中國粉體網訊 無機包覆改性是鈦白粉生產過程中十分重要的后處理工序之一，在鈦白粉表面包覆Si、Al、Zr、Ce、Ti及Zn等水合氧化物，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、抗粉化性等應用特性。
鈦白粉包膜（包覆）改性流程
鈦白粉表面的包膜改性分為兩種方式，即無機包膜（包覆）改性和有機包膜改性，其實這兩種包膜改性技術是需要同時運用的，并且有明確的順序標準，在正常的操作流程中，第一步需要進行的操作流程是進行無機包膜改性，第二步操作是進行有機包膜改性。
1、鈦白粉無機包覆方法
依據酸、堿沉淀劑加入順序差異，鈦白粉無機包覆分為順流法與逆流法。依據包覆氣氛差異，可分為干法和濕法，其中濕法包覆工藝應用較為廣泛。
（1）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。該工藝過程控制難，水解不完全，適應性差。
（2）中和法
采用酸堿中和，在TiO2顆粒表面持續(xù)反應成膜。中和法又可分為3類：1）加堿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，常見的有Al2(SO4)3與NaAlO2共沉淀等。
（3）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，成膜更均勻，產品光穩(wěn)定性強。
2、鈦白粉無機包覆分類
（1）氧化鋁包覆鈦白粉
原理：鈦白粉包覆Al2O3時，水合氧化鋁（Al2O3·nH2O）在TiO2顆粒表面緩慢成膜，形成包覆層。在不同pH條件下，包覆層水合氧化鋁呈現(xiàn)不同物相。在酸性環(huán)境中，形成無定形凝膠；在堿性環(huán)境中，為勃姆石或拜耳石。
工藝：將鈦白粉制漿分散，以NaAlO2或Al2(SO4)3為包膜劑，Al2O3包覆量為鈦白粉質量的1%~5%，采用并流法，控制反應pH及溫度，包膜時間為1~5h，熟化2h，得到鈦白粉包覆產品。
作用：鈦白粉表面氧化鋁包覆層微觀結構對其顆粒表面羥基密度、表面自由能、表面電位、空間位阻等表面性質產生直接影響，進而影響其在水性體系中的分散穩(wěn)定性能。
（2）二氧化硅包覆鈦白粉
原理：TiO2顆粒表面存在羥基，硅酸吸附至其表面與羥基縮合形成縮合點，快速聚合形成致密硅縮合物。硅縮合物在鈦白粉表面連續(xù)穩(wěn)定生長，經陳化，形成致密無SiO2·nH2O的包膜。因此，鈦白粉包覆SiO2不僅是單一物理吸附過程，也存在一定的化學鍵合作用。
工藝：以Na2SiO3為包覆劑，采用并流法，維持pH為8~10，包覆溫度為80~100℃，熟化1~3h。
作用：鈦白粉表面二氧化硅包覆層可阻礙其與周圍介質及外界環(huán)境之間的直接接觸，提升鈦白粉的耐候性能。鈦白粉表面二氧化硅包覆層的微觀結構直接決定鈦白粉顆粒暴露在外界環(huán)境或周圍介質中的面積，進而影響其耐候性能。
（3）二氧化鋯包覆鈦白粉
原理：ZrO2單元包覆時，包膜以羥基水合氧化鋯形式存在，其表面活性大，吸附性能強，與TiO2顆粒表面羥基縮合形成Zr—O—Ti鍵，牢固鍵合于鈦白粉顆粒表面。
工藝：以Zr（SO4）2或ZrOCl2為包膜劑，維持pH為9~10，包覆溫度為50~70℃，包膜時間為1~5h，熟化1~3h。
作用：二氧化鋯折射率高（2.170），且對紫外光的吸收能力極弱。因此，在鈦白粉顆粒表面包覆連續(xù)致密二氧化鋯，既能降低紫外光的吸收，又能阻礙活性基團與周圍介質及外界環(huán)境之間的直接接觸，提升鈦白粉的耐光性能。
（4）其他
針對不同工業(yè)領域對鈦白粉包覆產品應用性能的需求，近年來國內外研究人員不僅對已有包覆產品進行了產品結構與性能的優(yōu)化，還設計、探索和開發(fā)了不同種類鈦白粉表面無機包覆新產品（如二氧化鈰、二氧化錫等）。
（5）多元無機包覆
包覆的二氧化硅、二氧化鋯容易生成致密膜，提高了鈦白粉耐候性。包覆氧化鋁形成疏松網狀膜，提高鈦白粉分散性。不過，單元包覆無法達到要求的耐候性與分散性需求，進而多元包覆應用較多。
一些產品中，從內到外通過內核--致密膜-網狀膜包覆結構較多，如：SiO2-Al2O3、ZrO2-Al2O3等。
第一，Al2O3與SiO2包覆。有學者利用一次共沉淀包覆，硅酸鈉作為硅源、氯化鋁為酸堿沉淀劑獲得高耐候鈦白粉產品，加工工藝簡單、經濟投入少。還有學者通過液相共沉淀法，將檸檬酸作為沉淀劑，逐步包覆氧化鋁與二氧化硅獲得高分散性鈦白粉材料。
第二，ZrO2-Al2O3。通過二次包膜，酸堿度在5.0，70-80℃下包覆致密ZrO2。生成高光澤度、耐候性、白度、分散性的鈦白粉-ZrO2-Al2O3包覆產品。也有學者分析了鈦白粉復合包覆ZrO2、Al2O3技術，結合XPS譜圖得到包覆層內包含：Zr-O-Ti與Al-O-Ti鍵，ZrO2與Al2O3以化學鍵依附在鈦白粉顆粒外層。
2024年10月30日在上�？鐕少彆怪行模杀本┓垠w技術協(xié)會與柏德英思展覽(上海)有限公司聯(lián)合主辦“2024粉體分散、改性、包覆技術研討會”。屆時清華大學崔愛莉教授將作《鈦白粉表面包覆理論和工藝》報告，現(xiàn)場對鈦白粉包覆基本理論、包膜工藝、包膜檢測方法進行系統(tǒng)性講解，為參會嘉賓解疑答惑，共同交流實用技術。
專家介紹
崔愛莉，教授，清華大學化學系，研究方向為金紅石鈦白粉后處理工藝和理論研究；脫硝催化納米二氧化鈦的研制。曾承擔過國家973、863、國家自然科學基金項目、國際、國內企業(yè)合作項目十余項，發(fā)表SCI收錄論文一百多篇，專利十余項。兼任中國鈦白粉行業(yè)協(xié)會專家委員會特聘專家；中國化工學會硫磷鈦資源化工專業(yè)委員會委員。
參考文獻
董芳芳，淺析鈦白粉無機包覆改性現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，龍蟒佰利聯(lián)集團股份有限公司
董雄波，無機包覆鈦白粉研究進展及發(fā)展趨勢，中國礦業(yè)大學（北京）
王歡歡，鈦白粉表面包膜改性技術研究，龍佰集團股份有限公司
(中國粉體網編輯整理/昧光)
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