专利名称：：一种复合钛白粉及其制备方法
技术领域：
：本发明涉及一种复合钛白粉及其制备方法，属于化工领域。
背景技术：
：钛白粉作为一种白色颜料，由于其优越的密度、介电常数和折射率，使其具备高遮盖力、高消色力、高光洁度、高白度和强的耐候性，同时还具有化学惰性、无毒、对人体无害等性能，因而成为迄今为止性能最好的白色颜料，广泛应用于建筑涂料、塑料、造纸、油墨、化纤、电焊、搪瓷、日用化工等20多个领域。但是，由于钛白粉的生产成本较其它白色颜料高，成本差额幅度大，以及近年来钛矿资源的日益紧缺，使得钛白粉的广泛应用受到限制。因此，如何降低钛白粉生产成本成为本领域目前研究的重要课题。钛白粉粒子的颜料性能主要通过光学性能体现，光学性能主要取决于Ti02粒子的表面性质，因此，Ti02粒子内核对光学性能几乎没有贡献。如果能使用一种廉价易得的白色材料取代Ti02粒子内核，则钛白粉成本将大大降低。复合钛白正是通过采用廉价的矿物作为内核，在其表面包覆一层Ti02粒子而制得。目前各国都在研究和探索复合钛白(或称钛白粉的代用品)，以降低其成本。如申请号为02135086.8，发明名称为"纳米CaC03/Ti02复合粒子及其制备方法"的专利申请，公开了采用Ti(0H)4胶体溶液沉积在纳米CaC03颗粒上制备纳米CaC03/Ti02复合粒子的方法，但该方法由于需要预先制备出Ti(0H)4胶体，使得工艺复杂，而且成本较高，同时沉积的Ti02十分有限，使得复合粒子颜料性能较差。又如申请号为200510080497.3，发明名称为"白色矿物粉体-Ti02复合白色颜料及其制备方法"的专利申请，公开了使用白色矿物粉体，如碳酸钙、高岭土、煅烧高岭土和重晶石等为包核基体，晶体Ti02为包膜物，在湿法超细研磨体系中，通过粒-粒包覆改性方式，实现Ti02在包核基体表面的反应包覆和改性修饰，由此制备具有颜料二氧化钛性质的白色矿物粉体-Ti02复合白色颜料的方法。但该方法由于存在结合力不强、粒-粒包覆是在二次团聚粒子上进行等质量问题，只能在部分行业的中低档次产品中得到适度应用，且成本较高再如日本日铁矿业株式会社的申请号为01813600.l的专利申请，公开了采用碳酸化方法，制备了一种能呈现二氧化钛固有特性如高度不透明性的二氧化钛-碳酸钙复合粒子的方法，该方法是在碳酸化步骤添加具有平均粒径O.10.5ym的二氧化钛粒子，典型的是在搅拌下，在氢氧化钙浆料中导入二氧化碳气体和空气的混合物，进行碳酸化反应，并继续导入气体混合物使反应进行到浆料的pH为7。最终获得涉及含有组合其中的上述复合粒子的复合组合物，可应用于造纸用的涂料和颜料，以及复合材料例如纸、塑料成型材料和橡胶成型材料等。该方法利用现有碳酸钙生产工艺流程，增加部分工序后即可实现工业化生产，只要复合颜料符合使用性能要求，应用前景十分看好，但该方法制备的复合钛白粉的碳酸钙与二氧化钛的结合不够牢固，遮盖力不够强，且耐候性不高。因此，本领域目前迫切需求一种遮盖力好、耐候性高且成本低的复合钛白粉。
发明内容本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种遮盖力好、耐候性高且成本低的复合钛白粉。本发明复合钛白粉，它是以硅酸钠作为粘结剂和包膜剂，在轻质碳酸钙基体表面镶嵌Ti02颗粒得到。进一步的，上述的轻质碳酸钙、Ti02、硅酸钠的重量配比为3094:560:110。进一步的，上述轻质碳酸钙、Ti02、硅酸钠的重量配比优选为5070:3040:37进一步的，为了使复合钛白粉的性能更好，上述的轻质碳酸钙、Ti02、硅酸钠的重量配比最优选60:35:5。本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种上述复合钛白粉的制备方法。