阅读说明：本技术 一种钛白粉表面处理方法及改性钛白粉 (Titanium dioxide surface treatment method and modified titanium dioxide ) 是由 陈建立 张美杰 李瑞瑞 赵姗姗 王永珊 冯亚阳 赵丁 张健 于 2019-09-17 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种钛白粉表面处理方法及改性钛白粉,该方法使用硅烷和磷酸酯通过水解缩聚反应得到的粘度为1-500cst、聚合度为5-20的低聚物,将该低聚物作为表面处理剂对钛白粉进行表面处理,得到的改性钛白粉既具有较高的流动性和耐温性,有利于提高钛白粉在工业应用中的使用效率；又具有低扬尘性,降低了生产车间空气中的粉尘量,使钛白粉成品包装车间环境和钛白粉的下游使用车间环境能够符合国家法规基准：GBZ 2.1-2007《工作场所有害因素职业接触限制》的规定,保护员工的职业健康,改善企业周边空气质量。(The invention discloses a titanium dioxide surface treatment method and modified titanium dioxide, wherein silane and phosphate are used for obtaining an oligomer with the viscosity of 1-500cst and the polymerization degree of 5-20 through hydrolytic polycondensation reaction, and the oligomer is used as a surface treatment agent for carrying out surface treatment on the titanium dioxide, so that the obtained modified titanium dioxide has higher fluidity and temperature resistance, and is beneficial to improving the use efficiency of the titanium dioxide in industrial application; and the dust emission is low, the dust amount in the air of a production workshop is reduced, and the environment of a titanium dioxide finished product packaging workshop and the environment of a downstream titanium dioxide use workshop can meet the national regulation standard: GBZ 2.1.1-2007 regulation of workplace harmful factor occupational contact restriction, which protects the occupational health of employees and improves the air quality around enterprises.)

一种钛白粉表面处理方法及改性钛白粉

技术领域

本发明涉及表面处理技术领域，尤其涉及一种钛白粉表面处理方法及改性钛白粉。

背景技术

钛白粉是白色颜料中最重要的一种，被广泛应用于涂料、塑料、造纸、油墨等行业。尤其在塑料行业中，钛白粉为了增加产品的加工性能，同时为了防止钛白粉在储存和运输过程中对水分的吸附，降低钛白粉对塑料薄膜产品的抗裂孔性能和耐候性的影响，会对钛白粉进行有机表面处理。

目前，对钛白粉进行有机表面处理采用的有机表面处理剂大多为有机硅类助剂，同时将钛白粉做成高疏水型。在处理过程中，需要添加大量的有机硅助剂，而由于有机硅助剂的表面能较小，所以在环境中会产生大量的钛白粉扬尘，钛白粉扬尘表面会吸附一些有毒有害物质，因此，在工业生产过程中，由于使用的钛白粉量比较大，如果人们长期在含有大量钛白粉扬尘的生产环境中工作，极易引发尘肺等呼吸系统疾病。

所以，采用有机硅类助剂对钛白粉进行表面处理，会严重影响钛白粉成品包装环境和下游使用环境，严重威胁车间工人的职业健康和企业周边空气质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钛白粉表面处理方法及改性钛白粉，从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明一方面提供了一种钛白粉表面处理方法，包括如下步骤：

将硅烷与烷基磷酸酯进行水解缩聚反应，得到粘度为1-500cst、聚合度为5-20的低聚物，其中，硅烷的分子结构式为CH₃(CH₂)_nSiX₃或CH₃(CH₂)_nSiX₂CH₃，n＝3-17，X为烷氧基；烷基磷酸酯包括烷基磷酸单酯和/或烷基磷酸双酯，所述烷基磷酸单酯的分子结构式为：OP(OH)₂(O(CH₂)_nCH₃)，n＝3-17；所述烷基磷酸双酯的分子结构式为：OP(OH)(O(CH₂)_nCH₃)₂，n＝3-17；

