高水分散性钛白浆的制备方法
阅读说明：本技术 高水分散性钛白浆的制备方法 (Preparation method of high-water-dispersibility titanium dioxide slurry ) 是由 刘琦 淦文军 袁立军 罗静 徐庭敏 于 2021-10-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高水分散性钛白浆的制备方法,属于钛白生产领域。高水分散性钛白浆的制备方法包括如下步骤：a.将砂磨后的浆料过筛；b.加入分散剂搅拌分散；c.升温加入硅酸盐溶液,并流加入铝盐溶液；d.降温加入稀酸溶液、磷酸盐溶液、铝盐溶液；e.加入铝盐溶液调节pH得到高水分散性钛白浆。本发明可以明显提高钛白浆料的水分散性和流动性,本发明的制备发明简单,生产成本低,制得的钛白浆可直接以钛白浆的形式用于造纸体系,可有效解决现有钛白浆水分散性较低的问题。(The invention discloses a preparation method of high-water-dispersibility titanium dioxide slurry, belonging to the field of titanium dioxide production. The preparation method of the high-water-dispersibility titanium dioxide slurry comprises the following steps: a. sieving the sanded slurry; b. adding a dispersing agent, stirring and dispersing; c. heating, adding silicate solution, and adding aluminum salt solution in parallel; d. cooling and adding dilute acid solution, phosphate solution and aluminum salt solution; e. adding an aluminum salt solution to adjust the pH value to obtain the high-water-dispersibility titanium white slurry. The invention can obviously improve the water dispersibility and the fluidity of the titanium white slurry, the preparation method of the invention is simple, the production cost is low, the prepared titanium white slurry can be directly used for a papermaking system in the form of the titanium white slurry, and the problem of lower water dispersibility of the existing titanium white slurry can be effectively solved.)
技术领域
本发明属于钛白生产领域，涉及一种钛白浆的制备方法，具体涉及一种高水分散性钛白浆的制备方法。
背景技术
装饰纸生产领域对钛白粉的性能有很高的要求，因此需要对钛白粉进行表面处理，在钛白粉表面致密的包覆一类或几类膜层，以隔绝紫外光对钛白粉的表面直射，有效延缓二氧化钛的光化学活性，使其耐光性显著增加，同时保证其遮盖力、白度等性能，以便在装饰纸中达到优良的应用性能。
现代造纸工艺将适合于纸张质量的纸浆，用水稀释至一定浓度，在造纸机的网部初步脱水，形成湿的纸页，再经压榨脱水、烘干而制成纸张。因此需要钛白粉与纸浆混合较好，需要钛白粉在保证良好的遮盖力、白度、耐晒性的同时具有良好的水分散性。因钛白颜料具有表面羟基含量高、亲水性强、密度大等缺陷，钛白浆在长期储存过程中极易出现沉降现象。需在钛白表面进行改性，以达到制备高水分散性钛白浆的目的。
2012年7月18日CN102585559A公开了一种高耐光性二氧化钛颜料的制备方法，采用的是硅磷铝包膜，包Si量以Si2O计为0.5％-4％、包P量以P2O5计为1％-5％、包Al量以Al2O3计为1％-8％，以二氧化硅和磷酸铝的形式包覆在二氧化钛粒子表面。
2012年10月10日CN101857736A公开了一种高耐光性金红石型钛白粉生产方法，采用的是锆磷铝包膜，包Zr量以ZrO计为0.2％-2％、包P量以P2O5计为0.2％-4％、包Al量以Al2O3计为0.6％-4.7％，以磷酸锆、磷酸铝和水合三氧化二铝的形式包覆在二氧化钛粒子表面。
