[包核鈦白顏料生產(chǎn)的技術(shù)原理及發(fā)展方向]
發(fā)布日期：[2008/8/22]
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1.概述
眾所周知，鈦白（TiO2）作為一種優(yōu)異的白色顏料，實(shí)際可被利用和發(fā)揮作用的只是鈦白顏料粒子的外表面。而粒子的內(nèi)核則沒(méi)有發(fā)揮應(yīng)有作用。因此，作為顏料級(jí)鈦白，其以內(nèi)核形式存在實(shí)際是一種資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。據(jù)資料[1]介紹：目前每年全球鈦白顏料的生產(chǎn)和消費(fèi)量350～380萬(wàn)噸，而鈦白作為內(nèi)核的浪費(fèi)則占總量的30%～60%，這是一個(gè)十分驚人的數(shù)字。
如果將這部分被浪費(fèi)的內(nèi)核節(jié)約下來(lái)，用低成本的無(wú)機(jī)內(nèi)核取，核外包覆可充分利用和發(fā)揮作用的顏料級(jí)鈦白，則將極大地提高顏料級(jí)鈦白的資源利用性，更給經(jīng)濟(jì)、環(huán)保及社會(huì)帶來(lái)意義深遠(yuǎn)的價(jià)值和影響。目前市上出售的云母鈦珠光顏料，嚴(yán)格意義上也是一種全膜鈦白粉，只不過(guò)云母鈦珠顏料與包核鈦白所包覆的內(nèi)核不同，而且，全覆量、包覆方法、包覆粒子的粒徑以及用途不同而已。因此從一定意義上說(shuō)包核鈦白已具有30多年的歷史。
正是因?yàn)樵颇糕佒楣忸伭系纳a(chǎn)原理和成熟技術(shù)給我們的啟發(fā)，使包核鈦白能較快地得到工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用。在實(shí)際應(yīng)用中包核鈦白的某些性能甚至超過(guò)美國(guó)杜邦公司的R-902的水平，而成和介格則遠(yuǎn)低于R-902，顯示出誘人的廣闊前景。
2.包核鈦白的生產(chǎn)技術(shù)原理
2.1根據(jù)文獻(xiàn)介紹及我們的研究結(jié)果表明，目前國(guó)內(nèi)包核鈦白的生產(chǎn)有三種方法：①物理方法②化學(xué)方法③物理和化學(xué)綜合方法，這三種方法由于原理的不同，生產(chǎn)出的包核鈦白在質(zhì)量和成本上有很大差異。
上述三種方法盡管有方法、質(zhì)量、成等差異，但是很重要的一點(diǎn)是相同的。那就是干法生產(chǎn)包核鈦白，與一般包覆方法，如云母鈦生產(chǎn)的濕法有本質(zhì)的不同。干法生產(chǎn)包核鈦白的優(yōu)點(diǎn)是：設(shè)備投資少，生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)成本低，沒(méi)有環(huán)境污染。
2.2物理法生產(chǎn)原理及其缺陷
2.2.1物理法生產(chǎn)包核鈦白是自俄羅斯高效工藝材料研究院（原蘇聯(lián)國(guó)家建委建材中心）引進(jìn)的一項(xiàng)技術(shù)。該技術(shù)以無(wú)機(jī)內(nèi)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(shè)備和工藝，使內(nèi)核與鈦白之間產(chǎn)生分子間力（范德華力、氫鍵力）和靜電力等，從而相互吸附成為包核鈦白。該法的優(yōu)點(diǎn)是：生產(chǎn)效率高、工藝流程短、節(jié)約原材料和能源，沒(méi)有環(huán)境污染。
2.2.2物理法生產(chǎn)包核鈦白的缺陷
2.2.2.1由于工藝和設(shè)備的原因，生產(chǎn)過(guò)程中鈦白與內(nèi)核之間相互吸附是不完全的，核與鈦白之間的相互吸附不可能達(dá)到100%，而是呈概率分布，因此只具有統(tǒng)計(jì)學(xué)上的意義。所以生產(chǎn)出的包核鈦白量極不穩(wěn)定，難以被市場(chǎng)和客戶接受。
2.2.2.2由于鈦白對(duì)內(nèi)核的包覆僅是物吸附，其分子間的作用力和靜電力較弱，鈦白容易從內(nèi)核的表面脫落。包核鈦白在介質(zhì)中不能承受高剪切力和強(qiáng)擠出力，從而使包核鈦白應(yīng)用性能下降甚至喪失。因此，綜合以上因素分析，單純依靠物理法生產(chǎn)包核鈦白這條途徑是行不通的，將逐步被淘汰。
2.3化學(xué)法生產(chǎn)包核鈦白的原理
針對(duì)物理法生產(chǎn)包核鈦白的缺陷，我們摒棄了物理法，成功地開(kāi)發(fā)出化學(xué)法生產(chǎn)包核鈦白的配方和工藝，從而使包核鈦白在實(shí)用化方面較物理法大大地前進(jìn)了一步。
