正交流动过滤物料中二氧化钛的平均粒度为0.322μm(几何标准偏差为1.48)，在浓缩期间，此值略为降至0.305μm(几何标准偏差为1.45)。该最后材料的沉降在两周后仍可忽略不计，它可加到二氧化钛体积浓度低的无光油漆中，产生可与含已涂覆的干颜料的相似油漆相当的蔽光性。
实例3从“硫酸盐”法二氧化钛装置生产的煅烧炉出料，用一异丙醇胺(以二氧化钛为基准，0.3wt%)分散剂进行实验室砂磨，砂磨溢流中含31.4wt%固体(415g/l)，pH9.9，电导率1.8mScm-1。加去矿化水，以与除去渗透液相同的速率(总量41洗涤水)，在CML 05设备中洗涤此材料9.41，以降低其中的盐份，达到电导率1.0mScm-1。4块平板形膜在正交流动过滤组件中串联相连，膜的名义孔径0.08μm，覆盖总面积0.04m2，浆液加热到60℃，开始时使用TMP 0.35MPa，CFV 2.3m/s，然后在设备中浓缩浆液。TMP和CFV继续按实例1的相似方式下降。在390分钟后，TMP为0.26MPa，停止试验。最后产品含73.9wt%固体(1700g/l)，pH8.8，电导率0.9mScm-1，粘度0.08Pas。在正交流动过滤物料中二氧化钛的平均粒度为0.273μm(几何标准偏差1.34)，该值在操作中维持不变。该最后材料的沉降在两周以后仍可忽略不计，它可加到二氧化钛体积浓度低的无光油漆中，产生可与含已涂覆的干颜料的相似油漆相当的蔽光性。
实例4起始悬浮液由“氯化物”法生产的未涂覆的二氧化钛组成，并在以二氧化钛为基准，0.13wt%的六偏磷酸钠的存在下受到砂磨。起始二氧化钛的浓度为30.3wt%固体(395g/l)，pH为9.6，电导率为3mScm-1。该材料(总量14升)开始在CML 05设备中浓缩。该装置使用的4块平板形膜在正交流动过滤组件中串联相连，膜的名义孔径0.1μm，覆盖总面积0.04m2。用热水浴加热使悬浮液保持在60℃。起始条件是使用横跨膜压TMP 0.36MPa，正交流速CFV 2.3m/s。当浆液已达含60wt%(1100g/l)固体时，加去矿化水在CML 05装置中洗涤此材料，加水速度与除去渗透液的速度近似相同，(洗涤水总量4升)。在设备中进一步浓缩浆液，TMP和CFV以与实例1相似的方式下降，直至固体浓度为约72wt%时TMP为0.31MPa为止。该压力然后降至TMP 0.26MPa，此值是为保持浓缩过程所用的。在总操作时间440分钟以后，最后产品含77.6wt%固体(1910g/l)，pH为9.3，电导率1.1mScm-1，粘度为0.13Pa·s。在正交流动过滤物料中二氧化钛的平均粒度为0.302μm(几何标准偏差为1.32)，在整个浓缩过程中此值实际保持不变(最后浆液的平均粒度为0.295μm，几何标准偏差1.31)。该最后材料的沉降在两周后仍可忽略不计，该未涂覆材料可加到二氧化钛体积浓度低的无光油漆中，产生可与含已涂覆的干颜料的相似油漆相当的蔽光性。
实例5从“硫酸盐”二氧化钛装置生产的煅烧炉出料，用一异丙醇胺(以二氧化钛为基础，0.3wt%)分散剂进行工厂砂磨，产生砂磨溢流中含22.4wt%固体(270g/l)，pH9.9，电导率1.8mScm-1。该浆液加热至60℃，开始时，在CML 05装置中使用横跨膜压(TMP)0.36MPa，正交流速(CFV)2.3m/s。4块平板形膜在正交流动过滤组件中串联相连，膜的名义孔径0.1μm，覆盖总面积0.04m2。