2013年5月22日CN103113762A公开了一种用于高耐光性装饰层压纸钛白粉的制备方法，采用磷铝包膜，包P量以P2O5计为1％-5％、包Al量以Al2O3计为3％-10％，采用多次包铝的形式，一、三层均为水合三氧化二铝、二层为磷酸铝的形式包覆在二氧化钛粒子表面，属于重包铝轻包磷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有钛白浆水分散性较低的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：高水分散性钛白浆的制备方法，包括如下步骤：
a.将砂磨后的浆料过筛，控制过筛后浆料中TiO2的浓度为400-550g/L；
b.将分散剂加入步骤a处理后的浆料中，搅拌30-60min；
c.将步骤b处理后的浆料升温至70-100℃，然后加入硅酸盐溶液，并流加入铝盐溶液调节pH至9-10后，熟化60-120min；
d.将步骤c处理后的浆料降温至30-70℃，加入稀酸溶液调节pH至3-6，熟化30-45min，然后加入磷酸盐溶液，并流加入铝盐溶液调节pH至4-7，熟化90-120min；
e.将铝盐溶液加入步骤d处理后的浆料，用pH调节剂调节pH至5-8后熟化90-180min，得到高水分散性钛白浆。
上述步骤a中，过筛网的目数为500目，控制过筛后的浆料温度为30-70℃。
上述步骤b中，所述分散剂包括硝酸盐，其加入量为浆料中TiO2总量的0.2-0.4％。
进一步的是，上述分散剂还包括聚羧酸盐、磷酸酯盐、酰胺类盐、硬脂酸盐中至少一种，其加入量为浆料中TiO2总量的0.2-0.6％。
更进一步的是，分散剂加入时间控制在10min-30min。
上述步骤c中，所述硅酸盐的浓度为50-150g/L，以SiO2计其加入量为浆料中TiO2总量的1-5％。
进一步的是，所述硅酸盐为硅酸钠、硅酸钾等。
上述步骤c中，所述铝盐溶液为酸性铝盐溶液，浓度为50-150g/L。
进一步的是，控制步骤c中硅酸盐和铝盐的加入时间为60-120min。
上述步骤d中，所述磷酸盐为磷酸钠、磷酸一氢钠、磷酸二氢钠、磷酸中至少一种，其浓度为30-150g/L，以P2O5计其加入量占浆料中TiO2总量的0.5-3％。
上述步骤d中，所述铝盐溶液为酸性铝盐溶液或碱性铝盐溶液，浓度为50-150g/L。
进一步的是，控制控制步骤d中磷酸盐和铝盐的加入时间为30-60min。
上述步骤e中，所述铝盐溶液为酸性铝盐溶液或碱性铝盐溶液，浓度为50-150g/L，以Al2O3计其加入量占浆料中TiO2总量的1-6％。
进一步的是，控制步骤e中铝盐的加入时间为60-90min。
上述步骤e中，所述pH调节剂为稀酸或稀碱。
进一步的是，稀酸为盐酸、硫酸等，稀碱为氢氧化钠、氢氧化钾等。
本发明的有益效果是：本发明采用少量的分散剂增加钛白粉在水性体系下的分散性和稳定性；通过加入磷酸盐能更好的隔绝紫外光对二氧化钛粒子中电子的迁移，有效的降低钛白粉的光化学活性；通过pH和熟化时间的控制使硅、磷能更好的包覆钛白浆料，包覆层使钛白浆料的流动性有显著提高。
目前市场上暂无钛白浆直接应用于造纸行业，使用本发明的方法制备的钛白浆可直接用于造纸体系，新增了钛白颜料的一种使用方法。同时，本发明的制备方法对生产钛白厂家而言可省去后续闪干、气粉、包装等工序，节约了大量人力物力成本；对造纸客户而言钛白浆可与纸浆更好的混合在一起、使用方便、无粉尘污染、粒径控制更优良、粗颗粒少、价格低等优势。
具体实施方式
本发明的技术方案，具体可以按照以下方式实施。
高水分散性钛白浆的制备方法，包括如下步骤：
a.将砂磨后的浆料过筛，控制过筛后浆料中TiO2的浓度为400-550g/L；
b.将分散剂加入步骤a处理后的浆料中，搅拌30-60min；
c.将步骤b处理后的浆料升温至70-100℃，然后加入硅酸盐溶液，并流加入铝盐溶液调节pH至9-10后，熟化60-120min；
d.将步骤c处理后的浆料降温至30-70℃，加入稀酸溶液调节pH至3-6，熟化30-45min，然后加入磷酸盐溶液，并流加入铝盐溶液调节pH至4-7，熟化90-120min；
e.将铝盐溶液加入步骤d处理后的浆料，用pH调节剂调节pH至5-8后熟化90-180min，得到高水分散性钛白浆。
为了达到更好的实验目的，因此优选的是，上述步骤a中，过筛网的目数为500目，控制过筛后的浆料温度为30-70℃。
为了增加钛白粉在水性体系下的分散性和稳定性，因此优选的是，上述步骤b中，所述分散剂包括硝酸盐，其加入量为浆料中TiO2总量的0.2-0.4％；更优选的是，上述分散剂还包括聚羧酸盐、磷酸酯盐、酰胺类盐、硬脂酸盐中至少一种，其加入量为浆料中TiO2总量的0.3-0.6％，为了使反应更加充分，控制分散剂加入时间控制在10min-30min。
