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      1. 集研發、生產、銷售為一體 主要生產經銷鈦白粉等粉體化工原料

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        鈦白粉的應用

        發布時間:2024-05-20 瀏覽量: 來源: 微鈦空間
          摘要:通過改善水解工藝參數來提升偏鈦酸的粒徑表現,并優化表面處理技術,在其表面包裹一層致密均勻的膜,降低鈦白粉的吸油量,提升應用性能。并采用一系列物理、化學測試方法研究晶種鈦液加量對偏鈦酸粒徑的影響以及不同包膜工藝對吸油量和應用性能的影響。結果表明,晶種鈦液加量2%,偏鈦酸性能最佳;硅酸鈉加量2%,偏鋁酸鈉加量4%,吸油量最低;選用三甲基硅醇為有機包膜劑時,鈦白粉應用性能最佳。
          關鍵詞:木地板裝飾紙;偏鈦酸;鈦白粉;裝飾紙;水解工藝
          木地板在家裝中具有舉足輕重的地位。我國于前幾年開始實施天然林保護工程,禁止砍伐天然林,實木地板的資源受到極大的限制。隨著材料行業的發展,相關替代產品早已更新迭代,對于目前的木地板市場來說,強化木地板銷量僅次于實木地板。有數據表明,預計至2027年全球強化木地板市場規模將會達到5 934.76億元,以6.25%的復合年增長率增長,且該產品品類豐富,具有耐磨、護理性佳、性價比強和裝飾性好,以及優良的耐火性[1]。
          裝飾紙作為強化木地板的中間層來使用,不僅對人造板起到了一定的保護作用,更重要的是拓寬了強化地板的應用范圍,增強了其自身的裝飾性能,提升了其自身的附加價值[2-3]。
          裝飾紙主要以優質木漿和鈦白粉為主要原料、經過特殊工藝加工而成,鈦白粉作為裝飾紙用量最大的填料,具有較好的耐候性、遮蓋力、分散性和留著率。在紙張中加入鈦白粉,可使紙張具有較好的亮度、光澤度、力學強度,薄而光滑,印刷時不穿透,質量輕。紙用鈦白粉一般使用未經表面處理的銳鈦型鈦白粉,可以起到熒光增白劑的作用,增加紙張的亮度,但裝飾層壓紙要求使用經過表面處理的金紅石型鈦白粉,金紅石型TiO2具有最高的光折射率,在裝飾紙的應用中,表現出極好的遮蓋力,同時TiO2具有極強的紫外線吸收能力,是一種天然的紫外線吸收劑,在日光的照射下,表現出良好的耐光性和耐候(溫)性[4-5]。
          另外,為了能夠使強化木地板具備優良的抗污性和耐磨性,這需要對鈦白粉的基礎形態和應用性能進行改性,本文從水解工藝粒徑控制及表面處理等方面改進鈦白粉的性能,制備出一種適用于強化木地板紙的金紅石型鈦白粉,并探究不同處理方法對產品性能的影響。
          1試驗部分
          1.1試驗原料及儀器
          試驗藥品:濃鈦液(192~200 g/L)、金紅石型晶種、三價鈦還原劑均為自制;硅酸鈉、偏鋁酸鈉,山東嘉虹化工有限公司,工業純;三甲基硅醇,上?;萁窕べQ易有限公司,工業純;聚甲基硅氧烷,廊坊藍科化學有限公司;二異丙醇胺,南京北化化工有限公司;偏鋁酸鈉、硫酸,分析純,國藥集團化學試劑有限公司;去離子水,自制。
          試驗儀器:反應釜,威?;C械有限公司;SHZD(III)型循環真空泵,鄭州科達機械儀器設備有限公司;恒溫水浴鍋,常州億通分析儀器制造有限公司;真空干燥箱,蘇州歐文烘箱制造有限公司;SK-DC 1800超聲波清洗器,張家港市神科超聲電子有限公司;小型高速粉碎機,廣州市旭朗機械設備有限公司;AS50A實驗用氣流粉碎機,上海捷謄粉體設備有限公司;ZP100壓片機,上海天祺制藥機械有限公司;MS2000粒徑測定儀,馬爾文儀器公司;ZESSEVO 18型掃面電子顯微鏡,德國卡爾蔡司公司。
          1.2強化木地板紙用金紅石型鈦白粉的制備工藝
          1)取200L濃鈦液(192~200g/L),加入計量好的金紅石型晶種,在一定條件下進行水解反應,得到偏鈦酸。
