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| 我國鈦白粉代用品（復合鈦白）的研究現狀及進(jìn)展 |
| 來(lái)源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2014-08-13 10:23:40 瀏覽次數： |
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1 鈦白代用品的涵義
（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/遠志）鈦白代用品材料是指具有鈦白粉顏料性質(zhì)且成本低廉能夠部分或全部取代鈦白粉加以應用的無(wú)機粉體材料。但世界上還未發(fā)現在折射率、遮蓋性、色調和光穩定性等方面均與結晶TiO2相同或相當接近的物質(zhì)。因此，鈦白代用品材料至少在目前并非是由單一物質(zhì)構成的顏料質(zhì)材料，而是指由結晶TiO2和其它材料構成的復合體或復合材料。
2 鈦白代用品的分類(lèi)
從TiO2和其它構成材料之間的關(guān)系來(lái)分，鈦白代用品主要包括以下三種材料：
(1)無(wú)序混合性二氧化鈦復合顏料。是指鈦白粉(結晶TiO2)與其它白色顏料或白色填料經(jīng)均混而成的復合體材料，兩者之間的相對位置不確定。復合顏料結晶TiO2與其它顏料或填料間靠靜電力、粘附力和范德華力實(shí)現微弱結合，復合體顆粒間、結晶TiO2顆粒之間、其它顏填料顆粒間團聚現象嚴重；相當多的TiO2分布在單元顆粒(各團聚體)的內部。因而，以此形成的鈦白代用品材料其顏料性能較差，使用時(shí)對鈦白的取代量較小，對降低成本的效果十分有限，市場(chǎng)應用限制較多。日本生產(chǎn)的SiO2復合鈦白顏料主要用于合成纖維制品。英國和法國的滑石基復合鈦白僅用于造紙。我國的煅燒高嶺土與鈦白混合的復合顏料只用于涂料。
(2)有序凝聚型二氧化鈦復合顏料。是指鈦白顆粒(結晶TiO2)與其它白色顏料或白色填料之間通過(guò)凝聚作用結合而成的復合粉體。
(3)二氧化鈦包膜復合顏料。這種復合顏料是在無(wú)機材料顆粒表面包覆結晶的TiO2層形成無(wú)機顆粒-TiO2復合粉體，即二氧化鈦包膜復合材料。這類(lèi)材料由于表面包覆TiO2而呈現TiO2性質(zhì)，因此具有較好的顏料性能，可較大比例或完全取代鈦白粉加以應用。與前兩種材料不同，無(wú)機顆粒-TiO2復合粉體材料中以無(wú)機材料為主，TiO2比例較低，可以明顯降低鈦白粉的用量和使用成本（丁浩，2006）。
3 復合鈦白的研究現狀
鈦白粉的顏料性能是通過(guò)其光學(xué)性能來(lái)體現的，而其光學(xué)性能主要取決于TiO2粒子的表面性質(zhì)，內核對其光學(xué)性能幾乎沒(méi)有什么貢獻，所以用一種廉價(jià)易得的白色材料取代TiO2顆粒的內核，則可以大大降低鈦白的成本。美國、英國、德國、日本和中國等多年來(lái)紛紛致力于這項技術(shù)的研究，并取得了一定的成果。目前國內外復合鈦白的生產(chǎn)方法主要有物理法、化學(xué)法和化學(xué)物理綜合法三種：
(1)物理法
物理法是由俄羅斯高效工藝材料研究院（原蘇聯(lián)國家建委建材中心）開(kāi)發(fā)的一項技術(shù)（陳朝華，2006；向燕生，1999；北京市友合組投資管理有限公司，1999）。以無(wú)機內核材料（碳酸鈣、高嶺土等）外包鈦白的方法生產(chǎn)包核鈦白。生產(chǎn)中采用離心振動(dòng)磨等相關(guān)設備和工藝，使內核與鈦白之間產(chǎn)生分子間力（范德華力、氫鍵力）和靜電引力等，從而相互吸附成為包核鈦白。
但是由于生產(chǎn)過(guò)程中鈦白與內核之間的結合力較弱，鈦白容易從內核表面脫落，使得復合鈦白性能不穩定，難以被市場(chǎng)和用戶(hù)接受。
（2）化學(xué)法
