本发明涉及化工领域，具体地，涉及制备钛白粉的方法。
背景技术：
钛白粉被公认为是现今最好的白色颜料，具有极佳的光学性能、白度和遮盖力，经过不同表面包覆处理被广泛用于涂料、塑料、造纸及油墨等领域。在塑料领域中，色母粒是使用钛白粉较多的一种，使用钛白粉的量多，其添加量可达到70％以上，如此多的添加量，要求钛白粉必须具备较好的分散性以保障色母粒的易于加工。另一方面，由于钛白粉颗粒表面具有光化学活性点，使钛白粉具有光催化作用，在日光尤其是紫外线的照射下发生光催化反应，使得与钛白粉相接触的树脂降解粉化，严重影响色母粒制品的各种性能和使用寿命。
由此，制备钛白粉的方法有待改进。
技术实现要素：
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种制备钛白粉的方法，通过硅膜包覆处理和铝膜包覆处理显著提高钛白粉的耐候性和分散性，并且利用有机硅膜包覆处理使钛白粉与树脂具有良好的兼容性。
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种制备钛白粉的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：
将钛白粉基料进行制浆处理，以便得到钛白粉浆料；
将所述钛白粉浆料进行分散处理，以便得到分散后的钛白粉浆料；
将所述分散后的钛白粉浆料进行硅膜包覆处理，以便使所述分散后的钛白粉浆料中的钛白粉颗粒表面包覆硅膜，得到硅包膜钛白粉颗粒，其中，所述硅膜包覆处理是在pH7-8的条件下进行的；
将经所述硅膜包覆处理后的浆料进行铝膜包覆处理，以便使所述硅包膜钛白粉颗粒表面包覆铝膜，得到铝包膜钛白粉颗粒，其中，所述铝膜包覆处理的加料过程是在pH7-8的条件下进行的；
将经所述铝膜包覆处理的浆料进行压滤干燥处理，以便得到包膜后的钛白粉中间体；以及
将所述包膜后的钛白粉中间体进行有机硅膜包覆处理，以便获得钛白粉。
根据本发明实施例的制备钛白粉的方法，该方法通过硅膜包覆处理，使钛白粉基料颗粒表面包覆硅膜，并且发明人发现，在pH7-8的条件下进行该硅膜包覆处理，使钛白粉表面包覆成致密、均匀的硅膜，能有效屏蔽钛白粉的光化学活性点，显著提高钛白粉的耐候性。同时，通过铝膜包覆处理对包覆硅膜的钛白粉基料颗粒的表面再包覆铝膜，并且，铝膜包覆处理的加料过程是将pH控制稳定在7-8的条件下，使钛白粉颗粒表面包覆均匀晶型的勃姆石铝膜，有效解决钛白粉的团聚，保障钛白粉在色母粒加工中的分散性。此外，该方法利用有机硅膜包覆处理解决钛白粉与树脂的兼容性，使制备得到的钛白粉在色母粒中易于加工。
另外，根据本发明上述实施例的制备钛白粉的方法，还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的实施例，所述硅膜包覆处理包括：将所述分散后的钛白粉浆料在加热条件下加入硅酸钠，以便得到第一混合浆料；将所述第一混合浆料调pH至7-8，以便得到调pH值后的浆料；以及将所述调pH值后的浆料进行第一熟化处理，以便得到所述硅包膜钛白粉颗粒。
根据本发明的实施例，所述硅酸钠的加入量为每1千克所述钛白粉基料加入35-130克所述硅酸钠。
根据本发明的实施例，所述硅包膜钛白粉颗粒包覆的硅膜为水合二氧化硅膜。
根据本发明的实施例，所述铝膜包覆处理包括：在pH7-8的条件下，向经所述硅膜包覆处理后的浆料中加入含铝化合物和pH调节剂，以便得到第二混合浆料；将所述第二混合浆料搅拌10-60分钟，以便得到搅拌后的浆料；将所述搅拌后的浆料调pH值至6.5-7.5后，进行第二熟化处理，以便得到所述铝包膜钛白粉颗粒。
根据本发明的实施例，所述含铝化合物为硫酸铝和偏铝酸钠。
根据本发明的实施例，所述含铝化合物的加入量为每1千克所述钛白粉基料加入10-30克所述含铝化合物。
根据本发明的实施例，所述铝包膜钛白粉颗粒包覆的铝膜为勃姆石铝膜。