将得到的所述低聚物作为表面处理剂对钛白粉基料进行表面处理，得到改性钛白粉。

优选地，所述水解缩聚反应中，所述硅烷与所述烷基磷酸酯的摩尔比为1-10:1。

优选地，所述水解缩聚反应包括如下步骤：

按照1.0-1.8：1的摩尔比将水或醇类物质与硅烷混合，在25-50℃，pH为3.5-4.5的条件下，水解硅烷，得到硅烷水解物；

按照1.0-2.0：1的摩尔比将水或醇类物质与烷基磷酸酯混合，在25-50℃，pH为3.5-4.5的条件下，水解烷基磷酸酯，得到烷基磷酸酯水解物；

在温度25-50℃，pH为3.5-6.5的条件下，硅烷水解物与烷基磷酸酯水解物发生缩聚反应，得到粘度为1-500cst、聚合度为5-20的低聚物。

优选地，所述对钛白粉基料进行表面处理中，所述低聚物的用量为所述钛白粉基料重量的3-15‰。

优选地，所述钛白粉基料采用无机包膜浆料、三洗滤饼或闪蒸料的形式；

所述对钛白粉基料进行表面处理，包括如下步骤：

将所述低聚物作为表面处理剂加入至所述钛白粉基料中，其中，如果所述钛白粉基料为无机包膜浆料的形式，则所述低聚物以乳液的形式加入至所述钛白粉基料中，经压滤闪蒸和汽粉后，得到改性钛白粉；如果所述钛白粉基料为三洗滤饼的形式，则所述低聚物采用喷淋方式加入至所述钛白粉基料中，经螺杆剪切混合均匀后，经过闪蒸、汽粉，得到改性钛白粉；如果所述钛白粉基料为闪蒸料的形式，则所述低聚物雾化后与所述钛白粉基料进行混合，得到的混合物进入汽流磨，在汽流磨中，所述混合物中的粒子被充分打碎的同时，所述低聚物作为表面处理剂对钛白粉进行包覆，得到改性钛白粉。

本发明另一方面提供了一种改性钛白粉，利用上述的钛白粉表面处理方法制备得到。

本发明的有益效果是：本发明提供的钛白粉表面处理方法及改性钛白粉，该方法使用硅烷和磷酸酯通过水解缩聚反应得到的粘度为1-500cst、聚合度为5-20的低聚物，将该低聚物作为表面处理剂对钛白粉进行表面处理，得到的改性钛白粉既具有较高的流动性和耐温性，有利于提高钛白粉在工业应用中的使用效率；又具有低扬尘性，降低了生产车间空气中的粉尘量，使钛白粉成品包装车间环境和钛白粉的下游使用车间环境能够符合国家法规基准：GBZ 2.1-2007《工作场所有害因素职业接触限制》的规定，保护员工的职业健康，改善企业周边空气质量。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明一方面提供了一种钛白粉表面处理方法，包括如下步骤：

将硅烷与烷基磷酸酯进行水解缩聚反应，得到粘度为1-500cst、聚合度为5-20的低聚物，其中，硅烷的分子结构式为CH₃(CH₂)_nSiX₃或CH₃(CH₂)_nSiX₂CH₃，n＝3-17，X为烷氧基；烷基磷酸酯包括烷基磷酸单酯和/或烷基磷酸双酯，所述烷基磷酸单酯的分子结构式为：OP(OH)₂(O(CH₂)_nCH₃)，n＝3-17；所述烷基磷酸双酯的分子结构式为：OP(OH)(O(CH₂)_nCH₃)₂，n＝3-17；

将得到的所述低聚物作为表面处理剂对钛白粉基料进行表面处理，得到改性钛白粉。

其中，本发明中，硅烷中的烷氧基优先选择甲氧基和乙氧基。

在制备低聚物时，参与水解缩聚反应的硅烷可以是一种物质，也可以是多种物质的混合物。制备过程中，先将硅烷和烷基磷酸酯分别进行水解，再将硅烷水解物和烷基磷酸酯水解物进行缩聚。其中，使用的硅烷与烷基磷酸酯的摩尔比为1-10:1。

