氧化鋁在鈦白粉包覆改性中的應(yīng)用
鈦白粉學(xué)名二氧化鈦，化學(xué)式TiO2，具有穩(wěn)定的物理、化學(xué)性質(zhì)，優(yōu)良的光學(xué)、電學(xué)性質(zhì)，以及優(yōu)異的顏料性能，是目前用途廣、應(yīng)用效果好的白色顏料，被廣泛應(yīng)用于涂料、塑料、紙張及油墨等領(lǐng)域。但是，由于鈦白粉具有較強的光化學(xué)活性，在應(yīng)用中極易造成由鈦白粉制成的成品粉化、耐候性變差，同時由于鈦白粉顆粒間存在較大的作用力，影響在其介質(zhì)中的分散性，影響鈦白粉應(yīng)用的顏料性能，因此必須對鈦白粉進行表面包覆。
一、氧化鋁的包覆處理
氧化鋁(Al2O3)是一種良好的電子受體，可以湮滅TiO2吸收紫外光后激發(fā)所產(chǎn)生的光電子，抑制后續(xù)活性基團的產(chǎn)生，還可以起到反射紫外線的作用。
氧化鋁的包覆，是在pH值為9~10的TiO2漿液中加入可溶性鋁鹽(NaAlO2和Al2(SO4)3)，通過可溶性鹽的水解，帶正電的OH-Al被吸附并包裹于TiO2顆粒表面，形成水合氧化鋁，其中有50%~75%是以Al(OH)3形式存在。pH值不同，水合氧化鋁結(jié)構(gòu)不同：pH=5，為緊密的無定型結(jié)構(gòu);pH=8~10，為絮狀假勃姆石結(jié)構(gòu);pH>10，為片狀三水鋁石。
水合氧化鋁包覆處理是鈦白粉生產(chǎn)工藝中常見的表面處理方式之一，能明顯提升鈦白粉的分散穩(wěn)定性及其他綜合應(yīng)用性能。
1，水合氧化鋁包覆鈦白粉使其顆粒表面形成了纖維狀或者絮狀的包覆層，在鈦白粉受到外界物理作用或化學(xué)作用時，其纖維狀的包覆層能阻礙鈦白粉顆粒之間碰撞和團聚，從而包覆水合氧化鋁的鈦白粉顆粒之間的分散穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性有明顯的改善。同時其水合氧化鋁表面包覆層因其特殊的結(jié)構(gòu)使鈦白粉顆粒之間電位增高，鈦白粉顆粒之間的靜電斥力增大，鈦白粉顆粒之間的微觀碰撞減少并阻礙了鈦白粉顆粒之間的團聚。
2，包覆在鈦白粉顆粒表面的水合氧化鋁呈絮狀或纖維狀，呈現(xiàn)顯著的連續(xù)性和致密性，鈦白粉顆粒表面的羥基含量相比未包覆的鈦白粉明顯增加，從而處理后的鈦白粉在應(yīng)用體系里的濕潤性明顯提升，更加利于鈦白粉在涂料油墨等應(yīng)用體系的潤濕分散。
二、包覆層微觀結(jié)構(gòu)與調(diào)控
各包覆工藝參數(shù)對氧化鋁包覆層微觀結(jié)構(gòu)的調(diào)控規(guī)律總結(jié)如下：
1)調(diào)節(jié)反應(yīng)pH，一方面可以調(diào)控水合氧化鋁一次粒子或聚合粒子的生成速率、表面電位及其向鈦白粉顆粒表面的遷移與異相成核速率，進而控制包覆層的連續(xù)性及團聚狀態(tài);另一方面可以調(diào)控包覆層的物相結(jié)構(gòu)(勃姆石、拜耳石及無定型水合氧化鋁)，進而調(diào)控包覆層的孔結(jié)構(gòu)特性，其中不同物相氧化鋁包覆層孔隙度由大到小排序為勃姆石、拜耳石、無定型水合氧化鋁。
2)調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度，一是可以調(diào)控包覆層勃姆石的結(jié)晶度及晶粒度，進而調(diào)控包覆層孔隙度;二是可以調(diào)控一次粒子的脫水縮合速率及其與鈦白粉顆粒間的碰撞概率，進而調(diào)控包覆層的團聚狀態(tài)及孔隙度。
3)水合氧化鋁一次粒子首先在鈦白粉顆粒表面異相成核生成連續(xù)致密包覆層，后均相成核生成疏松絮狀多孔包覆層。調(diào)節(jié)氧化鋁包覆量，可以實現(xiàn)鈦白粉顆粒表面連續(xù)致密(內(nèi)層)-疏松絮狀多孔(外層)勃姆石包覆層的精準調(diào)控。
4)調(diào)節(jié)反應(yīng)時間，可以調(diào)控懸浮液中水合氧化鋁一次粒子的生成速度與濃度，改變一次粒子的成核狀態(tài)(均相成核或異相成核)，調(diào)節(jié)包覆層的連續(xù)性。
5)調(diào)節(jié)熟化時間，可以調(diào)控水合氧化鋁一次粒子的水解與包覆進程，調(diào)整鈦白粉顆粒表面與游離于顆粒之間氧化鋁的比例，改變鈦白粉顆粒表面氧化鋁包覆層的孔隙度及連續(xù)性。
6)調(diào)節(jié)漿料濃度，可以調(diào)控懸浮液中水合氧化鋁一次粒子的濃度，改變水合氧化鋁的成核形式(異相或均相成核)，進而調(diào)控鈦白粉顆粒表面氧化鋁包覆層的連續(xù)性。
7)鈦白粉氧化初品由硫酸法或氯化法制得，氯離子或硫酸根可伴隨氧化初品漿料進入包覆過程。研究結(jié)果表明，NaCl在氧化鋁包覆鈦白粉過程中，一方面可以通過形成[AlCl4]配位化合物降低懸浮液中水合氧化鋁一次粒子的濃度，同時提高氧化鋁包覆層的孔隙度及連續(xù)性;另一方面可以改變鈦白粉初始漿料的粘度，調(diào)控水合氧化鋁一次粒子的成核形式(異相或均相成核)，降低氧化鋁包覆層的連續(xù)性。但是，Na2SO4在氧化鋁包覆金紅石型鈦白粉過程中，對包覆層結(jié)構(gòu)的影響不顯著。
8)不同分散劑種類對氧化鋁包覆鈦白粉樣品包覆層微觀結(jié)構(gòu)及分散穩(wěn)定性能的影響規(guī)律與其對鈦白粉顆粒表面電位的影響規(guī)律不一致。其中，具有較長碳鏈長度的分散劑易誘導(dǎo)勃姆石晶核生長并形成纖維狀包覆層，可以通過分散劑的調(diào)整誘導(dǎo)勃姆石晶核的生長，調(diào)控生成高孔隙度纖維狀氧化鋁包覆層，提升鈦白粉顆粒間的空間位阻。