根据本发明的实施例，所述pH调节剂为硫酸、盐酸和氢氧化钠。
根据本发明的实施例，所述含铝化合物和所述pH调节剂采用并流方式加入所述硅膜包覆处理后的浆料中。
根据本发明的实施例，所述钛白粉基料是由TiCl4经过氧化反应得到的。
根据本发明的实施例，所述制浆处理包括：将所述钛白粉基料与脱盐水混合，以便得到初始料浆；调节所述初始料浆的pH至9-12，并加入分散剂，以便得到所述钛白粉浆料。
根据本发明的实施例，所述分散剂为选自六偏磷酸钠、硅酸钠、羧酸盐和异丙醇胺的至少一种。
根据本发明的实施例，所述钛白粉浆料的黏度为30mPa·s-150mPa·s。
根据本发明的实施例，所述分散后的钛白粉浆料中，至少50％钛白粉颗粒的粒度为0.20μm-0.45μm。
根据本发明的实施例，所述有机硅膜包覆处理是利用烷基硅油进行的。
根据本发明的实施例，所述烷基硅油的加入量为所述包膜后的钛白粉中间体质量的1-10‰。
根据本发明的实施例，所述烷基硅油是通过在所述包膜后的钛白粉中间体进行气流粉碎的过程中加入的。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1显示了根据本发明一个实施例的制备钛白粉的方法的流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。进一步地，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种制备钛白粉的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：
S100制浆处理
根据本发明的实施例，将钛白粉基料进行制浆处理，得到钛白粉浆料。由此，便于对钛白粉基料进行后续加工处理。
根据本发明的实施例，钛白粉基料是由TiCl4经过氧化反应得到的。由于TiCl4经过氧化反应得到的钛白粉基料金红石型转化率较高，具有良好的耐候性。
根据本发明的实施例，该制浆处理包括：将钛白粉基料与脱盐水混合，得到初始料浆；调节初始料浆的pH至9-12，并加入分散剂，得到钛白粉浆料。由此，浆料黏度低
根据本发明的一些实施例，分散剂为选自六偏磷酸钠、硅酸钠、羧酸盐和异丙醇胺的至少一种。由此，浆料中钛白粉基料的分散性好，黏度低。
根据本发明的实施例，钛白粉浆料的黏度为30mPa·s-150mPa·s。由此，该黏度下浆料团聚率低，极易在钛白粉颗粒上包覆硅膜和铝膜。
根据本发明的实施例，钛白粉浆料的浓度为300g/L～700g/L。由此，该浓度下钛白粉颗粒分散性较好，形成的包覆包膜均匀，且适宜产业化生产，能耗较低。
S200分散处理
根据本发明的实施例，将钛白粉浆料进行分散处理，得到分散后的钛白粉浆料。由此，使钛白粉浆料中的钛白粉颗粒的团聚体完全分散，便于后续进行包覆处理。
根据本发明的实施例，分散后的钛白粉浆料中，至少50％钛白粉颗粒的粒度为0.20μm-0.45μm。由此，钛白粉颗粒的团聚体充分分散，呈原级粒子状态，便于后续的硅膜、铝膜和有机硅膜充分包覆在钛白粉颗粒上。
根据本发明的一些实施例，利用砂磨机进行该分散处理。根据本发明的具体实施例，该砂磨机为立式或卧式砂磨机，其砂磨介质为氧化锆珠或渥太华砂，介质粒度为1μm-5μm，填充率控制在30％-70％。进一步地，根据本发明的又一些实施例，砂磨机的转速为1500r/min-3000r/min，砂磨时间为5min-30min。由此，使钛白粉颗粒的团聚体充分分散，钛白粉颗粒呈原级粒子状态，分散性好。
S300硅膜包覆处理
根据本发明的实施例，将分散后的钛白粉浆料进行硅膜包覆处理，使分散后的钛白粉浆料中的钛白粉颗粒表面包覆硅膜，得到硅包膜钛白粉颗粒，其中，硅膜包覆处理是在pH7-8的条件下进行的。由此，通过硅膜包覆处理，使钛白粉基料颗粒表面包覆硅膜，并且发明人发现，在pH7-8的条件下进行该硅膜包覆处理，使钛白粉表面包覆成致密、均匀的硅膜，能有效屏蔽钛白粉的光化学活性点，显著提高钛白粉的耐候性。
