专利名称：一种化纤钛白的表面处理技术及其生产方法
技术领域：
本发明属于化纤钛白技术领域，涉及一种用于涤纶、湿法腈纶和粘胶纤维等合成纤维和人造纤维的化纤钛白的表面处理技术和生产方法。
二氧化钛是一种无机化合物，其分子式为TiO2。经过表面处理后的二氧化钛具有良好的遮盖力、折射率及其在亲水介质中较强的分散性，因而在涤纶、湿法腈纶和粘胶纤维等合成纤维和人造纤维的生产过程中，常被作为消光剂而得到广泛的应用，这种经过表面处理的二氧化钛亦称为化纤钛白。
许多专利文献公开了具有不同性能的化纤钛白及其制备方法，如1.美国专利US 350588A和德国专利DE 1060378A公开了一种以水溶性的二价锰、钴或铈的磷酸盐或醋酸盐对钛白进行改性，从而降低二氧化钛的光敏性，提高聚酰胺纤维的拉伸率和撕裂强度；2.世界专利WO8301780A将铝化合物和硅化合物与磷酸锰同时沉淀在钛白颗粒的表面，强化了锰包膜的稳固程度，提高了锰包膜后粉体的白度和耐候性；3.日本专利JP 7583525A、前苏联专利SU1114616A和美国专利US 4183768A公开了一种在煅烧得到的锐钛钛白表面进行铝、硅、磷和钛等的包膜处理，可以用作合成纤维颜料的化纤钛白。
上述专利所公开的只经过无机表面处理的化纤钛白主要用作聚酰胺纤维(尼龙)的消光剂，一般其水分散性＜5％，因而不能用于要求具有高水分散性(＞94.5％)和高电阻率(＞7000Ω·cm)的涤纶生产过程，限制了这种化纤钛白的应用范围。
1994年《涂料工业》第4期P.22～P.24、1995年《涂料工业》第6期P.11～P.13报道了涤纶用化纤钛白的小试研究，由于缺乏对具体工艺过程和操作参数的描述，且仅限于实验室规模的合成制备，其可操作性很小。
目前，对于具有高水分散性(＞94.5％)、高电阻率(＞7000Ω·cm)化纤钛白的表面处理技术及生产方法尚无详细的文献报道，因此开发研究这种化纤钛白的表面处理技术及生产方法是十分必要的。
本发明的目的在于公开一种具有高水分散性(＞94.5％)、高电阻率(＞7000Ω·cm)、粗粒子数＜10个/5.5×10-4cm3、总钛含量＞98％的化纤钛白的表面处理技术及生产方法，以满足产业部门的需要。
本发明的构思是这样的锐钛钛白原料一般均有较多的粗粒子和杂质离子，并且容易发生团聚，本发明首先通过打浆、研磨和分级等过程以除去锐钛钛白原料中的粗粒子和杂质离子，然后用有机物进行表面处理，在粉体颗粒表面有效地吸附一层有机物，使其在水溶液中处于稳定的分散状态，从而获得一种水分散性＞94.5％、电阻率＞7000Ω·cm和热稳定性＞20min的涤纶、湿法腈纶和粘胶纤维等合成纤维和人造纤维用化纤钛白。
本发明以锐钛钛白原料，其制备过程如
图1所示。图中1----打浆机2----研磨机3----分级机4----浓缩器5----表面处理槽6----分离器7----干燥器8----粉碎器下面结合附图对本发明作详细的说明。
所说的化纤钛白的制备主要包括以下步骤(1)对原料进行研磨将原料投入打浆机1中，加水，打浆至200～1000g/l；投入研磨机2(砂磨机或球磨机)中，加入1～5mm的玻璃珠或锆珠，研磨0.5～24小时，除去作为研磨介质的玻璃珠或锆珠；将浆液稀释至80～300g/l，在分级器3中除去＞3～5μm的粗粒子，所说的分级机3可以是重力沉降机，也可以是离心分离机，从而获得细粒子浆液。将细粒子浆液投入浓缩器4，脱除水份，得到含水量为20～40％的细粒子滤饼。所说的浓缩器4可以采用常规的脱水装置，如真空转鼓、真空吸滤机、离心分离机或重力沉降机等。
(2)对细粒子滤饼进行表面处理将细粒子滤饼投入表面处理槽5，加水打浆至200～800g/l，加入有机表面处理剂进行表面处理，表面处理剂的加入量为TiO2总重量的0.02％～0.5％，在10～90℃的条件下搅拌0.5～4小时，送入分离器6脱水，经过干燥器7干燥进一步脱水后再经过粉碎器8进行粉碎，即可获得所说的化纤钛白，也可将料浆直接送入干燥器7干燥脱水后再经过粉碎器8进行粉碎而获得所说的化纤钛白。
所说的有机表面处理剂为低碳多羟基醇、长碳链单元醇、长碳链单元酸、低碳多羟基酸、脂肪酸盐、有机胺、酯类、非离子表面活性剂或含羟基或羧基的高分子聚合物及其盐类中的一种或一种以上。
