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【技術(shù)】鈦白粉無(wú)機(jī)/有機(jī)包覆改性技術(shù)及特點(diǎn)

　金紅石型鈦白粉是一種帶隙寬度大致約為3.0eV的半導(dǎo)體，在未經(jīng)過(guò)表面改性時(shí)具有較強(qiáng)的光催化活性，使其能夠在太陽(yáng)紫外線的輻射下產(chǎn)生出高活性的氧自由基，這種氧自由基能發(fā)揮出強(qiáng)大的氧化能力，會(huì)對(duì)鈦白粉周圍的介質(zhì)產(chǎn)生破壞從而影響產(chǎn)品的使用壽命。因此表面改性是鈦白粉生產(chǎn)加工中極為重要的一項(xiàng)工作。

 

表面改性就是通過(guò)使用改性添加劑與二氧化鈦表面發(fā)生反應(yīng)，從而改變表面特性，進(jìn)而改善產(chǎn)品的性能。目前，針對(duì)鈦白粉的表面改性大致分為無(wú)機(jī)包覆和有機(jī)包覆兩種方法。
 
1、鈦白粉無(wú)機(jī)包覆
 
無(wú)機(jī)包覆就是借助沉降反應(yīng)在鈦白粉粒子表面包覆單層或者多層無(wú)機(jī)物薄膜，在粒子和介質(zhì)中間形成一道屏障，使鈦白粉的各項(xiàng)性能得到提高。一般采用鋁包覆、硅包覆、鋯包覆和多元混合包覆的方法對(duì)鈦白粉進(jìn)行無(wú)機(jī)表面改性。
 
對(duì)于硅包覆來(lái)說(shuō)，在中性及偏酸性的條件下形成的薄膜是相對(duì)“蓬松”的，而在堿性條件下形成的薄膜則是比較致密的，一般通過(guò)硅酸鈉水解生成硅質(zhì)膠束再通過(guò)Ti-O-Si鍵來(lái)固定在鈦白粉表面，同時(shí)還可以借助Si-O-Si鍵的形成保證薄膜是連續(xù)且均勻的。
 
對(duì)于鋁包覆來(lái)說(shuō)則是通過(guò)OH-Al與鈦白粉表面的-OH基團(tuán)相反應(yīng)形成Ti-O-Al鍵，在高于等電點(diǎn)的情況下，鈦白粉粒子表面提供的-OH基團(tuán)數(shù)量增多促進(jìn)包覆的進(jìn)行。同時(shí)在高pH條件下，升高溫度時(shí)OH-Al的定向生長(zhǎng)速度相對(duì)于沉降速度占據(jù)了主導(dǎo)地位，進(jìn)而使薄膜形態(tài)從均勻連續(xù)的片狀層變?yōu)橄鄬?duì)松散的絮狀物。
 
在包覆過(guò)程中還需注意確保整個(gè)過(guò)程是受控的，一般指的是過(guò)程中的pH值、溫度等，否則不受控的過(guò)程會(huì)導(dǎo)致鈦白粉的表面產(chǎn)生不完整、不均勻的涂層，對(duì)整體的改性效果產(chǎn)生影響，具體表現(xiàn)為部分未包覆的顆粒絮凝在一起導(dǎo)致粒度分布變寬、影響整體的分散性能。
 
無(wú)機(jī)包覆根據(jù)處理方式的不同又具體分為干法包覆和濕法包覆兩種方法。
 
（1）鈦白粉干法包覆
 
干法包覆一般借助氣流噴霧讓金屬鹵化物附著在鈦白粉表面，在經(jīng)過(guò)焙燒氧化后通入熱蒸汽促使其水解形成薄膜包覆在粒子表面。這種包覆形式的操作簡(jiǎn)單、流程短、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)連續(xù)化，但是采用干法包覆時(shí)顆粒生長(zhǎng)速度過(guò)快，不易于進(jìn)行控制，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品的穩(wěn)定性較差，對(duì)產(chǎn)品性能產(chǎn)生一定的影響。
 
（2）鈦白粉濕法包覆
 
濕法包覆主要依托在水介質(zhì)中進(jìn)行，具體也被細(xì)分為煮沸法、中和法和碳化法三種。其中煮沸法主要是在高強(qiáng)熱的條件下先使包膜劑水解然后再沉積到粒子表面形成薄膜，這種方式的反應(yīng)速度較慢，水解不徹底且過(guò)程難以控制，故一般不采用這種方法。而中和法主要是通過(guò)酸堿中和的方式，在漿液中添加相對(duì)應(yīng)的堿液或者酸液來(lái)使包膜劑沉淀下來(lái)形成薄膜。碳化法則是將二氧化碳通入到含包膜劑的堿性漿液中使之沉淀在粒子表面形成薄膜，此種方法雖然過(guò)程較為緩慢，但是形成的薄膜更加均勻，產(chǎn)品性能也更加優(yōu)秀。
 
2、鈦白粉有機(jī)包覆
 
有機(jī)包覆的發(fā)展歷史要比無(wú)機(jī)包覆的發(fā)展歷史短，但是憑借著用量小（通常添加量?jī)H為顏料重量的0.1%～1%）、收效大的特點(diǎn)發(fā)展十分迅速。實(shí)驗(yàn)室有機(jī)包覆的方法主要有三種，分別是高速分散濕法、震蕩分散法和氣粉機(jī)粉碎法。在日常實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，我們主要采取其中的高速分散濕法進(jìn)行處理。
 
一般情況下在有機(jī)包覆的過(guò)程中，一部分有機(jī)處理劑采用物理吸附的方式連接在鈦白粉表面，另一部分則通過(guò)與粒子表面的羥基進(jìn)行反應(yīng)進(jìn)而與鈦白粉表面緊密的結(jié)合在一起，過(guò)程中常采用分散劑、偶聯(lián)劑、表面活性劑等。
 
3、鈦白粉復(fù)合包覆
 
由于無(wú)機(jī)包覆和有機(jī)包覆各有側(cè)重。一般來(lái)說(shuō)，無(wú)機(jī)包覆的主要目的是降低鈦白粉的光催化活性，提高其耐候性，從而增加產(chǎn)品的使用壽命，而有機(jī)包覆的主要目的則是提高產(chǎn)品在各個(gè)介質(zhì)中的分散能力以及分散穩(wěn)定性。
 
兩種方法并不能互相取代，因此在實(shí)際應(yīng)用操作中大多采用先無(wú)機(jī)包覆再進(jìn)行有機(jī)改性的操作模式來(lái)對(duì)鈦白粉顆粒進(jìn)行表面修飾以達(dá)到目的，即在鈦白粉顆粒上先采用硅、鋁、鋯等可溶性無(wú)機(jī)源（如二氧化硅、三氧化二鋁等）在其各自相適宜的溫度及pH條件下完成一層甚至多層的無(wú)機(jī)包覆層以增強(qiáng)其耐候性。再通過(guò)選取合適的橋基結(jié)構(gòu)在其上連接親水性較強(qiáng)的脂肪酸或芳香酸基團(tuán)，以增強(qiáng)其水分散性及分散穩(wěn)定性。
 
資料來(lái)源：《李金澤,李學(xué)敏,王瑛.鈦白粉概述及研究進(jìn)展[J].染料與染色,2022,59（05）:12-19+40》，由【粉體技術(shù)網(wǎng)】編輯整理

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