本发明复合钛白粉的制备方法，包括如下步骤a、Ca(0H)2浆液的制备用生石灰加水所得浆料过200325目筛，得Ca(0H)2浆液，备用；b、钛白浆液的制备将Ti02加水打浆后加入分散剂并细磨，所得浆液过200325目筛得到钛白浆液，备用；其中，所述的分散剂为六偏磷酸钠、硅酸钠中至少一种；c、浆液混合向a步骤所得的Ca(0H)2浆液中通入C02气体，使Ca(0H)2逐渐反应生成CaC03，同时不断测定浆液的pH值，当pH值为810时，继续通入C02气体并加入b步骤所得的钛白浆液，搅拌混匀后加入硅酸钠溶液，继续搅拌至Ca(0H)2全部反应完成；d、将c步骤反应完成后的混合浆液过滤，滤饼水洗，干燥，粉碎，即得。其中，上述a、b步骤过200325目筛的目的主要是为了除去45ym以上的颗粒，b步骤过200325目筛后得到的Ti02颗粒的平均粒径约为0.20.7ym。其中，为了使a步骤的生石灰完全反应生成Ca(0H)2，a步骤制得Ca(OH)2浆液后还陈化1024h。进一步的，为了更好的控制晶型和粒度，使生成的CaC03颗粒呈现球状，且粒度更细，上述复合钛白粉的制备方法的c步骤中Ca(0H)2浆液中通入C02气体前先加入硫酸溶液。加入少量硫酸后，Ca(0H)2与硫酸先生成大量的CaS04微晶核，提供了均相成核的有利条件，使得稍后生成的CaC03颗粒更细，同时由于CaS04的晶核结构的诱导作用，使得CaC03颗粒更多地呈现球状。进一步的，上述的硫酸溶液的浓度为10%30%w/w，浓度过大容易导致CaS04晶核粗大，甚至局部出现CaS04沉淀，过小将降低效率，同时还使溶液中的水含量大量增加，其中，加入的H2S04与Ca(0H)2的重量比为0.52:100。其中，c步骤加入钛白浆液时，若pH值太高时，此时CaC03颗粒刚开始液相成核，Ti02颗粒镶嵌进去后，会很快地被后续的CaC03液相成核层包裹，造成Ti02的浪费，使得Ti02不能发挥作用，若PH值太低时加入钛白浆液，此时生成CaC03颗粒的沉淀反应已将近结束，使得Ti02难以镶嵌在CaC03颗粒上，故c步骤的钛白浆液选择在pH值为810时加入。上述c步骤中的硅酸钠溶液的加入可以使CaC03和Ti02颗粒结合更牢固，同时硅酸钠还作为包膜剂，改善颗粒耐候性等表面性质。进一步的，上述复合钛白粉的制备方法的d步骤中加入的硅酸钠溶液的浓度为5%30%w/w，硅酸钠溶液在浆液的pH值为89时加入。硅酸钠溶液浓度过大容易使硅酸钠不能均匀地沉积在Ti02颗粒和正在长大的CaC03颗粒表面上，甚至出现局部堆积现象，同时使得硅酸钠不能更好地完成表面包膜，从而造成包膜层不够致密，浓度过小将降低效率，同时还使溶液中的水含量大量增加。进一步的，d步骤中滤饼干燥至水分含量O.5%以下，以降低黏度，使得汽流粉碎过程更容易进行。本发明复合钛白粉，其白度值高，遮盖力强，耐候性好，成本低廉(相当于普通钛白粉成本的l/3左右)，产业化非常容易，可广泛用于涂料、颜料、造纸等领域，具有广阔的应用前景。具体实施例方式下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述。实施例l本发明复合钛白的制备(Ti02含量为35。/。)1、准备7(TC左右热水4L。2、称取480g生石灰(Ca0)，倒入高速分散机中。3、将4L7(TC左右热水倒入分散机中，低速搅拌(1000-2000r/min)30min。4、倒出分散机中的全部石灰浆，先用100目左右筛子过筛，再用200-325目左右筛子过筛，获得Ca(0H)2浓度约12.3X的Ca(0H)2浆液约4L。5、将Ca(0H)2浆液倒入分散机中，轻微搅拌状态下陈化16-24h，搅拌速度以不沉降为原则。碳化前再加入约500ml水使体积补充到4L。6、取570g锐钛型钛白粉，加入高速分散机中。倒入1L水，分散IOmin以上。7、将钛白浆液移至砂磨机，砂磨40分钟后放出，用325目筛子过筛，用适量水冲洗干净，得到约1L的钛白浆液待用。8、将陈化完全的Ca(0H)2浆液4L置于碳化釜中，使用冷却水冷却，加入4.7ml98%的浓H2S04(需先配置成20。/。左右的稀硫酸才能加入)，陈化2-5分钟，并搅拌。