具体的，可以按照如下步骤进行水解缩聚反应：

按照1.0-1.8：1的摩尔比将水或醇类物质与硅烷混合，在25-50℃，pH为3.5-4.5的条件下，水解硅烷，得到硅烷水解物；

按照1.0-2.0：1的摩尔比将水或醇类物质与烷基磷酸酯混合，在25-50℃，pH为3.5-4.5的条件下，水解烷基磷酸酯，得到烷基磷酸酯水解物；

在温度25-50℃，pH为3.5-6.5的条件下，硅烷水解物与烷基磷酸酯水解物发生缩聚反应，得到粘度为1-500cst、聚合度为5-20的低聚物。

采用上述方法得到的低聚物可以是磷酸酯封端，也可是硅烷封端的低聚物，粘度为1-500cst。

本发明中，得到了低聚物之后，再将低聚物作为表面处理剂对钛白粉基料进行表面处理，以便得到改性钛白粉，其中，本实施例中，所述低聚物的用量为所述钛白粉基料重量的3-15‰。

具体的，所述钛白粉基料采用无机包膜浆料、三洗滤饼或闪蒸料的形式；

可以按照如下步骤对钛白粉基料进行表面处理：

将所述低聚物作为表面处理剂加入至所述钛白粉基料中，其中，如果所述钛白粉基料为无机包膜浆料的形式，则所述低聚物以乳液的形式加入至所述钛白粉基料中，经压滤闪蒸和汽粉后，得到改性钛白粉；如果所述钛白粉基料为三洗滤饼的形式，则所述低聚物采用喷淋方式加入至所述钛白粉基料中，经螺杆剪切混合均匀后，经过闪蒸、汽粉，得到改性钛白粉；如果所述钛白粉基料为闪蒸料的形式，则所述低聚物雾化后与所述钛白粉基料进行混合，得到的混合物进入汽流磨，在汽流磨中，所述混合物中的粒子被充分打碎的同时，所述低聚物作为表面处理剂对钛白粉进行包覆，得到改性钛白粉。

本发明的另一个实施例中，采用上述的钛白粉表面处理方法对钛白粉基料进行表面处理，可以制备得到改性钛白粉，

现有技术中，采用有机硅作为表面处理剂对钛白粉进行表面处理，得到的改性钛白粉具有较好的耐温性和较好的流动性，但通常扬尘较大。

本发明中为了解决有机硅表面处理的钛白粉扬尘量大的问题，在有机硅中加入了烷基磷酸酯，通过将二者适度水解后进行低聚得到低聚物，并使用该低聚物作为钛白粉的表面处理剂对钛白粉进行表面处理，具有如下的优点：

1.本发明将硅烷的高耐温性和高流动性，烷基磷酸酯的低扬尘性、堆密度和低价格进行优势互补；

2.本发明采用的低聚物是将不同烷基硅烷与不同烷基和/或烷氧基的磷酸酯以不同比例进行聚合得到的，可以达到价格与性能的平衡；

3.本发明采用的低聚物可以通过硅烷封端或磷酸酯封端，能够调节低聚物的电荷分布，进而使得钛白粉具有低扬尘性能；

4.本发明采用的低聚物的聚合度为5-20，具有低粘度的特点，方便钛白粉的有机包覆的进行；

5.本发明采用的低聚物具有硅羟基和磷羟基等活性基团，因此活性羟基可与钛白粉表面羟基进行缩合反应，提高钛白粉的抗裂孔性；

6.本发明中的低聚物处理的钛白粉具有低扬尘、高堆密度、高耐温性的特点。

具体实施例1：

将19.0g分子式为CH₃(CH₂)₃Si(OCH₂CH₃)₂CH₃的硅烷加入到8.28g乙醇中，在25℃，pH为3.5的条件下，进行硅烷的水解反应，得到硅烷水解物；

将7.0g分子式为OP(OH)₂(O(CH₂)₁₇CH₃)的烷基磷酸单酯加入到0.36g水中，在25℃，pH为4.0的条件下，进行烷基磷酸单酯的水解反应，得到烷基磷酸单酯水解物；