常用的低碳多羟基醇为甘油、季戊四醇、1，4-丁二醇、三羟基甲烷、山梨糖醇等；常用的长碳链单元醇为十八醇、月桂醇等；常用的长碳链单元酸为豆寇酸、壬二酸、月桂酸等；常用的低碳多羟基酸为柠檬酸、酒石酸、对羟基苯甲酸等；常用的脂肪酸盐为硬脂酸钠、软脂酸钠、油酸钠、月桂酸钠等；常用的有机胺为N-异丙基乙醇胺、三乙醇胺等；常用的酯类为邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二正辛酯等；常用的非离子表面活性剂为吐温20(Tween 20)、吐温40(Tween 40)、司本20(Span 20)等；常用的含羟基或羧基的高分子聚合物及其盐类为聚乙二醇1500、聚乙二醇4000、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸钠等；所说的分离器6可以采用常规的脱水装置，如吸滤机或离心分离机等。
所说的干燥器7采用常规的干燥器，如烘箱、带式干燥机、喷雾干燥器或旋转闪蒸干燥器等。
所说的粉碎器8可以采用锤式粉碎机，压缩空气气流粉碎机，也可以采用过热蒸汽气流粉碎机。
本发明所说的化纤钛白具有十分优良的性能，其水分散性＞94.5％，电阻率＞7000Ω·cm，粗粒子数＜10个/5.5×10-4cm3，总钛含量＞98％，热稳定性＞20min，能广泛应用于涤纶、湿法腈纶等合成纤维和人造纤维的生产过程。
下面将通过实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
(1)对原料进行研磨将锐钛钛白在打浆机中加水打浆至800g/l，投入砂磨机，加入2mm的高强耐磨玻璃珠，研磨2小时，除去玻璃珠，加水稀释至150g/l，在重力沉降器中沉降分离除去＞3～5μm的粒子，获得细粒子浆液；将细粒子浆液投入离心机，脱除水份，获得细粒子滤饼；(2)对细粒子滤饼进行表面处理将细粒子滤饼投入表面处理槽5，加水打浆至500g/l，按TiO2总重量的0.3％加入季戊四醇，按TiO2总重量的0.15％加入邻苯二甲酸二丁酯，在40℃的条件下搅拌2小时，送入离心机过滤，在烘箱中干燥后再用压缩空气气流粉碎，可获得所说的化纤钛白。采用日本标准JISK-II进行测试，水分散性达95.6％，电阻率为7888Ω·cm，粗粒子数为1个/5.5×10-4cm3，热稳定性49min。
实施例2采用与实施例1相同的操作过程，将原料在打浆机中加水打浆至200g/l，投入球磨机中，加2mm高强耐磨玻璃珠，研磨24小时，其结果如下水分散性为94.7％，电阻率为7100Ω·cm，粗粒子数8个/5.5×10-4cm3，热稳定性为50min。
实施例3采用与实施例1相同的操作过程，将表面处理温度改为70℃，加入的表面处理剂改为三羟基甲烷和司本20(Span 20)，三羟基甲烷的加入量为TiO2总重量的0.3％，司本20(Span 20)的加入量为TiO2总重量的0.1％，其结果如下水分散性为96.5％，电阻率为5555Ω·cm，粗粒子数3个/5.5×10-4cm3，热稳定性为43min。
实施例4采用与实施例1相同的操作过程，将表面处理温度改为70℃，加入的表面处理剂改为酒石酸和月桂醇，酒石酸加入量为TiO2总重量的0.25％，月桂醇的加入量为TiO2总重量的0.15％，其结果如下水分散性为94.9％，电阻率为6190Ω·cm，粗粒子数5个/5.5×10-4cm3，热稳定性为28min。
实施例5采用与实施例1相同的操作过程，将表面处理温度改为70℃，加入的表面处理剂改为1，4-丁二醇和十八醇，1，4-丁二醇加入量为TiO2总重量的0.25％，十八醇的加入量为 TiO2总重量的0.15％，其结果如下水分散性为94.9％，电阻率为5656Ω·cm，粗粒子数5个/5.5×10-4cm3，热稳定性为24min。
实施例6采用与实施例1相同的操作过程，将表面处理温度改为15℃，加入的表面处理剂改为软脂酸钠和豆寇酸，软脂酸钠加入量为TiO2总重量的0.15％，豆寇酸加入量为TiO2总重量的0.15％，并采用喷雾干燥，其结果如下水分散性为94.7％，电阻率为8888Ω·cm，粗粒子数为9个/5.5×10-4cm3，热稳定性为33min。
实施例7～10采用与实施例1相同的操作过程，分加入不同的表面处理剂，其结果如下