大约13升该材料开始在CML 05装置中浓缩到含60wt%的固体(1100g/l)，然后加去矿化水洗涤，以与除去渗透液近似相同的速度洗涤，(这里用1.5升洗涤水)，使其中盐份减少，使电导率达到1.1mScm-1。在240分钟操作后完成洗涤，然后使材料浓缩到固体含量为75%(在350分钟后)，压力必然下降到0.26MPa。在400分钟后，TMP为0.26MPa，操作停止。最后产品含77.5wt%固体(1905g/l)，pH为9.8，电导率0.9mScm-1，粘度0.2Pas。在该正交流动过滤物料中二氧化钛的平均粒度为0.303μm(几何标准偏差为1.48)，处理过程中此值保持不变。该最后材料的沉降在两周后仍可忽略不计，它可加到二氧化钛体积浓度低的无光油漆中，产生可与含已涂覆的干颜料的相似油漆相当的蔽光性。
实例6从“硫酸盐”二氧化钛装置生产的煅烧炉出料，用一异丙醇胺(以二氧化钛为基础，0.3wt%)分散剂进行工厂砂磨，产生砂磨溢流中含22.4wt%固体(270g/l)，pH9.9，电导率2.0mScm-1。用水浴使该浆液加热到60℃。在CML 05装置中使约12.5升该材料浓缩，不用任何洗涤步骤，至固体含量增加。名义孔径0.1μm，覆盖总面积0.04m2的4个平板形膜，在该正交过滤组件中以串联相连。开始时，使用横跨膜压(TMP)为0.35MPa，正交流速(CFV)为2.3m/s。TMP和CFV两者以与实例1中相似方式下降，当固体含量达75%时，需要使压力下降。在320分钟后，TMP为0.26MPa时操作停止。最后产品含77.2wt%固体(1890g/l)，pH为9.2，电导率1.3mScm-1，粘度0.43Pas。在该正交流动过滤物料中二氧化钛的平均粒度为0.303μm。(几何标准偏差为1.48)，处理过程中此值保持不变。该最后材料的沉降在两周后仍可忽略不计，它可加到二氧化钛体积浓度低的无光油漆中，产生可与含已涂覆的干颜料的相似油漆相当的蔽光性。
实例7从“硫酸盐”二氧化钛装置生产的煅烧炉出料，用一异丙醇胺(以二氧化钛为基础，0.3wt%)分散剂进行工厂砂磨，产生砂磨溢流中含21.7wt%固体(260g/l)，pH9.5，电导率1.4mScm-1。该浆液温度为47℃，被直接送入中间工厂规模的正交过滤装置(由NWW Acumem设计，可用膜面积比实验室CML 05装置的大42倍)中。螺旋形缠绕膜的名义孔径0.1μm，覆盖总面积1.68m2，在该正交过滤组件中以两个平行圆筒管相互连接。开始时，中间规模装置所用模跨膜压(TMP)为0.28MPa，正交流速(CFV)为15m/s。大约350升砂磨溢流在该装置中浓缩到含28.5wt%的固体(360g/l)，然后加干净热水(在约60℃)洗涤，加水速度与除去渗透液的近似相同(洗涤水总量160升)，使其中盐份减少，使电导率达到1.0mScm-1。在160分钟操作后完成洗涤，然后使材料浓缩到高固体含量。随着浆液浓度增加，压力必然持续下降，直至TMP达到其最低值，在含约60%固体时为0.2MPa。在进一步浓缩后，正交流速必然降低，在365分钟后当操作停止时，该值下降至约5m/s。最后产品含79.2wt%固体(2010g/l)，pH为9.5，电导率1.0mScm-1，粘度0.23Pas。在该正交流动过滤物料中二氧化钛的平均粒度为0.279μm(几何标准偏差为1.34)，处理过程中此值保持不变。该最后材料的沉降在两周后仍可为最小，该产品在静止不搅拌下约三周仍保持稳定。然而，三周后可发现较大沉降。原产品可加到二氧化钛体积浓度低的无光油漆中，产生可与含已涂覆的干颜料的相似油漆相当的蔽光性。
