一种具有高反射率二氧化钛纳米复合颜料及其制备方法

本发明涉及一种复合颜料，具体涉及一种具有高反射率二氧化钛纳米复合颜料及其制备方法。

背景技术：

1、钛白是一种颜色性能优异的白色无机颜料，其有效成分是二氧化钛，在所有白色颜料中占据80％的份额。我国既是钛白生产大国，也是消费大国，主要应用于涂料、塑料、造纸、油墨、橡胶等行业。目前，国内外钛白制备技术主要包括硫酸法和氯化法。硫酸法设备简单，投资小，技术成熟，可制得不同晶相二氧化钛；但硫酸和水消耗高，废物及副产物多，对环境污染比较严重。氯化法流程短、能耗低，连续化程度高，三废少；但投资大、设备复杂、成本高。相比之下，我国钛白生产主要采用硫酸法。

2、硫酸法制备钛白工序主要包括酸解、沉降精滤、水解、煅烧、湿磨、无机包膜、干燥、气流粉碎和产品包装等。其中，液相水解过程是硫酸法中产生废酸的主要原因；煅烧工序一般在900℃～1250℃进行脱除水分和残余硫酸，是硫酸法中产生废气的主要来源。

3、中国发明专利cn108299863 a报道了一种钛白清洁生产方法，但所述技术方案仍然是液相制备技术，没有从根本上解决硫酸法制备钛白的技术缺陷。近年来，三废处理经济成本的负担更加沉重，亟需发展高效清洁的钛白制备技术。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种具有高反射率二氧化钛纳米复合颜料及其制备方法，解决了现有硫酸法制备钛白的技术缺陷，基于半干法高效清洁制备钛白纳米复合颜料，同时基于黏土矿物组分掺杂和基体担载作用有效提升钛白颜料的反射率和分散性能。

2、为了达到上述目的，本发明提供了一种半干法制备具有高反射率二氧化钛纳米复合颜料的方法，该方法包含：以硫酸氧钛、钡源、黏土矿物和水为原料，采用机械力化学辅助半干法清洁制备前驱体；将所述前驱体在500～900℃空气氛围下焙烧30～180min；所述硫酸氧钛、钡源、水和黏土矿物的质量比为1.5～2.5:1.5～2.5:0.5～1.2:1。

3、本发明经机械混合过程中产生的机械力物理化学效应，可以在微溶剂环境下诱导硫酸氧钛在黏土矿物表面原位发生水解生成前驱体。通过引入黏土矿物可以有效降低颜料粒子的团聚现象，从而降低物质传质阻力和晶相转变温度。同时结合黏土矿物的片状形貌可提升复合颜料的反射率。

4、优选地，所述黏土矿物是具有片状形貌的黏土矿物，白度不低于85％。

5、优选地，所述黏土矿物选自蒙脱石、伊利石、皂石、滑石、地开石、高岭石、蛭石和累托石中的至少一种。

6、优选地，所述钡源选自氧化钡、氢氧化钡和碳酸钡中的至少一种。

7、优选地，所述机械力化学辅助半干法清洁制备采用对辊机、三辊机、螺杆挤出机、混料机和球磨机中的任意一种。

8、本发明的另一目的是提供所述的制备方法获得的复合颜料，该复合颜料中二氧化钛纳米粒子均匀担载于黏土矿物的片状基体表面，二氧化钛为金红石型晶相，复合颜料的白度和反射率大于90％。

9、优选地，该复合颜料中二氧化钛纳米粒子的粒径不高于10nm。无机颜料的呈色性能主要依赖于颜料粒径的粒径和形貌，本发明主要通过控制颜料粒子原位生长在片状黏土矿物表面，避免颜料粒子团聚和尺寸变大。

10、本发明的具有高反射率二氧化钛纳米复合颜料及其制备方法，解决了现有硫酸法制备钛白的技术缺陷，具有以下优点：

11、(1)本发明采用半干法制备具有高反射性能的二氧化钛纳米复合颜料，制备过程无固废、废液和废气产生，能耗低且产率高，适合工业化连续生产；

12、(2)本发明基于黏土矿物组分掺杂和基体担载为提升钛白颜料反射率发展了新技术和新方法，黏土矿物中镁、铝等元素易作为有效组分进入钛白晶格掺杂，制备的二氧化钛纳米复合颜料反射率高、白度高、分散性能佳(tem照片观察，颜料粒子粒径相对小，无明显团聚现象)，在油漆、油墨、塑料、橡胶、造纸、防晒化妆品等行业具有良好的应用前景。

技术特征：

1.一种半干法制备具有高反射率二氧化钛纳米复合颜料的方法，其特征在于，该方法包含：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述黏土矿物是具有片状形貌的黏土矿物，白度不低于85％。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述黏土矿物选自蒙脱石、伊利石、皂石、滑石、地开石、高岭石、蛭石和累托石中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钡源选自氧化钡、氢氧化钡和碳酸钡中的至少一种。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述机械力化学辅助半干法清洁制备采用对辊机、三辊机、螺杆挤出机、混料机和球磨机中的任意一种。

6.如权利要求1-5中任意一项所述的制备方法获得的复合颜料，其特征在于，该复合颜料中二氧化钛纳米粒子均匀担载于黏土矿物的片状基体表面，二氧化钛为金红石型晶相，复合颜料的白度和反射率大于90％。

7.根据权利要求6所述的复合颜料，其特征在于，该复合颜料中二氧化钛纳米粒子的粒径不高于10nm。

技术总结
本发明公开了一种具有高反射率二氧化钛纳米复合颜料及其制备方法，该方法包含：以硫酸氧钛、钡源、黏土矿物和水为原料，采用机械力化学辅助半干法清洁制备前驱体；将所述前驱体在500～900℃焙烧30～180min；所述硫酸氧钛、钡源、水和黏土矿物质量比为1.5～2.5:1.5～2.5:0.5～1.2:1。本发明解决了现有硫酸法制备钛白的技术缺陷，基于半干法高效清洁制备钛白纳米复合颜料，同时基于黏土矿物组分掺杂和基体担载作用有效提升钛白颜料的反射率和分散性能。

技术研发人员：牟斌,王爱勤,吴磊,王兆力,王攀龙,许江,窦晖
受保护的技术使用者：中国科学院兰州化学物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29