2022年粉体表面改性技术培训交流会将于6月20-21日在江苏南京举行，报名请关注V信公众号“粉体技术网”，涉及非金属矿粉体企业：碳酸钙，硅微粉，滑石，重晶石，硅灰石，高岭土，膨润土，白云石，石灰石，硅灰粉，云母，硅藻土，海泡石，电气石等；功能性粉体企业：氢氧化镁，氢氧化铝，氧化铝，钛白粉，白炭黑，氧化铁红，珠光云母，氧化锌，粉煤灰，纳米粉体等；药剂和设备企业；粉体填料应用企业；其他需要粉体表面改性的企业。

　　为满足实际工业中对钛白粉应用性能的要求，国内外学者进行了大量钛白粉无机包覆实验研究。其中，钛白粉包覆层多为Al3 、Si4 、Zr4 、Be2 、Ti4 、Mg2 、Mn2 、Cr3 、Ce4 等水合氧化物或氢氧化物。目前工业生产中，Al3 、Si4 、Zr4 应用最为广泛。　　　　研究表明，钛白粉的应用性能取决于其表面无机包覆层的种类，其表面包覆氧化铝可用于改善产品水性体系中的分散稳定性能，包覆二氧化硅可用于增加钛白粉产品的耐候性能，包覆二氧化锆层可用于提升钛白粉的耐光性能。在钛白粉表面包覆单一种类或多种类无机膜层，可满足不同应用领域对钛白粉应用性能的要求。根据包覆层成分差异，无机包覆可分为单元无机包覆和多元无机包覆。　　　　1、氧化铝包覆　　　　包覆原理：钛白粉表面包覆氧化铝时，水合氧化铝（Al2O3·nH2O）在钛白粉颗粒表面缓慢成膜，形成包覆层。　　　　在不同反应pH值条件下，包覆层水合氧化铝（Al2O3·nH2O）呈现不同物相。在酸性环境中，形成无定型凝胶；在碱性环境中，为勃母石或拜耳石。　　　　Jacobson等在包覆层水合氧化铝物相研究中表明，50%-70%以勃母石(AlOOH)形式存在，其余为无定型水凝胶。随反应pH值及中和速度变化，包覆层致密性变化显著。中和速度快，形成疏松海绵状包覆层；中和速度慢，生成致密包覆层。在酸性条件下，水合氧化铝一次粒子沉淀速率大于其自身絮凝速率，在钛白粉颗粒表面快速持续沉淀，生成致密包覆层；反之，在碱性条件下，形成疏松包覆层。　　　　包覆工艺：钛白粉包覆工艺步骤一般为：将钛白粉制浆分散，以NaAlO2或Al2(SO4)3为包膜剂，氧化铝包覆量为钛白粉质量的1%-5%，采用并流法，控制反应pH值及反应温度，包膜时间1-5h，熟化时间2h，得到钛白粉包覆产品。　　　　Li等通过以上工艺，在不同反应pH值条件下制备得到氧化铝包覆钛白粉产品，结果表明，当反应pH值为4时，形成无定型致密氧化铝包覆层，当反应pH值为8.5时，形成勃母石型疏松包覆层。　　　　2、二氧化硅包覆　　　　包覆原理：无定型水合二氧化硅形成时，硅酸钠酸化析出以Si(OH)4形式存在的正硅酸，溶液中仅含有正硅酸水解产物H3SiO4-及H3SiO42-，不存在偏硅酸离子。而H3SiO4-及H3SiO42-单体极不稳定，缩、聚合反应迅速进行，生成具有硅氧键的缩合硅酸。　　　　钛白粉颗粒表面羟基密度较高，原硅酸通过静电吸附作用吸附于颗粒表面，与颗粒表面羟基发生脱水缩合形成硅酸缩聚物。硅酸缩聚物在钛白粉颗粒表面均匀、连续生长，并通过进一步脱水缩合，形成致密无定性水合二氧化硅包覆层。因此，钛白粉表面包覆二氧化硅过程不仅是单一物理吸附过程，也存在一定的化学键合作用。崔爱莉等通过钛白粉表面包覆二氧化硅研究，指出包覆过程为溶胶-凝胶过程。Godnjavec、Park等采用红外光谱（FTIR）及X射线光电子能谱（XPS）分析技术研究了二氧化硅包覆钛白粉的成膜机理，实验结果表明，二氧化硅包覆层与基底二氧化钛颗粒之间形成了Si-O-Ti键。　　　　通过控制反应pH值、反应温度及中和速度，可生成不同形貌二氧化硅包覆层。在低反应温度、高中和速度下，硅酸沉积速率快，易形成岛状包覆层；在高反应温度、低中和速度下，包覆层连续、致密性好。葛晨等通过控制反应pH值控制包膜形貌的研究表明，当反应pH值为7-8.5时，形成致密岛状不连续包覆层，当反应pH值为9-10时，包覆层连续且致密。　　　　