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| 我國鈦白粉代用品（復合鈦白）的研究現狀及進展 |
| 來源：中國粉體技術網 更新時間：2014-08-13 10:23:40 瀏覽次數： |
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1 鈦白代用品的涵義
（中國粉體技術網/遠志）鈦白代用品材料是指具有鈦白粉顏料性質且成本低廉能夠部分或全部取代鈦白粉加以應用的無機粉體材料。但世界上還未發現在折射率、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。因此，鈦白代用品材料至少在目前并非是由單一物質構成的顏料質材料，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
從TiO2和其它構成材料之間的關系來分，鈦白代用品主要包括以下三種材料：
(1)無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，使用時對鈦白的取代量較小，對降低成本的效果十分有限，市場應用限制較多。日本生產的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機材料顆粒表面包覆結晶的TiO2層形成無機顆粒-TiO2復合粉體，即二氧化鈦包膜復合材料。這類材料由于表面包覆TiO2而呈現TiO2性質，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，無機顆粒-TiO2復合粉體材料中以無機材料為主，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其光學性能來體現的，而其光學性能主要取決于TiO2粒子的表面性質，內核對其光學性能幾乎沒有什么貢獻，所以用一種廉價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紛紛致力于這項技術的研究，并取得了一定的成果。目前國內外復合鈦白的生產方法主要有物理法、化學法和化學物理綜合法三種：
(1)物理法
物理法是由俄羅斯高效工藝材料研究院（原蘇聯國家建委建材中心）開發的一項技術（陳朝華，2006；向燕生，1999；北京市友合組投資管理有限公司，1999）。以無機內核材料（碳酸鈣、高嶺土等）外包鈦白的方法生產包核鈦白。生產中采用離心振動磨等相關設備和工藝，使內核與鈦白之間產生分子間力（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。
但是由于生產過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，難以被市場和用戶接受。
（2）化學法
化學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，國內外都有大量學者進行研究，并取得了一定的成果。
付劍俠等（付劍俠，2008）以工業生產鈦白的中間產物硫酸氧鈦為鈦源，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鍵，而且硅灰石的最高加入量為50%（質量分數）。
Mahshid Pourmand等（Mahshid Pourmand，2008）人在以TiF4為先驅體通過水解的方法在云母的表面上生長結晶度好的TiO2薄膜，并對成膜條件——TiF4的濃度、成膜溫度、沉積時間和pH值對膜的形態、氣孔率和厚度等特性進行了研究。
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鍵因素為改性溫度、改性時間、基體懸浮液濃度、攪拌速度和煅燒溫度。
林海以經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鍵因素。
這一方法存在的問題主要有（丁浩，2006；向燕生，1999）：（a）礦物表面通過水解形成的水合二氧化鈦沉淀物晶形轉化比較困難，不能產生一種晶體，通常產生混晶型產物；（b）水解過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）鈦鹽價格較貴，導致生產成本增加；（d）鈦鹽水解和去除鐵離子等雜質的工序產生大量酸性廢水，污染環境，而且治理污水成本也較高。
（3）化學物理綜合法
化學物理綜合法包核就是利用化學法和物理法包覆原理,通過工藝和配方的調整,巧妙地將化學法和物理法有機地結合起來,達到單純用物理法或化學法無法達到的目的（向燕生，1999）。而機械力化學法就是其中最重要的一種。
丁浩等采用機械力化學法，在碳酸鈣表面進行了TiO2包膜，制備了具有類似鈦白粉顏料性質的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，二者之間是通過各自表面羥基形成的化學作用結合。
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、研磨時間、pH和懸浮液質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，復合時間、復合研磨球料比以及TiO2比例對復合顆粒性能影響顯著，復合顆粒具有類似鈦白粉的顏料性質，當作為顏料用于涂料時，制備得到的涂料的性能優于單純使用鈦白粉制備得到的涂料。
機械力化學法生產復合鈦白具有生產效率高、工藝流程短、節約原材料和能源、無環境污染等優點，而且體系中基體與TiO2之間除了靜電吸附和分子引力，還有化學鍵相連，結合力強，材料在使用時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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