9、从底部通入C02气体进行碳化，其间轻微搅拌。每隔10min测一次pH值，当碳化率进行80%时(约40min，pH值约为9)，将待用的1L钛白浆液全部倒入碳化釜中。继续轻微搅拌，使Ti02颗粒在碳化过程中镶嵌入CaC03颗粒表面上，当碳化率为80%-90%时(约40-50min，pH值约为8-9)，加入338gNa2Si039H20(相当于复合钛白重量的5%，即71.3g的Si02，需先用热水溶解配制成溶液)，继续保持轻微搅拌状态，每隔5min测一次pH值。期间继续通入C02气体。10、当pH值二7-8时，反应完成。11、洗涤、沉淀、过滤、干燥(ll(TC)、汽流粉碎。12、性能检测，结果见表l。样品编号1-1(未汽流粉碎)1-2(汽流粉碎)。对比试验例l复合钛白的制备1、准备7(TC左右热水2L。2、称取200g生石灰(CaO)，倒入高速分散机中。3、将2L7(TC左右热水倒入分散机中，低速搅拌(1000-2000r/min)30min。4、倒出分散机中的全部石灰浆，先用100目左右筛子过筛，再用200-325目左右筛子过筛，获得浓度为IO.8。/。左右的Ca(0H)2浆液约2L。5、将Ca(0H)2浆液倒入分散机中，搅拌状态下陈化16-24h，搅拌速度以不沉降为原则，使用前用pH试纸测定其pH值，pH值为13。6、取200g锐钛型钛白粉，加入高速分散机中。倒入0.45L水，分散IOmin以上。7、将钛白浆液移至砂磨机，砂磨40分钟后放出，用325目筛子过筛，用0.05L水冲洗干净，得到约0.5L的钛白浆液，取200ml(相当于80g钛白)浆液待用。8、将陈化完全的Ca(0H)2浆液2L置于碳化釜中，将C02导管置入浆液底部，然后导入C02气体，其间轻微搅拌。9、碳化过程中不断测定pH值，在碳化过程进行5-30min时(pH值约为lO.512)，将200ml钛白浆液倒入碳化釜中。碳化总时间为100min。10、在轻微搅拌状态下保持碳化过程的进行，其间不断测定pH值，待pH值为7-8时，反应终止。11、洗涤、沉淀、过滤、干燥(ll(TC)、汽流粉碎。12、性能检测，结果见表l。样品编号la-2(汽流粉碎)。对比试验例2复合钛白的制备(改变参数)第1-5步同实施例1。第6步加水改为2L，不进行砂磨，只进行筛分。第7步同实施例1。第8部不用冷却水冷却，也不加H2S04。第9步不加Na2Si039H20。其余步骤同实施例l。整个碳化反应为l小时左右。复合钛白粉性能测定结果见表l。样品编号2a-2(汽流粉碎)。对比试验例3CaC03制备1、准备7(TC左右热水4L。2、称取480g生石灰CaO，倒入高速分散机中。3、将4L7(TC左右热水倒入分散机中，低速搅拌(1000-2000r/min)30min。4、倒出分散机中的全部石灰浆，先用100目左右筛子过筛，再用200-325目左右筛子过筛，获得Ca(OH)2浓度约12.3。/。的Ca(OH)2浆液约4L。5、将Ca(0H)2浆液倒入分散机中，轻微搅拌状态下陈化16-24h，搅拌速度以不沉降为原则。6、将陈化完全的Ca(0H)2浆液4L置于碳化釜中，使用冷却水冷却，加入4.7ml98%的浓H2S04(需先配置成20。/。左右的稀硫酸才能加入)，陈化2-5分钟，并搅拌。7、从底部通入C02气体进行碳化，其间轻微搅拌。每隔10min测一次pH值，待pH值二7-8时，反应终止。8、洗涤、沉淀、过滤、干燥(ll(TC)、汽流粉碎。9、性能检测，结果见表l。样品编号3a-2(汽流粉碎)。试验例l钛白粉性能比较将实施例l制备的本发明复合钛白粉、对比试验例l、2制备的复合钛白粉、对比试验例3制备的CaC03的性能检测结果与普通锐钛型钛白粉颜料性能比较，结果见表l。样品编号lc-l(未汽流粉碎-市售产品)lc-2(汽流粉碎-市售产品)。