包覆工艺：钛白粉表面包覆二氧化硅工艺步骤一般为：以Na2SiO3为包覆剂，采用并流法，维持pH值为8-10，包覆温度80-100ºC，包覆量3%-5%，熟化1-3h。　　　　3、二氧化锆包覆　　　　钛白粉单元包覆二氧化锆时，包覆剂以硫酸锆、四氯化锆、氯氧化锆及硝酸锆为主，其中，硫酸锆与氯氧化锆具有成本低、使用过程环境污染小等优点，在工业上得到了广泛应用。　　　　包覆原理：二氧化锆单元包覆时，包覆层以羟基水合氧化锆形式存在，其表面活性大，吸附性能强，与钛白粉颗粒表面羟基缩合形成Zr-O-Ti键，牢固键合于钛白粉颗粒表面。　　　　在低中和速度条件下，溶液中溶胶生成速率慢，溶胶与钛白粉颗粒碰撞概率远大于溶胶之间的碰撞概率，利于在钛白粉颗粒表面形成致密包覆层；反之，中和速度快，溶胶自身成核速率快，水合氧化锆趋于均相成核，吸附于钛白粉颗粒表面，形成岛状不连续包覆层。　　　　包覆工艺：钛白粉表面包覆二氧化锆工艺条件一般为：以Zr(SO4)2或ZrOCl2为包膜剂，反应pH值为9-10，包覆温度为50-70ºC，包膜时间为1-5h，熟化时间为1-3h。　　　　4、二氧化硅-氧化铝复合包覆　　　　曹洪清等采用一次共沉淀包覆，以硅酸钠为硅源，以氯化铝及偏铝酸钠为酸、碱性沉淀剂，制备得到了高分散、高耐候钛白粉产品，减少了生产步骤，降低了生产成本。　　　　Bettler采用液相共沉淀法，以柠檬酸为沉淀剂，依次包覆二氧化硅及氧化铝，得到了一种高分散性钛白粉颜料。　　　　Li等在反应pH值为4.0、反应温度为60ºC条件下包覆二氧化硅，反应pH值为8.0、反应温度为60ºC条件下包覆氧化铝，通过二次包覆得到致密性好的二氧化硅-氧化铝包覆钛白粉复合产品，结果表明，包覆层中存在Al-O-Si键，在Si-Al包覆层间形成铝硅酸盐层。　　　　Zhang等采用共沉淀包覆方法，在反应pH值为9.5、反应温度为90ºC、包覆剂硅酸钠与钛白粉摩尔比为1:15条件下包覆二氧化硅，在包覆氧化铝过程中，反应温度为80ºC，通过调节反应pH值、包覆剂偏铝酸钠与钛白粉的摩尔比优化复合包覆样品的性能。结果表明，反应pH值为5时，钛白粉颗粒表面形成了连续致密二氧化硅-氧化铝包覆层，复合包覆样品具有优异的分散稳定性能，机理研究表明二氧化硅与钛白粉颗粒间通过Si-O-Ti键相结合，而氧化铝与颗粒间形成了Al-O-Si键。　　　　Wei等采用共沉淀包覆方法，将1.29mol/L的硅酸钠、0.5mol/L的硫酸铝及一定浓度的氢氧化钠溶液同时加入钛白粉初始浆料，控制反应温度为60ºC，二氧化硅包覆量为3.0%，氧化铝包覆量为2.0%，溶液中pH值由10逐渐降低至5。　　　　通过以上方法制备得到钛白粉复合包覆样品具有优异的耐候性能。　　　　5、二氧化锆-氧化铝复合包覆　　　　苏振宁等通过两次沉淀，在反应pH值为5.0-6.5、反应温度为50ºC-90ºC下包覆致密二氧化锆，采用偏铝酸钠与硫酸铝共沉淀形成氧化铝包覆层，制备了具有较高光泽度、白度、耐光性能及分散稳定性能的钛白粉-二氧化锆-氧化铝复合包覆产品。　　　　李坤等探索得到了钛白粉复合包覆二氧化锆、氧化铝优化工艺条件。通过XPS谱图得出，包覆层中存在Zr-O-Ti及Al-O-Ti键，二氧化锆及氧化铝均以化学键结合于钛白粉颗粒表面。　　　　李礼等通过不同包膜工艺的调控，有效提升了产品的遮盖力、亮度等性能，并得到优化包覆剂用量为氧化锆与钛白粉质量比为0.35:100，氧化铝与钛白粉质量比为3.0:100。　　　　6、三元无机包覆　　侯清璘等采用溶胶-凝胶法，研发了具有高分散稳定性能、失光率低、高白度的二氧化锆-二氧化硅-氧化铝包覆钛白粉三元无机包覆复合产品，并对各包覆过程的工艺进行了优化。　　　　杨振等采用共沉淀法，制备得到了二氧化锆-二氧化硅-氧化铝三元复合产品，所得产品同时具备优异的分散稳定性能、耐光性能及耐候性能，产品应用性能可达到国际知名产品的水平。　　　　资料来源：《董雄波.钛白粉表面无机包覆微观结构调控及性能优化机理研究[D].中国矿业大学(北京),2020》，由【粉体技术网】编辑整理，转载请注明出处！