为了更好的包覆钛白粉，因此优选的是，上述步骤c中，所述硅酸盐的浓度为50-150g/L，以SiO2计其加入量为浆料中TiO2总量的1-5％，所述硅酸盐为硅酸钠、硅酸钾等；所述铝盐溶液为酸性铝盐溶液，浓度为50-150g/L，控制步骤c中硅酸盐和铝盐的加入时间为60-120min。
为了更好的包覆钛白粉，因此优选的是，上述步骤d中，所述磷酸盐为磷酸钠、磷酸一氢钠、磷酸二氢钠、磷酸中至少一种，其浓度为30-150g/L，以P2O5计其加入量占浆料中TiO2总量的0.5-3％，所述铝盐溶液为酸性铝盐溶液或碱性铝盐溶液，浓度为50-150g/L，控制控制步骤d中磷酸盐和铝盐的加入时间为30-60min。
为了更好的包覆钛白粉，因此优选的是，上述步骤e中，所述铝盐溶液为酸性铝盐溶液或碱性铝盐溶液，浓度为50-150g/L，以Al2O3计其加入量占浆料中TiO2总量的1-6％，控制步骤e中铝盐的加入时间为60-90min；更优选的是，所述pH调节剂为稀酸或稀碱，稀酸为盐酸、硫酸等，稀碱为氢氧化钠、氢氧化钾等。
下面通过实际的例子对本发明的技术方案和效果做进一步的说明。
实施例
本发明提供3组采用本发明制备方法制备高水分散性钛白浆的实施例。
实施例1具体实验步骤如下：
a.砂磨后浆料过500目筛网得待用浆料，二氧化钛浆料浓度为450g/L，升温至55℃，初始pH为10.1；
b.10min内加入0.3％的硝酸钾和0.2％的聚羧酸钠混合液(以TiO2总量计)，搅拌分散30min；
c.升温至80℃，60min内加入2.5％的硅酸钠(以TiO2总量计)，同时加入硫酸铝，维持pH值在9-10之间，熟化60min；
d.加水降温至55℃，加入稀硫酸，维持pH值在4.5-5.5之间，熟化30min，45min内加入1.5％磷酸与磷酸二氢钠的混合液(以TiO2总量计)，同时并流加入偏铝酸钠，维持pH值在5.0-6.0之间，熟化90min。
e.保持温度不变，60min加入4.0％的硫酸铝溶液(以TiO2总量计)，同时加入氢氧化钠溶液维持pH值在6.0-6.5之间，熟化120min，熟化结束得到高水分散性钛白浆。
实施例2具体实验步骤如下：
a.砂磨后浆料过500目筛网得待用浆料，二氧化钛浆料浓度为500g/L，升温至50℃，初始pH为10.5；
b.10min内加入0.2％的硝酸钾和0.25％的硬脂酸钠混合液(以TiO2总量计)，搅拌分散30min；
c.升温至85℃，90min内加入3.0％的硅酸钠(以TiO2总量计)，同时加入硫酸铝，维持pH值在9-10之间，熟化90min；
d.加水降温至50℃，加入稀硫酸，维持pH值在5.0-5.5之间，熟化30min，60min内加入2.0％磷酸钠(以TiO2总量计)，同时并流加入偏铝酸钠，维持pH值在5.0-5.5之间，熟化100min。
e.保持温度不变，90min加入4.5％的硫酸铝溶液(以TiO2总量计)，同时加入氢氧化钠溶液维持pH值在6.0-6.5之间，熟化150min，熟化结束得到高水分散性钛白浆。
实施例3具体实验步骤如下：
a.砂磨后浆料过500目筛网得待用浆料，二氧化钛浆料浓度为500g/L，升温至55℃，初始pH为10.8；
b.10min内加入0.3％的硝酸钾和0.35％的聚羧酸钠、硬脂酸钠混合液(以TiO2总量计)，搅拌分散45min；
c.升温至85℃，60min内加入2.5％的硅酸钠(以TiO2总量计)，同时加入硫酸铝，维持pH值在9-10之间，熟化60min；
d.加水降温至55℃，加入稀硫酸，维持pH值在5.0-6.0之间，熟化30min，45min内加入2.0％磷酸钠与磷酸二氢钠的混合液(以TiO2总量计)，同时并流加入硫酸铝，维持pH值在5.5-6.5之间，熟化90min。
e.保持温度不变，60min加入4.0％的偏铝酸钠溶液(以TiO2总量计)，同时加入稀硫酸溶液维持pH值在6.5-7.0之间，熟化120min，熟化结束得到高水分散性钛白浆。
对实施例1-3制得的高水分散性钛白浆进行检测，将实施例1-3制得的浆料倒入带磨口的100ml量筒中，密封后放入恒温烘箱中，每隔一段时间记录浆料高度。为保证结果的可靠性，每个实施例样品重复三次试验，其结果如表1所示：
表1实施例不同时间沉降高度(即水分散稳定性)数据
本发明采用现有市场上可供购买的国内外造纸钛白粉作为对比例1-3(对比例1-3均为购买的市场上现用于造纸体系的钛白粉)，对实施例1-3和对比例1-3进行三聚氰胺树脂体系的应用检测，其结果如表2所示：
表2实施例与国内外造纸钛白应用数据对比
由表1和2中检验数据可知：采用本发明的方法制备得到的钛白浆料水分散高，稳定性好，在后续使用过程中不存在沉积问题，可使用于造纸生产工艺中。实施例1、2、3应用性能优于国内钛白1、2，且已接近当前同类产品的最好水平，采用本发明的方法制备得到的钛白浆各项指标均较好，能很好的用于装饰层压纸体系中。