          2)將所得偏鈦酸進行水洗過濾,加入硫酸溶,液再加入三價鈦還原劑和金紅石型晶種,升溫攪拌3 h。
          3)將還原后的偏鈦酸進行水洗過濾,經鹽處理后放入馬弗爐內煅燒。
          4)取煅燒后的鈦白粉500 g,轉入燒杯,加水稀釋至750 g/L左右。
          5)放入恒溫水浴鍋中升溫至85℃,加入1.0%~3.0%硅酸鈉溶液(以SiO2計),同時利用硫酸調節pH在10左右。
          6)調節反應器內pH至7~8左右,升溫至85℃,添加3%~5%的偏鋁酸鈉(以Al2O3計)溶液同時用硫酸調節pH維持在10左右。
          7)轉入漏斗進行洗滌至洗滌水電導率80μs/cm以下,得到的產品放入真空干燥箱中干燥。
          8)得到的粉料置于氣流粉碎機中有機處理得到最終產品。
          1.3性能測試
          1.3.1偏鈦酸粒徑測試
          在室溫條件下,取0.5 g偏鈦酸置于400 mL燒杯中,加入六偏磷酸鈉3 mL及去離子水200 mL輕微攪拌,將燒杯置于超聲機中超聲20 min,備用。
          打開粒徑測試儀,進行預對光處理,更換樣品容器中的純水,進行對光處理,將超聲備用的鈦白粉溶液倒入裝有純水的容器中,使遮光度在5%~8%之間,點擊開始進行測試,測試平行數據3次,取平均值。
          1.3.2鈦白粉基本性能測試
          遮蓋力測試,按照GB 5211.17—1988《白色顏料對比率(遮蓋力)的比較》測試;消色力測試,按照GB/T 5211.16—2007《白色顏料消色力的比較》測試;電阻率測定,按照GB/T 5211.12—2007《顏料水萃取液電阻率的測定》測試;細度測試,按照GB/T 6753.1—2007《色漆、清漆和印刷油墨研磨細度的測定》測試。
          1.3.3鈦白粉粒徑測試
          在室溫條件下,取0.5 g鈦白粉置于400 mL燒杯中,加入六偏磷酸鈉3 mL及去離子水200 mL輕微攪拌,將燒杯置于超聲機中超聲20 min,備用。
          打開粒徑測試儀,進行預對光處理,更換樣品容器中的純水,進行對光處理,將超聲備用的鈦白粉溶液倒入裝有純水的容器中,使遮光度在5%~8%之間,點擊開始進行測試,測試平行數據3次,取平均值。
          1.3.4鈦白粉金紅石晶型含量測定
          取50 g鈦白粉于粉碎機中,電機轉速15 000 r/min,粉碎1 min;再將粉碎后的鈦白粉,再次粉碎1.5 min;取粉碎后的鈦白粉10 g,置于玻璃壓板上進行磨具壓制,使待測試面光滑且輕敲不脫落為佳。將磨具及試樣放入衍射儀測試口進行測試。掃描角度范圍在24.5~28.5°,管電壓30 V,管電流20 A,掃描方式采用連續掃描,掃描速度0.02°/s。
          1.3.5抗污性能測試
          將化學藥品或污染性物品遺留在強化木地板紙上,24 h后觀察這些物質對地板表面的腐蝕污染情況,判斷污染等級。
          1.3.6耐磨性能測試
          取強化木地板進行摩擦,計強化木地板摩擦破損的次數,判斷耐磨等級。
          1.3.7掃描電子顯微鏡(SEM)測試
          取一定量的樣品分散于無水乙醇中,超聲分散10 min后,取分散后的樣品滴于銅網上,待樣品干燥后放入電子顯微鏡中進行檢測。
          2結果與討論
          2.1晶種加量對水解工藝的影響
          鈦白粉的粒徑表現主要受偏鈦酸的影響,因此對水解反應的控制程度決定了偏鈦酸的質量水平。在偏鈦酸的生產過程中,逐漸由液態轉變為固態時受晶種誘導性最大,因此本文設計以晶種鈦液的添加量為變量,該實驗分為5組,每組晶種鈦液占總鈦液:A,1%;B,2%;C,3%,保持其余反應參數不變,反應過程中的相關參數見表1。