实例8从“硫酸盐”二氧化钛装置生产的煅烧炉出料，用一异丙醇胺(以二氧化钛为基础，0.3wt%)分散剂进行工厂砂磨，产生砂磨溢流中含21.8wt%固体(260g/l)，pH9.4，电导率1.4mScm-1。该浆液温度为50℃，被直接送入中间工厂规模的正交过滤装置(由NWW Acumem设计，可用膜面积比实验室CML 05装置的大42倍)中。螺旋形缠绕膜的名义孔径0.1μm，覆盖总面积1.68m2，在该正交过滤组件中以两个平行圆筒管相互连接。开始时，中间规模装置所用模跨膜压(TMP)为0.24MPa，正交流速(CFV)为15m/s。165分钟后，大约350升砂磨溢流在该装置中浓缩到含62wt%的固体(1180g/l)，同时压力恒定下降，在此浓度下TMP降为0.18MPa。然后加干净热水(在约60℃)洗涤，加水速度与除去渗透液的近似相同(洗涤水总量70升)，使其中盐份减少，使电导率达到1.0mScm-1。在240分钟总的操作时间后完成洗涤，然后此材料浓缩到高固体含量。在进一步浓缩后，正交流速必然降低，在310分钟后当操作停止时，该值下降至约5m/s。最后产品含79.6wt%固体(2035g/l)，pH为9.2，电导率1.0mScm-1，粘度0.2Pas。在该正交流动过滤物料中二氧化钛的平均粒度为0.279μm(几何标准偏差为1.34)，在处理过程中此值保持不变。最后产品的平均粒度为0.281μm(几何标准偏差1.32)该最后材料的沉降在两周后仍可忽略不计，该产品在静止不搅拌下5～6周仍保持稳定。然而才开始出现絮凝迹象。它可加到二氧化钛体积浓度低的无光油漆中，产生可与含已涂覆的干颜料的相似油漆相当的蔽光性。
实例9从“硫酸盐”二氧化钛装置生产的煅烧炉出料，用一异丙醇胺(以二氧化钛为基础，0.3wt%)分散剂进行工厂砂磨，产生砂磨溢流中含22.0wt%固体(265g/l)，pH10.1，电导率1.2mScm-1。该二氧化钛浆液所含水溶性离子浓度较低。该浆液温度为46℃，被直接送入中间工厂规模的正交过滤装置(由NWW Acumem设计，可用膜面积比实验室CML 05装置的大42倍)中。螺旋形缠绕膜的名义孔径0.1μm，覆盖总面积1.68m2，在该正交过滤组件中以两个平行圆筒管相互连接。开始时，中间规模装置所用模跨膜压(TMP)为0.24MPa，正交流速(CFV)为15m/s。165分钟后，大约350升砂磨溢流在该装置中浓缩到含60wt%的固体(1100g/l)同时压力恒定下降，在此浓度下TMP降为0.18MPa。然后加干净热水(在约60℃)洗涤，加水速度与除去渗透液的近似相同(洗涤水总量40升)，使其中盐份减少，使电导率达到1.0mScm-1。在210分钟操作后完成洗涤，然后材料浓缩到高固体含量。在进一步浓缩后，正交流速必然降低，在280分钟后当操作停止时该值下降至约8m/s。最后产品含79.1wt%固体(2005g/l)，pH为10，电导率1.0mScm-1，粘度0.12Pas。在该正交流动过滤物料中二氧化钛的平均粒度为0.272μm(几何标准偏差为1.35)，处理过程中此值实际保持不变，最后产品的平均粒度为0.263μm(几何标准偏差1.36)。该最后材料的沉降在两周后仍可忽略不计，它可加到二氧化钛体积浓度低的无光油漆中，产生可与含已涂覆的干颜料的相似油漆相当的蔽光性。