根据本发明的实施例，该硅膜包覆处理包括：将分散后的钛白粉浆料在加热条件下加入硅酸钠，得到第一混合浆料；将第一混合浆料调pH至7-8，得到调pH值后的浆料；将调pH值后的浆料进行第一熟化处理，得到所述硅包膜钛白粉颗粒。发明人发现在pH7-8的条件下，利用上述硅膜包覆处理方法能够在钛白粉基料颗粒的表面形成了晶型的均匀的勃姆石型膜，有效解决钛白粉的团聚，使钛白粉在色母粒加工中的具有良好的分散性。
其中，根据本发明的实施例，加热条件可以通过蒸汽或电热套加热实现的，使料浆的温度稳定在60℃～90℃。
进一步地，根据本发明的实施例，在搅拌条件下加入硅酸钠，其中，搅拌速度为200r/min～300r/min。由此，使硅酸钠充分与料浆混合，是钛白粉基料颗粒表面充分包覆硅膜。
进一步地，根据本发明的实施例，硅酸钠的加入是在10min～60min完成的，完成后持续搅拌均匀10min～30min，其加入方式采用蠕动泵或计量泵。由此，保持硅酸钠以一定的速度稳定地加入到料浆中，使硅酸钠充分与料浆混合，是钛白粉基料颗粒表面充分包覆硅膜。
此外，根据本发明的实施例，第一混合浆料调pH的时间为10min～60min，搅拌转速为150r/min～200r/min。由此，使pH调节剂与第一混合浆料混合均匀，避免pH调节剂分布不均匀导致的pH值测量偏差。
此外，根据本发明的实施例，第一熟化处理是在转速为150r/min～200r/min的搅拌条件下进行的，该第一熟化的时间为10min-60min。
根据本发明的实施例，硅酸钠的加入量为每1千克钛白粉基料加入35-130克硅酸钠，其中，硅酸钠的加入量以SiO2计，即35-130克硅酸钠约相当于20-70克二氧化硅。由此，既使硅酸钠形成的硅膜充分包覆在钛白粉基料颗粒的表面，又避免硅酸钠过量造成原料浪费。
根据本发明的实施例，硅包膜钛白粉颗粒包覆的硅膜为水合二氧化硅膜。水合二氧化硅膜能够有效屏蔽紫外光，提高钛白粉的耐候性。
S400铝膜包覆处理
根据本发明的实施例，将经所述硅膜包覆处理后的浆料进行铝膜包覆处理，以便使所述硅包膜钛白粉颗粒表面包覆铝膜，得到铝包膜钛白粉颗粒，其中，所述铝膜包覆处理的加料过程是在pH7-8的条件下进行的。由此，通过铝膜包覆处理对包覆硅膜的钛白粉基料颗粒的表面再包覆铝膜，并且，铝膜包覆处理的加料过程是在pH7-8的条件下，使钛白粉颗粒表面包覆单一晶型的薄膜式铝膜，有效解决钛白粉的团聚，保障钛白粉在色母粒加工中的分散性。
其中需要说明的是，“铝膜包覆处理的加料过程是在pH7-8的条件下”是指在铝膜包覆处理的整个加料过程，料浆的pH始终控制稳定在7-8。
根据本发明的一些实施例，该铝膜包覆处理包括：在pH7-8的条件下，向经硅膜包覆处理后的浆料中加入含铝化合物和pH调节剂，得到第二混合浆料；将第二混合浆料搅拌10-60分钟，得到搅拌后的浆料；将搅拌后的浆料调pH值至6.5-7.5后，进行第二熟化处理，得到铝包膜钛白粉颗粒。由此，在包覆硅膜的钛白粉基料颗粒的表面形成均匀的勃姆石型膜，有效解决了钛白粉的团聚问题，保障钛白粉在色母粒加工中具有良好的分散性。
进一步地，根据本发明的实施例，含铝化合物和pH调节剂是在搅拌条件下加入的，其中，搅拌速度为150r/min-200r/min，加入时间为15min-60min。由此，保持含铝化合物和pH调节剂以一定的速度稳定地加入到料浆中，使含铝化合物和pH调节剂充分与料浆混合，，使加料过程的pH值保持稳定，并且使硅膜包覆的钛白粉基料颗粒表面再充分包覆铝膜。
根据本发明的一些实施例，含铝化合物为硫酸铝和偏铝酸钠。由于硫酸铝和偏铝酸钠易得、价格便宜，并且杂质含量低，对钛白粉的颜料性能无影响，适于用于作为铝膜的原料。
