鈦白粉主要由晶相二氧化鈦（TiO2，金紅石和銳鈦礦型）顆粒組成，由于其顆粒微細（200?300nm），表面活性高，故團聚現象十分嚴重，導致其顏料性能不能有效發(fā)揮，使用效率降低。
通過(guò)制備與鈦白粉性能相似的礦物- TiO2復合顏料，是緩解鈦白粉生產(chǎn)和應用中存在的資源、環(huán)境與成本價(jià)格等問(wèn)題的有效措施，同時(shí)還有利于非金屬礦物資源的高效利用。
硅灰石是一種偏硅酸鹽礦物，其折光指數（1.63）高于許多白色礦物，表面易生成OH-等活性基團，這些特征都有助于在制備以硅灰石為基體，通過(guò)表面包覆TiO2的復合顏料中形成協(xié)同效應。
1、硅灰石-TiO2復合顏料的制備
原料：硅灰石樣品白度94.0%，蓋力272.65g/m2，吸油量11.2g/100g，D50為15.25μm，D90為58.65μm。
采用液相機械力研磨方式，通過(guò)硅灰石與TiO2濕法共混研磨手段實(shí)現TiO2顆粒在硅灰石表面的包覆。
將預先研磨的硅灰石基體與預先分散的TiO2懸浮體均混，然后置于超細攪拌磨中研磨制得復合物漿料，復合物漿料脫水、干燥、打散即制得硅灰石-TiO2復合顏料，其工藝流程見(jiàn)下圖。
圖1 硅灰石-TiO2復合顏料制備工藝
硅灰石-TiO2共研磨的目的是:（1）使硅灰石和TiO2顆粒得到分散和表面活化，進(jìn)而促進(jìn)二者在水介質(zhì)中的水化及羥基化等反應；（2）通過(guò)研磨過(guò)程輸入較高能量，提高硅灰石與TiO2顆粒間的碰撞幾率，克服二者排斥作用的能壘以接近到顆粒表面官能團相互作用的范圍，促進(jìn)硅灰石與TiO2顆粒間實(shí)現牢固結合。
2、硅灰石研磨時(shí)間對復合顏料性能的影響
硅灰石系硅酸鹽礦物，鏈狀結構，主要解理面（平行（100）面，沿縱向表面）上為Si-O斷鍵，因平衡該斷鍵，硅灰石在水介質(zhì)中易發(fā)生表面水解羥基化現象而產(chǎn)生一定數量的Si-OH活性基團，這些羥基基團即可成為與TiO2表面羥基通過(guò)氫鍵，或彼此脫羥縮合作用實(shí)現牢固結合的基礎。
對硅灰石礦物進(jìn)行預先研磨，不僅能使所制備的復合顆粒材料滿(mǎn)足在應用時(shí)的粒度要求，也可使基體顆粒表面產(chǎn)生一定程度的活性以促進(jìn)其與TiO2的復合反應。
圖2 硅灰石研磨時(shí)間對復合顏料性能的影響
隨硅灰石研磨時(shí)間增加，硅灰石- TiO2復合顏料吸油量持續增大，至研磨90min時(shí)平穩；復合顏料遮蓋力呈先減小后增大現象。結果說(shuō)明硅灰石基體適度研磨有利于提高顏料性能，以預先研磨30min為最佳。
3、復合體系pH值對復合顏料性能的影響
圖3 復合體系pH值對復合顏料性能的影響
由上可看出，pH值由6增大至7，復合顏料遮蓋力和吸油量值均呈現下降趨勢，當pH值再逐漸增大至9時(shí)，遮蓋力和吸油量均又顯著(zhù)提高，然后趨于平穩。顯然，pH值為7時(shí)復合顏料性能最佳。
4、復合過(guò)程機械力對復合顏料性能的影響
圖4 復合過(guò)程機械力對復合顏料性能的影響
隨攪拌磨轉速增加，所得復合顏料的遮蓋力先增大后減小，吸油量值逐漸增大；隨球料比提高，復合顏料吸油量先增大后降低，其中在球料比為5:1時(shí)達最高值，說(shuō)明復合效果差。
復合產(chǎn)物遮蓋力則隨球料比從0至4.5:1范圍增加而顯著(zhù)降低，球料比超過(guò)4.5:1，遮蓋力小幅增加后又降低。由于球料比4.5:1條件下復合顏料遮蓋力值最小，吸油量也保持較低值，所以認為該條件的復合效果為最佳。同時(shí)也說(shuō)明，在濕法機械研磨制備硅灰石-TiO2復合顏料過(guò)程中，球料比應保持合理值。
由此可總結出，在濕法機械研磨制備硅灰石-TiO2復合顏料工藝中，研磨過(guò)程所傳遞的機械力對復合過(guò)程具有重要影響，以保持適度為佳。
5、硅灰石-TiO2比例對復合顏料的性能的影響
表1 TiO2復合比例對復合顏料性能的影響
硅灰石原料（TiO2復合比例0%）白遮蓋力值高達272.65g/m2，說(shuō)明基本沒(méi)有遮蓋能力，而硅灰石與TiO2各比例復合產(chǎn)物遮蓋力大多小于20g/m2，并與TiO2接近，這說(shuō)明復合顆粒呈現TiO2性質(zhì)，而硅灰石的性質(zhì)被弱化，推測應為T(mén)iO2在硅灰石表面包覆所致。
隨TiO2比例的增加，硅灰石-TiO2復合顆粒的遮蓋力值逐漸降低，表明遮蓋性能逐漸提高，其中TiO2復合量45%時(shí)，遮蓋力值為17.97g/m2，相對遮蓋力（E）為81.08%，相比于所含TiO2按自身比例的貢獻值提升（△E）36.08%；硅灰石-TiO2復合顏料的吸油量在TiO2復合量35%至45%較低，在30%和50%條件下較高，顯然，TiO2含量45%較適宜。
6、硅灰石-TiO2復合顏料的形貌與結構
圖5 硅灰石與TiO2顆粒復合前后SEM圖
從上圖可看出，硅灰石顆粒呈棒狀，解理完整，表面光滑平整。TiO2顆粒呈塊狀，粒度大小均勻，約0.3μm，分散良好。
硅灰石與TiO2復合后，表面出現均勻包覆的細小顆粒物（圖5c），這使得硅灰石光滑的表面變得粗糙，顯然，這是TiO2顆粒在硅灰石表面包覆所造成。由于TiO2顆粒的包覆完整，所以推斷硅灰石-TiO2復合顏料應呈現出TiO2性質(zhì)，即具有和TiO2相似的顏料性能。
7、結論
硅灰石-TiO2顆粒復合過(guò)程中，硅灰石基體研磨時(shí)間、復合體系pH值和研磨機械力是影響硅灰石與TiO2顆粒復合及顏料性能的重要因素。
采用水介質(zhì)中濕法超細研磨方式制備了硅灰石-TiO2復合顏料，其性能與鈦白粉相當，TiO2比例45%的復合顏料遮蓋力為17.97g/m2，比TiO2按自身比例的貢獻值提升36.08%。硅灰石-TiO2復合顏料的顆粒以TiO2顆粒均勻包覆在硅灰石表面為特征所形成。
資料來(lái)源：機械研磨方法制備硅灰石-TiO2復合顏料實(shí)驗研究，作者：陳婉婷，丁浩，王春洪
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