实例10从“硫酸盐”二氧化钛装置生产的煅烧炉出料，用一异丙醇胺(以二氧化钛为基础，0.3wt%)分散剂进行工厂砂磨，产生砂磨溢流中含21.8wt%固体(260g/l)，pH10，电导率1.2mScm-1。该二氧化钛浆液所含水溶性离子浓度较低。该浆液温度为45℃，被直接送入中间工厂规模的正交过滤装置(由NWW Acumem设计，可用膜面积比实验室CML 05装置的大42倍)中。螺旋形缠绕膜的名义孔径0.1μm，覆盖总面积1.68m2，在该正交过滤组件中以两个平行圆筒管相互连接。该装置以半间歇操作连续运行，即进行5次全循环，每个循环用800-1100升物料。每个循环采用实例9的条件，只是对物料的量和其后的操作时间做适当的估算。开始时，中间规模装置所用模跨膜压(TMP)为0.24MPa，正交流速(CFV)为15m/s。所需量的砂磨溢流在该装置中浓缩到含60wt%和固体(1100g/l)同时压力恒定下降，在此浓度下TMP降为0.18MPa。然后加干净热水(在约60℃)洗涤，加水速度与除去渗透液的近似相同，使其中盐份减少，使电导率达到1.0mScm-1。洗涤完成后，材料浓缩到高固体含量。在进一步浓缩后，正交流速必然降低，当产品桶排空而装置仍然运行时，该值下降至约9m/s。约40升高浓浆液仍留在该装置的死体积中，加40升热水(约60℃)直接稀释之，再给桶补充原砂磨溢流物料，使下一循环能够进行，此过程连续进行五个循环，在60小时总运行时间后运行停止时，产生470升浓浆液产品。最后的混合产品含约77.6wt%固体(1910g/l)，pH为10，电导率1.0mScm-1，粘度0.10Pas。在该正交流动过滤物料中二氧化钛的平均粒度为0.270μm(几何标准偏差为1.34)，此值实际与原物料保持不变。该最后材料的沉降在两周后仍可忽略不计，它可加到二氧化钛体积浓度低的无光油漆中，产生可与含已涂覆的干颜料的相似油漆相当的蔽光性。
将此实验中所用材料贮存于容器中，并间歇绕容器循环一小时，每周两次。对这批浆液的性质进行监测，发现粘度和粒度两者有效保持8周不变(在0.10-0.12Pas和0.27-0.28μm)。9周后，粒度迅速增加到0.33μm，粘度也增加到约0.25Pas，下三周后又增到0.4Pas。这是高浓浆液稳定性的指示，但据信，若该材料保持不断搅拌而不是间歇搅拌，其稳定性周期还会增加。
实例11使用从上述实例中得到的未涂覆颜料浆液及对照填充颜料(硫酸盐或氯化物为基础，取决于制备样品颜料浆液所用的物料)制备无光油漆，在两种油漆中，二氧化钛的重量含量相等。一种含78%固体的浆液的典型油漆实例如下
重量份对照A 试验A 对照B 试验B水 20.81 18.35 18.21 13.53增稠剂(4%Tylose 4000K) 10.75 10.75 10.75 10.75氨(0.88) 0.11 0.11 0.11 0.11多元羧酸的钠盐(Dispex GA40) 0.67 0.67 0.67 0.67组合溶剂(Texanol) 1.00 1.00 1.00 1.00生物杀伤剂(Acticide BX) 0.11 0.11 0.11 0.11增充剂(Snowcal 6ML) 34.41 34.41 34.41 34.41增充剂(ITI Talc 20μm) 8.60 8.60 8.60 8.60二氧化钛(Tioxide TR 92) 8.71 - 16.59 -未涂覆颜料浆液产品 - 11.17 - 21.27乙酸乙烯酯/Veova10乳液(Vinamul 6975) 14.83 14.83 14.83粒子的体积浓度 70.1% 70.0% 70.1% 69.9%TiO2颜料体积浓度 8.4% 8.0% 16.0% 15.3%增充剂体积浓度 61.7% 62.0% 54.1% 54.6%固体体积% 39.4% 39.3% 41.0% 40.8%试验结果氯化物法颜料 对照A 试验A 对照B 试验B(例4) (例4)对照比例(在20m2/l) 91.5 91.3 94.9 95.1着色评估(1-10以1最小) 5 5 5 5硫酸盐法颜料 对照A 试验A 对照B 试验B(例7) (例7)对照比例(在20m2/l) 91.7 91.6 95.1 95.3着色评估(1-10,以1最小) 5 5 5 5在所有实例中，未涂覆颜料浆液的蔽光性与有关的最后包装的颜料的相等。