          表1 5組水解反應主要參數值表

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          表1為水解反應過程中各主要節點的參數,當晶種加量較少時,水解反應較慢,一沸時間延長,灰變時間也延長?;易兒罄^續加熱至二沸時,時間縮短,可能是體系內偏鈦酸粒子積聚,使得部分鈦液為水解導致,最終形成的偏鈦酸粒子大,比表面積較小,容易積聚,影響沉降高度。在晶種加量繼續添加的時候,反應較為充分,粒子生長均勻,沉降高度適中。添加量為3%時,第一階段反應更加劇烈,灰變時間縮短,但二沸時間相對延長,可能是二次凝聚能力極弱,形成的偏鈦酸粒子由于粒徑小,更容易在表面形成鍵能。增大其粒子檢測范圍,表現為粒徑增大,沉降高度變大[6]。
          2.2晶種加量對偏鈦酸質量的影響

          3組偏鈦酸的粒徑分布情況如圖1所示。從圖1中可以看出,在晶種鈦液的添加量為1%時,粒子分布不均勻且粒徑較其他兩組更粗,與晶種參與水解反應的機理相符,在2%和3%晶種鈦液添加量的情況下,二者粒徑基本相差不大,但從經濟性方面考量,選用2%的晶種鈦液添加量為最優選。

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          圖1 3組偏鈦酸粒徑分布情況
          2.3表面處理對鈦白粉性能的影響
          鈦白粉作為性能卓著的白色顏料,具有穩定、高白度、高遮蓋率等優點,但其自身存在晶格缺陷,具有較強的光催化活性,在紫外線照射下易粉化,導致耐候性、潤濕性及分散性等應用性能降低,進而影響產品的使用壽命,因此通過在鈦白粉的表面包覆一層或多層無機、有機膜使其表面與介質間形成一道屏障,可降低光催化活性,增強鈦白粉耐候性、分散性、抗污性等應用性能。
          2.3.1無機表面處理對鈦白粉性能的影響
          表2為表面處理包膜試驗各組分組情況,表3為對應分組鈦白粉的吸油量性能測試。從表3可以看出,不同的包膜量對鈦白粉的吸油量存在較大的影響,在包膜量低時,鈦白粉的表面仍存在少量缺陷,表現為吸油量較高。隨著包膜量的上升,鈦白粉表面的缺陷逐漸修復,孔隙減小,表現為吸油量逐漸減小。隨著無機包膜機的進一步增加,可能會出現因包膜不均勻而形成積聚的情況,反而使吸油量上升。因此,結合上述情況,E組包膜量更符合要求。

          表2表面處理小試包膜用量分組%

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          表3各組包膜試驗組吸油量對比g·10g-1

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          與此同時,對表面處理前后的鈦白粉試樣A、B做紅外光譜分析,所得結果如圖2所示。

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          圖2樣品A和樣品B的紅外光譜
          在表面處理前的鈦白粉樣品A和經表面處理后的鈦白粉試樣B的紅外光譜分析圖如圖2所示。由圖2可知,樣品A和樣品B在3 166 cm-1處均出現-OH基團的伸縮振動峰和H-O-H的彎曲振動峰,這是由于金紅石型鈦白粉表面含有大量的羥基,同時伴隨著少量水分的引入,由于相對的包膜含量較少,對表面羥基吸收峰影響不大。同時觀察到B在562 cm-1處有一個微弱的吸收峰,這是由于氧化鋁包覆在鈦白粉表面形成了金屬鍵。
          2.3.2有機表面處理對鈦白粉性能的影響
          鈦白粉的有機包膜通常是在鈦白粉經氣流粉碎時添加,有助于有機包膜劑更好地包覆在鈦白粉的表面,鈦白粉在氣流粉碎前后的粒徑對比情況見表4。

          表4汽流粉碎鈦白粉前后粒徑對比

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          由表4可得,通過3組試驗樣品的粒徑數據對比,D10和D99前后對比差距明顯,粒徑分布改善,在0.2~0.6μm范圍內的鈦白粉粒子含量增多,鈦白粉整體粒徑表現穩定[10]。
          對于氣流粉碎過程中添加的粉碎助磨劑,本實驗選用三甲基硅醇(樣品1)、聚甲基硅氧烷(樣品2)分別進行實驗,并對所得鈦白粉進行應用性能評價。
          表5為用三甲基硅醇和聚甲基硅氧烷2種具備耐高溫屬性的有機助劑在汽流粉碎時進行添加使用,通過對所制備出的鈦白粉進行應用性能測試。從表5中可以看出,所制得的鈦白粉耐溫性能表現較好,耐曬性能也較好,但由于有機硅烷附著在鈦白粉的表面使鈦白粉外表面主要以親油基團為主,親水性差,應用在強化木地板紙上的施工性能較差,表現為耐磨性不足,難以完全應用,相比之下三甲基硅醇作有機助劑使用時,各項性能表現基本符合生產需求。

          表5應用性能測試試驗數據

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          3結論
          本文針對性地制備出一種強化木地板裝飾紙專用金紅石型鈦白粉,并對其制備工藝和應用情況進行測試及分析。確定了晶種鈦液添加量在2%時,偏鈦酸的性能最佳,并確定了硅酸鈉加量2%、偏鋁酸鈉加量4%所處理的鈦白粉吸油量較低。通過在氣流粉碎過程中添加三甲基硅醇,制得的鈦白粉綜合性能優異,應用情況好,滿足客戶需求。
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