将硅烷水解物和烷基磷酸单酯水解物在温度50℃，pH为6.5的条件下进行缩聚反应，得到粘度为30cp、聚合度为10的磷酸酯封端的低聚物；

取闪蒸料形式的钛白粉基料；

将上述得到的低聚物按照钛白粉基料量的5‰添加，经文丘里管雾化后，与管道中的钛白粉基料进行初步混合，得到的混合物一起进入汽流磨中，在汽流磨中，混合物中的粒子被充分打碎的同时，低聚物作为表面处理剂对钛白粉进行充分的包覆后，经袋滤器收集处理好的钛白粉，制得改性后的钛白粉。

具体实施例2：

将23.2g分子式为CH₃(CH₂)₈Si(OCH₃)₂CH₃的硅烷加入到6.0g丙醇中，在50℃，pH为4.5的条件下，进行硅烷的水解反应，得到硅烷水解物；

将1.54g分子式为OP(OH)₂(O(CH₂)₃CH₃)的烷基磷酸单酯加入到3.6g水中，在45℃，pH为3.5的条件下，进行烷基磷酸单酯的水解反应，得到烷基磷酸单酯水解物；

将硅烷水解物和烷基磷酸单酯水解物在温度35℃，pH为5.5的条件下进行缩聚反应，得到粘度为500cp、聚合度为20的磷酸酯封端的低聚物；

取闪蒸料形式的钛白粉基料；

将上述得到的低聚物按照钛白粉基料量的8‰添加，经文丘里管雾化后，与管道中的钛白粉基料进行初步混合，得到的混合物一起进入汽流磨中，在汽流磨中，混合物中的粒子被充分打碎的同时，低聚物作为表面处理剂对钛白粉进行充分的包覆后，经袋滤器收集处理好的钛白粉，制得改性后的钛白粉。

具体实施例3：

将41.6g分子式为CH₃(CH₂)₁₇Si(OCH₂CH₃)₃的硅烷加入到2.16g水中，在45℃，pH为4.0的条件下，进行硅烷的水解反应，得到硅烷水解物；

将13.3g分子式为OP(OH)(O(CH₂)₈CH₃)₂的烷基磷酸双酯加入到2.76g乙醇中，在50℃，pH为4.5的条件下，进行烷基磷酸单酯的水解反应，得到烷基磷酸单酯水解物；

将硅烷水解物和烷基磷酸单酯水解物在温度25℃，pH为3.5的条件下进行缩聚反应，得到粘度为380cp、聚合度为5的磷酸酯封端的低聚物；

取闪蒸料形式的钛白粉基料；

将上述得到的低聚物按照钛白粉基料量的15‰添加，经文丘里管雾化后，与管道中的钛白粉基料进行初步混合，得到的混合物一起进入汽流磨中，在汽流磨中，混合物中的粒子被充分打碎的同时，低聚物作为表面处理剂对钛白粉进行充分的包覆后，经袋滤器收集处理好的钛白粉，制得所需的改性钛白粉。

取三洗滤饼形式的钛白粉基料；

按照钛白粉基料量的15‰取上述得到的低聚物，将低聚物雾化后喷淋在三洗滤饼上，经螺杆剪切混合均匀后，进入闪蒸系统，然后进入汽流磨，粒子充分打碎后，作为表面处理剂的低聚物对钛白粉进行充分的包覆，经袋滤器收集，制得改性后的钛白粉。

具体实施例4：

将17.3g分子式为CH₃(CH₂)₁₂Si(OCH₂CH₃)₃的硅烷，13.1g分子式为CH₃(CH₂)₆Si(OCH₂CH₃)₃的硅烷都加入到5.52g乙醇中，在35℃，pH为3.5的条件下，进行硅烷的水解反应，得到硅烷水解物；

将3.54g分子式为OP(OH)(O(CH₂)₅CH₃)₂的烷基磷酸双酯加入到1.27g丙醇中，在35℃，pH为4.0的条件下，进行烷基磷酸单酯的水解反应，得到烷基磷酸单酯水解物；