化學(xué)法是制備二氧化鈦包膜復合材料的傳統方法。它的原理是：將鈦鹽水解生成的水合二氧化鈦沉淀包覆在非金屬礦物基體表面，然后通過(guò)焙燒使二氧化鈦晶體化，形成表面具有晶體二氧化鈦層的復合顏料（陳朝華，2006；向燕生，1999）。在這方面，國內外都有大量學(xué)者進(jìn)行研究，并取得了一定的成果。
付劍俠等（付劍俠，2008）以工業(yè)生產(chǎn)鈦白的中間產(chǎn)物硫酸氧鈦為鈦源，用其水解法在粉石英表面包覆了一層鈦白，研究了外加劑、晶種以及溫度對包覆效果的影響，在優(yōu)化反應的工藝條件下得到了白度為89的復合粉體。
楊少鳳等（楊少鳳，2000）以硅灰石為核心，采用化學(xué)沉淀法在其表面均勻包覆一層納米TiO2，形成了具有與鈦白粉相似性質(zhì)的硅灰石復合鈦白，并且得出結論，硅灰石的預處理是包覆的關(guān)鍵，而且硅灰石的最高加入量為50%（質(zhì)量分數）。
Mahshid Pourmand等（Mahshid Pourmand，2008）人在以TiF4為先驅體通過(guò)水解的方法在云母的表面上生長(cháng)結晶度好的TiO2薄膜，并對成膜條件——TiF4的濃度、成膜溫度、沉積時(shí)間和pH值對膜的形態(tài)、氣孔率和厚度等特性進(jìn)行了研究。
丁希樓、張國棟以鈦鹽、氫氟酸、硼酸為原料，采用液相沉積法在高嶺土顆粒表面包覆二氧化鈦膜，確定了影響包覆效果的關(guān)鍵因素為改性溫度、改性時(shí)間、基體懸浮液濃度、攪拌速度和煅燒溫度。
林海以經(jīng)超細粉碎的煤系煅燒高嶺土為基體，在其表面包覆厚度為150nm、均勻且致密的二氧化鈦膜，并得出結論：改性溫度和改性時(shí)間、改性藥劑用量、基體懸浮液濃度和攪拌速度是影響包覆效果的關(guān)鍵因素。
這一方法存在的問(wèn)題主要有（丁浩，2006；向燕生，1999）：（a）礦物表面通過(guò)水解形成的水合二氧化鈦沉淀物晶形轉化比較困難，不能產(chǎn)生一種晶體，通常產(chǎn)生混晶型產(chǎn)物；（b）水解過(guò)程受鈦鹽濃度和基體材料固含量的影響，TiO2包覆量比較難控制；（c）鈦鹽價(jià)格較貴，導致生產(chǎn)成本增加；（d）鈦鹽水解和去除鐵離子等雜質(zhì)的工序產(chǎn)生大量酸性廢水，污染環(huán)境，而且治理污水成本也較高。
（3）化學(xué)物理綜合法
化學(xué)物理綜合法包核就是利用化學(xué)法和物理法包覆原理,通過(guò)工藝和配方的調整,巧妙地將化學(xué)法和物理法有機地結合起來(lái),達到單純用物理法或化學(xué)法無(wú)法達到的目的（向燕生，1999）。而機械力化學(xué)法就是其中最重要的一種。
丁浩等采用機械力化學(xué)法，在碳酸鈣表面進(jìn)行了TiO2包膜，制備了具有類(lèi)似鈦白粉顏料性質(zhì)的CaCO3/TiO2復合材料，并得出結論，復合材料中，TiO2在CaCO3表面形成均勻包覆，二者之間是通過(guò)各自表面羥基形成的化學(xué)作用結合。
劉杰等采用濕法超細研磨對煅燒高嶺土和鈦白粉進(jìn)行了復合，制得了在主要物理性能指標上接近鈦白粉，可作為鈦白粉使用的復合粉體。并得出結論，復合配比、研磨時(shí)間、pH和懸浮液質(zhì)量分數是影響包覆效果的主要因素。
丁浩等采用機械力化學(xué)包覆方法，在絹云母表面包覆TiO2及制備了絹云母復合顆粒材料。結果表明，復合時(shí)間、復合研磨球料比以及TiO2比例對復合顆粒性能影響顯著(zhù)，復合顆粒具有類(lèi)似鈦白粉的顏料性質(zhì)，當作為顏料用于涂料時(shí)，制備得到的涂料的性能優(yōu)于單純使用鈦白粉制備得到的涂料。
機械力化學(xué)法生產(chǎn)復合鈦白具有生產(chǎn)效率高、工藝流程短、節約原材料和能源、無(wú)環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)，而且體系中基體與TiO2之間除了靜電吸附和分子引力，還有化學(xué)鍵相連，結合力強，材料在使用時(shí)TiO2 與包核基體之間不易脫離，從而提升了其顏料性能，可大比例取代鈦白粉加以使用。
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