根据本发明的实施例，含铝化合物的加入量为每1千克钛白粉基料加入含铝化合物，其中，含铝化合物的加入量以三氧化二铝的质量计，也就是说，每1千克钛白粉基料加入10-30克三氧化铝。由此，既使含铝化合物形成的铝膜充分包覆在钛白粉基料颗粒的表面，又避免含铝化合物过量造成原料浪费。
根据本发明的实施例，铝包膜钛白粉颗粒包覆的铝膜为勃姆石型铝膜，该晶型的结构的铝膜，提高钛白粉在色母粒加工中的流动性。
根据本发明的实施例，pH调节剂为硫酸、盐酸和氢氧化钠。根据本发明的具体实施例，硫酸为浓硫酸，即质量分数为98％的浓硫酸、盐酸的质量分数为36.5％、氢氧化钠的质量分数为50％。由此，只需少量pH调节剂即可灵敏地条件pH值。
根据本发明的实施例，含铝化合物和pH调节剂采用并流方式加入所述硅膜包覆处理后的浆料中。由此，在加料的过程中实时调节浆料的pH值，料浆的pH值稳定在7-8之间，保证形成的铝包膜为勃姆石型。
S500压滤干燥处理
根据本发明的实施例，将经铝膜包覆处理的浆料进行压滤干燥处理，以便得到包膜后的钛白粉中间体。由此，去除料浆中的水分，得到干燥的包膜后的钛白粉中间体。
根据本发明的一些实施例，压滤是利用隔膜压滤机和转鼓过滤机等进行的，压滤得到的滤饼的固含量≥70％。
根据本发明的一些实施例，干燥是利用箱式干燥箱和闪蒸干燥器进行的，干燥后得到的包膜后的钛白粉中间体的水分含量≤0.5％。
根据本发明的具体实施例，在压滤之后，干燥之前，可以对滤饼进行洗涤，去除包膜后的钛白粉中间体表面残留的化学杂质，使钛白粉的纯度更高。
S600有机硅膜包覆处理
根据本发明的实施例，将包膜后的钛白粉中间体进行有机硅膜包覆处理，获得钛白粉。由此，利用有机硅膜包覆处理解决钛白粉与树脂的兼容性，使制备得到的钛白粉在色母粒中易于加工。
根据本发明的实施例，有机硅膜包覆处理是利用烷基硅油进行的。由此，钛白粉与树脂的兼容性好，使制备得到的钛白粉在色母粒中易于加工。
根据本发明的实施例，烷基硅油的加入量为钛白粉基料质量的1-10‰。由此，既使烷基硅油形成的有机硅膜充分包覆在包膜后的钛白粉中间体的表面，又避免烷基硅油过量造成原料浪费。
根据本发明的实施例，烷基硅油是通过在包膜后的钛白粉中间体进行气流粉碎的过程中加入的。由此，烷基硅油均匀包覆在包膜后的钛白粉中间体颗粒表面。
根据本发明的一些实施例，气流粉碎的过程的载体为过热蒸汽、压缩空气、压缩氮气。由此，粉碎效果好。
下面参考具体实施例，对本发明进行说明，需要说明的是，这些实施例仅仅是说明性的，而不能理解为对本发明的限制。
实施例1
利用本发明的方法制备钛白粉，具体方法如下：
(1)配制浓度为350g/L的钛白粉浆料1L，加入1‰的六偏磷酸钠(以P2O5计)，采用砂磨机砂磨分散10min，置于单层玻璃反应釜中加热并搅拌至70℃，调节pH值为11.0。
(2)采用蠕动泵向钛白粉浆料中添加浓度为100g/L的硅酸钠溶液，硅酸钠的总量以SiO2计为钛白粉基料的3.5％，即122.5mL，流速为8.17mL/min，添加完成后熟化15min，得到硅包膜钛白粉颗粒。
(3)用硫酸调节步骤(2)得到的浆料的pH值到7.5，添加偏铝酸钠，并在添加偏铝酸钠的过程中始终保持pH值7.5上下波动±0.5范围内，添加浓度为150g/L的偏铝酸钠溶液，偏铝酸的总量以Al2O3计为钛白粉的3.0％，即70mL，流速为4.67mL/min，添加完成后熟化15min。用硫酸调节pH为7.0，熟化15min，得到铝包膜钛白粉颗粒。
(4)将步骤(3)得到的浆料进行压滤洗涤，在105℃干燥后采用气流粉碎，并在粉碎工程中加入烷基硅油，烷基硅油的添加量为钛白粉的5‰，粉碎完成即得钛白粉成品。
实施例2
利用本发明的方法制备钛白粉，具体方法如下：
(1)配制浓度为350g/L的钛白粉浆料1L，加入1‰的六偏磷酸钠(以P2O5计算)，采用砂磨机砂磨分散10min，置于单层玻璃反应釜中加热并搅拌至70℃，调节pH值为11.0。
