為滿(mǎn)足實(shí)際工業(yè)中對鈦白粉應用性能的要求，國內外學(xué)者進(jìn)行了大量鈦白粉無(wú)機包覆實(shí)驗研究。其中，鈦白粉包覆層多為Al3+、Si4+、Zr4+、Be2+、Ti4+、Mg2+、Mn2+、Cr3+、Ce4+等水合氧化物或氫氧化物。目前工業(yè)生產(chǎn)中，Al3+、Si4+、Zr4+應用最為廣泛。
1、鈦白粉無(wú)機包覆方法
依據無(wú)機包覆環(huán)境的不同，可分為干法和濕法兩種，濕法包覆工藝應用最為廣泛。
?。?）干法
干法包覆是通過(guò)氣流載帶作用，采用噴霧法使一種金屬鹵化物吸附于鈦白粉顆粒表面，在過(guò)熱蒸汽等含水條件下水解，或在氧化條件下焙燒氧化。
該工藝流程短，設備成本低，易于連續自動(dòng)化操作。但其顆粒增長(cháng)速度快，過(guò)程控制難，產(chǎn)品穩定性差，限制了其應用。
?。?）濕法
以水（或其他溶劑）為介質(zhì)，進(jìn)行鈦白粉包覆的工藝稱(chēng)為濕法包覆。濕法包覆可分為煮沸法、中和法和碳化法。
煮沸法：在強加熱條件下，包覆劑水解，沉積于鈦白粉顆粒表面，形成包覆層。該工藝過(guò)程控制難，水解不完全，適應性差。
中和法：采用酸堿中和，在鈦白粉顆粒表面持續反應成膜。中和法又可分為以下三類(lèi)：
?、偌訅A中和沉淀酸性包覆劑，常用的堿性沉淀劑有NH3•H2O、NaOH、Na2CO3等；②加酸中和沉淀堿性包覆劑，常用酸性沉淀劑有H3PO4、H2SO4、HNO3、HCl；③酸性及堿性包覆劑共沉淀，常見(jiàn)有Al2(SO4)3與NaAlO2共沉淀等。
在反應過(guò)程中，酸、堿中和劑與包覆劑中陰離子及陽(yáng)離子同時(shí)反應形成沉淀，故包覆層并非純水合氧化物。劉不盡等在包覆過(guò)程中通過(guò)加入含磷化合物，反應生成了磷酸鋁、磷酸鋯等沉淀，明顯提升了鈦白粉的耐候性。
碳化法：將CO2氣體通入含有包覆劑的堿性鈦白粉懸浮液中，使包覆劑在TiO2顆粒表面緩慢沉淀成膜。該工藝應用于Si-Al復合包覆，所得產(chǎn)品包覆層更均勻，光穩定性更強。
上述無(wú)機包覆方法中，中和濕法包覆工藝因其條件及包覆層可控，產(chǎn)品穩定等優(yōu)勢，成為現階段實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中最常用的方法。
2、鈦白粉無(wú)機包覆機理
?。?）靜電吸附理論
靜電吸附理論認為，鈦白粉顆粒表面與包覆劑帶相反電荷，包覆劑在庫侖力作用下吸附于鈦白粉顆粒表面。
Homola等研究發(fā)現，鈦白粉漿料在一定反應pH值范圍內，與其表面帶相反電荷的包覆劑通過(guò)靜電作用吸附沉積于鈦白粉顆粒表面形成包覆層。靜電吸附理論具有一定局限性，不能解釋在鈦白粉表面形成包覆層并持續增厚的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。
?。?）化學(xué)鍵合理論
化學(xué)鍵合理論認為，包覆劑在鈦白粉顆粒表面并非簡(jiǎn)單物理粘附，而存在牢固的化學(xué)鍵。包覆劑沉淀形成羥基水合氧化物，與鈦白粉顆粒表面羥基縮合形成羥橋，形成結合牢固的化學(xué)鍵。
Wu等以硬脂酸鹽為包覆劑，進(jìn)行了表面包覆機理研究，結果表明，硬脂酸的羧基與鈦白粉表面羥基發(fā)生縮合，形成穩定不易脫落的硬脂酸包覆層?；瘜W(xué)鍵合理論更容易被廣大學(xué)者所接受。
?。?）異相成核理論
異相成核理論認為，在異相晶體表面形成晶核，其表面能明顯小于均相成核，故異相表面成核優(yōu)于自身均相成核，為鈦白粉表面包覆創(chuàng )造了有利條件。鈦白粉無(wú)機包覆過(guò)程中，溶液逐漸反應形成溶膠，當溶膠濃度低，易于鈦白粉顆粒表面成核，降低體系自由能。新相生成后在相同或相似基底上優(yōu)先沉淀，新生成溶膠在鈦白粉顆粒表面繼續成核并生長(cháng)成膜。
?。?）溶膠-吸附-凝膠-成膜理論
溶膠-吸附-凝膠-成膜理論認為，包覆劑水解形成溶膠后，在庫侖力作用下吸附至鈦白粉顆粒表面，溶膠表面羥基與鈦白粉表面羥基縮合，新生成溶膠將在鈦白粉表面繼續成核并生長(cháng)成膜。因此，鈦白粉表面包覆過(guò)程是靜電吸附、表面化學(xué)鍵合及異相成核三者的結合。
資料來(lái)源：《董雄波. 鈦白粉表面無(wú)機包覆微觀(guān)結構調控及性能優(yōu)化機理研究[D].中國礦業(yè)大學(xué)(北京),2020》，由【粉體技術(shù)網(wǎng)】編輯整理，轉載請注明出處！
更多精彩！歡迎掃描下方二維碼關(guān)注中國粉體技術(shù)網(wǎng)官方微信（粉體技術(shù)網(wǎng)）
|