实施例12如实施例1，将原料在打浆机中加水打浆至500g/l，投入连续式砂磨机，加入2mm的锆珠，循环砂磨5次，除去锆珠，加水稀释至150g/l，进入重力分级机，分离除去＞3～5μm的粒子，获得细粒子浆液；将细粒子浆液投入真空吸滤机脱除水份，获得含水量为35％的细粒子滤饼；将细粒子滤饼投入表面处理槽，加水打浆至450g/l，按TiO2总重量的0.3％加入季戊四醇，按TiO2总重量的0.15％加入邻苯二甲酸二丁酯，在25℃的条件下搅拌3小时，用真空过滤脱水，在烘箱中干燥后再用过热蒸汽气流粉碎，可获得所说的化纤钛白。水分散性为96.6％，电阻率为7000Ω·cm，粗粒子数为4个/5.5×10-4cm3，热稳定性为38min。
实施例13操作过程如实施例12，表面处理后的料浆直接采用喷雾干燥，再用锤式粉碎机进行粉碎，水分散性为94.5％，电阻率为6183Ω·cm，粗粒子数为9个/5.5×10-4cm3，热稳定性为38min。
权利要求
1.一种化纤钛白的表面处理技术及其生产方法，其特征在于主要包括以下步骤(1)对原料进行研磨将原料投入打浆机(1)中，加水打浆；投入研磨机(2)中研磨，再在分级机(3)中除去＞3～5μm的粒子；将细粒子浆液投入浓缩器(4)进行脱水，获得细粒子滤饼；(2)对细粒子滤饼进行表面处理将细粒子滤饼投入表面处理槽(5)，加水打浆，加入有机表面处理剂，表面处理剂的加入量为TiO2总重量的0.02％～0.5％，在10～90℃的条件下搅拌0.5～4小时，采用常规的方法进行干燥、粉碎，即可获得所说的化纤钛白；所说的有机表面处理剂为低碳多羟基醇、长碳链单元醇、长碳链单元酸、低碳多羟基酸、脂肪酸盐、有机胺、酯类、非离子表面活性剂或含羟基或羧基的高分子聚合物及其盐类中的一种或一种以上。
2.如权利要求1所述的化纤钛白的表面处理技术及其生产方法，其特征在于所说的低碳多羟基醇为甘油、季戊四醇、1，4-丁二醇、三羟基甲烷、山梨糖醇中的一种或一种以上；所说的长碳链单元醇为十八醇或月桂醇中的一种或一种以上；所说的长碳链单元酸为豆寇酸、壬二酸或月桂酸中的一种或一种以上；所说的低碳多羟基酸为柠檬酸、酒石酸或对羟基苯甲酸中的一种或一种以上；所说的脂肪酸盐为硬脂酸钠、软脂酸钠、油酸钠或月桂酸钠中的一种或一种以上；常用的有机胺为N-异丙基乙醇胺或三乙醇胺中的一种或一种以上；常用的酯类为邻苯二甲酸二丁酯或邻苯二甲酸二正辛酯中的一种或一种以上；所说的非离子表面活性剂为吐温20(Tween 20)、吐温40(Tween 40)或司本20(Span 20)中的一种或一种以上；所说的含羟基或羧基的高分子聚合物及其盐类为聚乙二醇1500、聚乙二醇4000、聚丙烯酸甲酯或聚丙烯酸钠中的一种或一种以上。
3.如权利要求1所述的化纤钛白的表面处理技术及其生产方法，其特征在于原料投入打浆机(1)中，加水打浆至200～1000g/l。
4.如权利要求1所述的化纤钛白的表面处理技术及其生产方法，其特征在于所说的研磨机(2)为砂磨机或球磨机，并加入1～5mm的玻璃珠或锆珠，研磨0.5～24小时。
5.如权利要求1所述的化纤钛白的表面处理技术及其生产方法，其特征在于在研磨机(2)中研磨后的料浆中先加水稀释至80～300g/l再送入分级器(3)。
6.如权利要求1或5所述的化纤钛白的表面处理技术及其生产方法，其特征在于所说的分级器(3)为重力沉降机或离心分离机。
7.如权利要求1所述的化纤钛白的表面处理技术及其生产方法，其特征在于所说的浓缩器(4)为真空转鼓、真空吸滤机、离心分离机或重力沉降机中的一种。
8.如权利要求1所述的化纤钛白的表面处理技术及其生产方法，其特征在于将细粒子滤饼在投入表面处理槽(5)，加水打浆至200～800g/l，然后进行表面处理。
9.如权利要求1所述的化纤钛白的表面处理技术及其生产方法，其特征在于粉碎过程是在锤式粉碎机、压缩空气气流粉碎机或过热蒸汽气流粉碎机中进行的。
全文摘要
本发明公开了一种化纤钛白的表面处理技术及其生产方法。本发明以锐钛钛白为原料,通过打浆、研磨、分级和有机物的表面处理,在粉体颗粒表面有效地吸附一层有机物,使其在水溶液中处于稳定的分散状态,从而获得一种水分散性>94.5%、电阻率>7000Ω·cm和热稳定性>20min的涤纶、湿法腈纶和粘胶纤维等合成纤维和人造纤维用的化纤钛白。
文档编号C09C3/08GK1271746SQ9911366
公开日2000年11月1日 申请日期1999年4月28日 优先权日1999年4月28日
发明者古宏晨, 韩今依, 方图南, 张仲申, 瞿中凯, 王庭楠, 孟宪辉 申请人:华东理工大学