(2)采用蠕动泵向钛白粉浆料中添加浓度为100g/L的硅酸钠溶液，硅酸钠的总量以SiO2计为钛白粉的3.5％，即122.5mL，流速为8.17mL/min，添加完成后熟化15min，得到硅包膜钛白粉颗粒。
(3)用硫酸调节步骤(2)得到的浆料的pH值到7.5，添加偏铝酸钠，并在添加偏铝酸钠的过程中始终保持pH值上下波动±0.5范围内，添加浓度为150g/L的偏铝酸钠溶液，偏铝酸的总量以Al2O3计为钛白粉的2.5％，即58.3mL，流速为3.89mL/min，添加完成后熟化15min。用硫酸调节pH为7.0，熟化15min，得到铝包膜钛白粉颗粒。
(4)将步骤(3)得到的浆料进行压滤洗涤，在105℃干燥后采用气流粉碎，并在粉碎工程中加入烷基硅油，烷基硅油的添加量为钛白粉的5‰，粉碎完成即得钛白粉成品。
实施例3
利用本发明的方法制备钛白粉，具体方法如下：
(1)配制浓度为350g/L的钛白粉浆料1L，加入1‰的六偏磷酸钠(以P2O5计算)，采用砂磨机砂磨分散10min，置于单层玻璃反应釜中加热并搅拌至70℃，调节pH值为11.0。
(2)采用蠕动泵向钛白粉浆料中添加浓度为100g/L的硅酸钠溶液，硅酸钠的总量以SiO2计为钛白粉的3.5％，即122.5mL，流速为8.17mL/min，添加完成后熟化15min，得到硅包膜钛白粉颗粒。
(3)用硫酸调节步骤(2)得到的浆料的pH值到8.0，添加偏铝酸钠，并在添加偏铝酸钠的过程中始终保持pH值上下波动±0.5范围内，添加浓度为150g/L的偏铝酸钠溶液，偏铝酸的总量以Al2O3计为钛白粉的3.0％，即70mL，流速为4.67mL/min，添加完成后熟化15min。用硫酸调节pH为7.0，熟化15min，得到铝包膜钛白粉颗粒。
(4)将步骤(3)得到的浆料进行压滤洗涤，在105℃干燥后采用气流粉碎，并在粉碎工程中加入烷基硅油，烷基硅油的添加量为钛白粉的5‰，粉碎完成即得成品。
实施例4
利用本发明的方法制备钛白粉，具体方法如下：
(1)配制浓度为350g/L的钛白粉浆料1L，加入1‰的六偏磷酸钠(以P2O5计算)，采用砂磨机砂磨分散10min，置于单层玻璃反应釜中加热并搅拌至70℃，调节pH值为11.0。
(2)采用蠕动泵向钛白粉浆料中添加浓度为100g/L的硅酸钠溶液，硅酸钠的总量以SiO2计为钛白粉的3.5％，即122.5mL，流速为8.17mL/min，添加完成后熟化15min，得到硅包膜钛白粉颗粒。
(3)用硫酸调节步骤(2)得到的浆料的pH值到8.0，添加偏铝酸钠，并在添加偏铝酸钠的过程中始终保持pH值7.5上下波动±0.5范围内，添加浓度为150g/L的偏铝酸钠溶液，偏铝酸的总量以Al2O3计为钛白粉的2.5％，即58.3mL，流速为3.89mL/min，添加完成后熟化15min。用硫酸调节pH为7.0，熟化15min，得到铝包膜钛白粉颗粒。
(4)将步骤(3)得到的浆料进行压滤洗涤，在105℃干燥后采用气流粉碎，并在粉碎工程中加入烷基硅油，烷基硅油的添加量为钛白粉的5‰，粉碎完成即得钛白粉成品。
将实施例1～4制备的钛白粉成品和未进行表面包覆的钛白粉在LDPE(低密度聚乙烯)中熔融，测试其黏度，黏度越低，分散性越好。并用氙灯老化试验箱测试LDPE压片的耐候性，用柯尼卡美能达公司生产的型号为CM-2600d的分光色差计测试经过氙灯老化箱暴晒前后的色差值其值越小，钛白粉的耐候性越好。测试结果如表1所示。
表1
表1的结果表明，本发明实施例的的钛白粉产品的黏度仅为未包覆样品的1/2-1/3，即分散性显著优于未包覆样品，并且色差值也仅为未包覆样品的1/4-1/5，即耐候性越也显著优于未包覆样品。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。