表l不同样品的颜料性能测定结果<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>从表l可以看出，本发明复合钛白粉(l一l、l一2)的白度较好，略高于普通锐钛型钛白(lc一l)，遮盖力也比较强，基本与普通锐钛型钛白(lc一l)相当，明显高于未加硅酸钠时的复合钛白(la—2、2a—2)，耐侯性也较好，强于普通锐钛型钛白(lc一l)，更强于未加硅酸钠时的复合钛白(la—2、2a—2)，说明硅包膜后大大提高了颜料的耐侯性，其它颜料性能指标也与普通锐钛型钛白(lc一l)相当。因此，在普通涂料、颜料、造纸等应用领域，本复合钛白可以部分替代锐钛型钛白。还可以看出，与复合钛白相比，碳酸钙(3a一2)的白度值和亮度值均较低，而遮盖力和耐侯性则相差太远。从1一1与1一2的数据，还可以看出，不进行汽流粉碎，复合钛白的颜料性能将明显降低。从la—2、2a—2的数据还可以看出，PH值过高时加入钛白浆液会使复合钛白粉的性能变差，如耐候性、遮盖力等。从产品成本(价格)来看，由于复合钛白中Ti02含量约为35X，而CaC03成本(价格)相对可以忽略不计，因此，复合钛白的成本只相当于锐钛型钛白的1/3。从投资来讲，本发明复合钛白粉的制备只需在现有轻质碳酸钙生产线上增加极少量的加料系统即可，投资少，可快速实现产业化。权利要求1.一种复合钛白粉，其特征在于它是以硅酸钠作为粘结剂和包膜剂，在轻质碳酸钙基体表面镶嵌TiO2颗粒得到。2.根据权利要求l所述的复合钛白粉，其特征在于轻质碳酸钙、Ti0=、硅酸钠的重量配比为3094:560:110。3.根据权利要求2所述的复合钛白粉，其特征在于轻质碳酸钙、Ti0=、硅酸钠的重量配比为5070:3040:37。4.根据权利要求3所述的复合钛白粉，其特征在于轻质碳酸钙、TiQ=、硅酸钠的重量配比为60:35:5。5.权利要求14任一项所述的复合钛白粉的制备方法，包括如下步骤a、CatoHh浆液的制备用生石灰加水所得浆料过200325目筛，得CatoHh浆液，备用；b、钛白浆液的制备将Ti"加水打浆后加入分散剂并细磨，所得浆液过200325目筛得到钛白浆液，备用；其中，所述的分散剂为六偏磷酸钠、硅酸钠中至少一种；c、浆液混合向a步骤所得的"①H^浆液中通入^^气体，使"①H^逐渐反应生成CaC:Cl3，同时不断测定浆液的pH值，当pH值为810时，继续通入^^气体并加入b步骤所得的钛白浆液，搅拌混匀后加入硅酸钠溶液，继续搅拌至"①H^全部反应完成；d、将c步骤反应完成后的混合浆液过滤，滤饼水洗，干燥，粉碎，即得。6.根据权利要求5所述的复合钛白粉的制备方法，其特征在于a步骤制得GatoHh浆液后还陈化102处。7.根据权利要求5所述的复合钛白粉的制备方法，其特征在于c步骤中eatoHh浆液中通入ea气体前先加入硫酸溶液。8.根据权利要求7所述的复合钛白粉的制备方法，其特征在于所述的硫酸溶液的浓度为10%30%"/"，加入的H^"与"①Hh的重量比为0.52:100。权利要求9根据权利要求5所述的复合钛白粉的制备方法，其特征在于c步骤中浆液的pH值为89时加入5X30X"/"的硅酸钠溶液。权利要求IO根据权利要求5所述的复合钛白粉的制备方法，其特征在于d步骤中滤饼干燥至水分含量O.5%以下。全文摘要本发明涉及一种复合钛白粉及其制备方法，属于化工领域。本发明所解决的技术问题是提供了一种成本低、性能较好，能够满足普通涂料、颜料、造纸等用户需求的复合钛白粉，还提供了该复合钛白粉的制备方法。本发明复合钛白粉，它是以硅酸钠作为粘结剂和包膜剂，在轻质碳酸钙基体表面镶嵌TiO<sub>2</sub>颗粒得到。本发明复合钛白粉，其白度值高，遮盖力强，耐候性好，成本低廉(相当于普通钛白粉成本的1/3左右)，产业化非常容易，可广泛用于涂料、颜料、造纸等领域，具有广阔的应用前景。文档编号C09C3/06GK101302359SQ20081030242公开日2008年11月12日申请日期2008年6月30日优先权日2008年6月30日发明者彭富昌,成杨,邹建新,高邦禄申请人:攀枝花学院