权利要求
1.一种制备二氧化钛固体含量高的水浆液的方法，其特征在于二氧化钛颗粒在水中的悬浮液经受正交流动过滤作用，继续正交流动过滤过程，直至该悬浮液含有以TiO2计50wt%以上二氧化钛为止。
2.权利要求1的方法，其特征在于该正交流动过滤过程继续直至悬浮液含有以TiO2计60-80wt%二氧化钛为止。
3.权利要求1或2的方法，其特征在于用作该过程物料的二氧化钛悬浮液含有以TiO2计35wt%以下的二氧化钛。
4.权利要求1-3之任一方法，其特征在于该二氧化钛是平均主粒度为0.1-0.4μm的颜料二氧化钛。
5.权利要求1-3之任一方法，其特征在于该二氧化钛颗粒基本为球形，平均主粒度为0.01-0.15μm。
6.权利要求1-3之任一方法，其特征在于该二氧化钛颗粒基本为针形，主颗粒的最大平均尺寸小于0.15μm。
7.前述任一权利要求所述的方法，其特征在于该二氧化钛颗粒是表面涂覆无机氧化物的。
8.前述任一权利要求所述的方法，其特征在于该过程物料的二氧化钛悬浮液含有一种分散剂。
9.权利要求8的方法，其特征在于该分散剂的存在量相对于悬浮液中二氧化钛的重量为0.05-0.4wt%。
10.前述任一权利要求所述的方法，其特征在于该正交流动过滤是在30℃-80℃温度下进行的。
11.前述任一权利要求所述的方法，其特征在于该正交流动过滤是在0.1MPa-1.0MPa的横跨膜压下进行的。
12.前述任一权利要求所述的方法，其特征在于该正交流动过滤是在正交流速大于0.5m/s下进行的。
13.前述任一权利要求所述的方法，其特征在于使用的膜由多孔聚合物材料、多孔金属材料或多孔陶瓷材料构成。
14.权利要求13的方法，其特征在于该膜是螺旋形缠绕在一圆筒形管内的。
15.权利要求13的方法，其特征在于该膜的名义孔径为0.01-0.20μm。
16.权利要求13的方法，其特征在于将去矿化水在正交流动过滤过程中引入悬浮液，固而降低存在于水中的离子浓度。
17.权利要求16的方法，其特征在于当悬浮液的浓度为含50-60wt%二氧化钛时引入去矿化水。
18.前述任一权利要求所述的方法，其特征在于正交流动过滤继续到浆液的电导率小于3mScm-1。
19.一种包含二氧化钛和水的浆液，其特征在于该浆液含60-80wt%二氧化钛，且20℃的粘度小于0.4Pa·s。
20.权利要求19的浆液，其特征在于该浆液含70-80wt%二氧化钛，且20℃的粘度为0.05Pa·s-0.3Pa·s。
全文摘要
本发明涉及制备具有高固体含量的二氧化钛浆液的新方法，包括使二氧化钛水浆液经正交流动过滤生产按重量计含至少50％，优选60－80％二氧化钛的浆液。该浆液过滤中可经洗涤以降低可溶性离子的浓度。该法可生产粘度很低的二氧化钛浓浆液。
文档编号B01D61/14GK1108280SQ9411982
公开日1995年9月13日 申请日期1994年12月6日 优先权日1993年12月7日
发明者M·J·特伦德尔, K·德鲁里, S·R·施普卢斯, M·R·B·戴维斯, K·罗布森 申请人:泰奥塞集团服务有限公司