2.3.1化學(xué)法包核就是用專用的包覆劑進(jìn)行化學(xué)包覆。這里采用的包覆每個(gè)分子中必須有至少兩個(gè)或兩個(gè)以上的官能團(tuán)，其中一個(gè)官能團(tuán)可以與內(nèi)核材料作用使包覆劑能牢固地吸附在內(nèi)核材料上，另一個(gè)基團(tuán)可與鈦白反應(yīng)并吸附在鈦白的表面上，從而使內(nèi)核材料與外層鈦白粉牢固地相互吸附。以上兩個(gè)反應(yīng)可以同時(shí)進(jìn)行，又可以分步進(jìn)行。具體如何進(jìn)行，應(yīng)視包核鈦白產(chǎn)品的用途及其具體配方，工藝要求而言。
2.3.2采用化學(xué)法包覆后，其中的內(nèi)核與鈦白之間是以共價(jià)健的形式吸附的，所以化學(xué)法包覆的內(nèi)核與外層鈦白之間吸附力比物理法牢固得多。故生產(chǎn)的包核鈦白較物理法無(wú)論是質(zhì)量還是性能均大大地提高了一步，各項(xiàng)性能都能滿足應(yīng)用要求。
2.3.3為了使化學(xué)法包核鈦白分別適用于涂料、塑料、橡膠、造紙等領(lǐng)域，可以選擇不同的包覆劑以形成包核鈦白的系列產(chǎn)品，每個(gè)系列產(chǎn)品又可分為若干個(gè)牌號(hào)。為了提高包核鈦白的通用性能，我們可以選擇兩種或兩種以上的包覆劑，以增加包覆后的協(xié)同效果，提高其通用性能，使包核鈦白具有更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。
2.3.4雖然化學(xué)法生產(chǎn)包核鈦白成功地解決了應(yīng)用性能，穩(wěn)定性等量問(wèn)題，但我們?nèi)甓嗟膶?shí)踐證明單純的化學(xué)法生產(chǎn)包核鈦白仍然有一些缺點(diǎn)。其一：雖然可以解決質(zhì)量的根本性問(wèn)題，但因考慮到環(huán)境保護(hù)，設(shè)備投資，生產(chǎn)效率以及能源消耗等限制因素，選擇了干法工藝生產(chǎn)包核鈦白。由于干法工藝身的局限，不得不加大包覆劑的用量，以其達(dá)到最佳質(zhì)量。這無(wú)疑提高了生產(chǎn)成本，使利潤(rùn)大幅下降。第二，包覆利用量并非越多越好，過(guò)量的包核劑對(duì)介質(zhì)的性能具有一定負(fù)面影響，這方面應(yīng)用實(shí)例很多，本文不再深入討論。
2.3.5根據(jù)以上討論，我們以為：?jiǎn)渭兊幕瘜W(xué)生產(chǎn)法絕非盡善盡美，而是有缺點(diǎn)的。若不考慮過(guò)量的包覆劑造成的負(fù)面影響，單就包覆劑成本這一項(xiàng)而言，也是不能令人滿意的。
2.4化學(xué)物理綜合法生產(chǎn)原理
2.4.1鑒于化學(xué)法包覆成本較高，包覆劑用量為內(nèi)核的0.1～10%，且單純的化學(xué)包覆法中過(guò)量的包覆劑對(duì)介質(zhì)有一定負(fù)面影響等原因，我們進(jìn)一步開(kāi)發(fā)出化學(xué)物理綜合法生產(chǎn)包核鈦白的技術(shù)，從而使產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品成本等技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了令人滿意的程度。
2.4.2化學(xué)物理綜合法包核就是利用化學(xué)法和理法包覆原理，通過(guò)工藝和配方的調(diào)整，巧秒地將化學(xué)法和物理法有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，達(dá)到單純用物理法或化學(xué)法無(wú)法達(dá)到的目的。
2.4.3化學(xué)物理法摒棄了物理法單純依靠物理作用力包覆，使物理法的作用力得到最大程度地發(fā)揮的保持。同時(shí)又揚(yáng)棄了化學(xué)法過(guò)份依賴于覆劑和成本較高的缺點(diǎn)，使包覆劑用量下降了一個(gè)數(shù)量級(jí)，大幅度降低了成本?；瘜W(xué)物理法的實(shí)質(zhì)量充分發(fā)揮化學(xué)法和物理法各自的作用，按照一定的工藝和配，二法并存產(chǎn)生協(xié)同作用，達(dá)到二法單獨(dú)所難以達(dá)到的作用，提高了產(chǎn)品的性能和穩(wěn)定性，降低了產(chǎn)品成本，產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力得到了最大程度的提高。