将硅烷水解物和烷基磷酸单酯水解物在温度25℃，pH4.0进行缩聚反应，得到粘度为150cp、聚合度为15的磷酸酯封端的低聚物；

取无机包膜浆料形式的钛白粉基料；

按照钛白粉基料量的7‰取上述得到的低聚物，将低聚物作为表面处理剂进行乳化后，加入至钛白粉基料中，混合均匀后，经陈化压滤和闪蒸后，进入汽流磨中将粒子充分打碎后，表面处理剂对钛白粉完成充分的包覆，经袋滤器收集处理好的钛白粉，制得改性后的钛白粉。

对比例1：

取闪蒸料形式的钛白粉基料；

按钛白粉基料5‰的比例加入粘度100cst的含氢聚二甲基硅氧烷，经文丘里管雾化后，与管道中钛白粉基料进行初步混合，得到的混合物一起进入汽流磨中，在汽流磨中，混合物中的粒子被充分打碎的同时，低聚物作为表面处理剂对钛白粉进行充分的包覆后，经袋滤器收集处理好的钛白粉，制得改性钛白粉。

对比例2：

取闪蒸料形式的钛白粉基料；

按钛白粉基料5‰的比例加入粘度100cst的聚二甲基硅氧烷，经文丘里管雾化后，与管道中钛白粉基料进行初步混合，得到的混合物一起进入汽流磨中，在汽流磨中，混合物中的粒子被充分打碎的同时，低聚物作为表面处理剂对钛白粉进行充分的包覆后，经袋滤器收集处理好的钛白粉，制得改性钛白粉。

对比例3：

取闪蒸料形式的钛白粉基料；

按钛白粉基料5‰的比例加入粘度100cst的端羟基聚二甲基硅氧烷，经文丘里管雾化后，与管道中钛白粉基料进行初步混合，得到的混合物一起进入汽流磨中，在汽流磨中，混合物中的粒子被充分打碎的同时，低聚物作为表面处理剂对钛白粉进行充分的包覆后，经袋滤器收集处理好的钛白粉，制得改性钛白粉。

对实施例1-4和对比例1-3得到的改性钛白粉，按照如下方法进行扬尘性测试：将万能粉碎机的粉料仓清理干净，称取200g粉料，投入粉料仓，并密闭粉料仓；开启万能粉碎机，将粉体充分的鼓荡起来，达到最大的扬尘效果；打开粉料仓，用粉尘收集器，将扬尘收集起来；称量收集到的粉尘的重量m，粉尘重量m越大，粉体的扬尘越大。

得到的测试结果如下表所示。

钛白粉样品	扬尘量/g
		实施例1	0.06
实施例2	0.05
		实施例3	0.04
实施例4	0.07
		对比例1	0.23
对比例2	0.25
		对比例3	0.20

由上述数据结果可知：对比例中采用有机硅对钛白粉进行表面处理，得到的钛白粉样品扬尘量较大，而采用本发明提供的采用低聚物作为表面处理剂对钛白粉进行表面处理的方法，得到的钛白粉样品的扬尘量可以大幅降低，所以，本发明提供的方法可有效抑制钛白粉的扬尘，能够制得低扬尘的钛白粉。

通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：本发明提供的钛白粉表面处理方法及改性钛白粉，该方法使用硅烷和磷酸酯通过水解缩聚反应得到的粘度为1-500cst、聚合度为5-20的低聚物，将该低聚物作为表面处理剂对钛白粉进行表面处理，得到的改性钛白粉既具有较高的流动性和耐温性，有利于提高钛白粉在工业应用中的使用效率；又具有低扬尘性，降低了生产车间空气中的粉尘量，使钛白粉成品包装车间环境和钛白粉的下游使用车间环境能够符合国家法规基准：GBZ 2.1-2007《工作场所有害因素职业接触限制》的规定，保护员工的职业健康，改善企业周边空气质量。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。