了解二氧化鈦表面修飾技術(shù)

/了解二氧化鈦表面修飾技術(shù)表面修飾是通過各種添加劑與二氧化鈦顆粒表面發(fā)生反應(yīng)，從而更改顆粒的表面狀態(tài)，改善或更改鈦白粉粉體的分散性。通過無機(jī)表面處理可提高鈦白粉耐候性和化學(xué)穩(wěn)定性，有機(jī)表面處理可解決鈦白粉在不同介質(zhì)中的分散問題。二氧化鈦的表面處理不但對于鈦白粉品種的進(jìn)展有側(cè)重點(diǎn)意義，是新產(chǎn)品開發(fā)的重要手段。而且通過表面處理，使二氧化鈦表面產(chǎn)生新的物理、化學(xué)、光學(xué)特性，具備新的和更廣泛的功能，以適應(yīng)不同的應(yīng)用要求，從而大大提高產(chǎn)品的附加值。二氧化鈦表面修飾的方法，按表面修飾劑的種類可分為無機(jī)修飾和有機(jī)修飾。1、二氧化鈦表面無機(jī)包覆修飾二氧化鈦本身有很強(qiáng)的光化學(xué)活性，在陽光尤其是紫外線照射下，簡單發(fā)生失活、黃變、粉化等。在二氧化鈦表面包覆一層無機(jī)物，既克服上述缺點(diǎn)，又提高鈦白粉產(chǎn)品的性能。通過討論和實(shí)踐，人們認(rèn)得到用很多無機(jī)物處理包膜二氧化鈦，可顯著提高鈦白粉的抗粉化性和保色性，并對無機(jī)處理劑進(jìn)行過廣泛的探究。最緊要的一類是無機(jī)金屬的水合氧化物或氫氧化物。鋁和硅是兩種最緊要的表面處理劑，目前國外生產(chǎn)的鈦白粉幾乎全是用這兩種或其中一種包膜處理的。（1）鋁包覆該方法是往二氧化鈦漿料中加入硫酸鋁、偏鋁酸鈉等可溶性的鋁鹽，在均勻攪拌下用酸或堿中和至pH=9—10，使鋁在二氧化鈦顆粒表面以氫氧化鋁沉淀析出，包膜的氧化鋁約有一是以氧鋁石薄水鋁石形式存在，其余是以無定形水溶膠的形式存在。這種包膜方法的關(guān)鍵是要有快的攪拌速度，防止局部酸度過高或過低，由于在反應(yīng)中生成的氧化鋁水合物以沉淀形式均勻地包覆在二氧化鈦顆粒的表面，形成一層膜，而膜的致密程度與中和的速度有關(guān)假如中和速度過快，則會生成海綿狀的膜；反之，假如中和速度過慢，則會在顆粒表面生成一層均勻致密的膜。可以依據(jù)需要選擇合適的中和速度。具有海綿狀膜的產(chǎn)品因其遮蓋力高，重要應(yīng)用于乳膠漆等水性涂料中；而具有致密膜的產(chǎn)品則因其耐候性好而重要應(yīng)用于汽車、外墻等常常暴露于陽光下的物體表面。氧化鋁包覆工藝有一個(gè)特別的難點(diǎn)，就是漿液過濾性能差，重要?dú)w因于水合氧化鋁之間存在微弱的氫鍵。此外，可溶性鹽的多寡也是一個(gè)影響因素?？赏ㄟ^加入硫酸鎂、硫酸鋅、硫酸鋁等絮凝劑在酸性條件下進(jìn)行絮凝沉淀得到改善。（2）硅包覆該方法是把水玻璃加入到二氧化鈦的漿液中，然后向其中加入酸中和，使硅以硅酸的形式沉淀在二氧化鈦顆粒的表面，從而形成一層均勻無定形的氧化硅水合物表皮狀膜。在整個(gè)包覆過程中必需有良好的攪拌，以免造成局部酸度不均。利用硅包膜法包覆的鈦白粉，可以加添顏料的親水性，加添水分散性，提高顏料的遮蓋力，并可以改善其抗粉化性能。（3）鐵包覆該方法是在快速攪拌下，把少量二氧化鈦粉末加入到沸水中，然后向其中漸漸滴加，溶液，直到形成溶膠為止。由于溶膠本身可以作為一種顏料應(yīng)用于化妝品中，并且可汲取紫外線加入二氧化鈦后，其汲取紫外線的本領(lǐng)更強(qiáng)。因此，用鐵包膜法生產(chǎn)的二氧化鈦可以使產(chǎn)品的光化學(xué)活性降低，該產(chǎn)品可以應(yīng)用于防曬化妝品中。（4）硅、鋁復(fù)合包覆為了提高包膜處理的效果，可以使用兩種或多種包膜劑來進(jìn)行復(fù)合表面包覆，常用的復(fù)合包膜方法有無機(jī)復(fù)合包膜、無機(jī)—有機(jī)復(fù)合包膜。其中無機(jī)復(fù)合包膜的產(chǎn)品有硅鋁復(fù)合包膜、硅鋅復(fù)合包膜、硅鋯復(fù)合包膜等。用氧化鋁包膜的鈦白粉可以反射紫外線，使涂料的抗粉化性能加強(qiáng)，而硅包覆的鈦白粉的親水性比較好。假如依次用鋁和硅（也可以先加硅后加鋁）的化合物包覆在顆粒表面，則產(chǎn)品就會同時(shí)具有單獨(dú)用硅和單獨(dú)用鋁兩種包膜方法所得產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)。硅鋁復(fù)合包膜時(shí)，三氧化二鋁和二氧化硅的質(zhì)量比不同可以獲得不同的效果。硅鋁復(fù)合包膜存在著一個(gè)包膜次序問題。在生產(chǎn)高耐候性的顏料品種時(shí)，一般是先包鋁后包硅。而應(yīng)用于水性涂料品種時(shí)，則是先包硅后包鋁。該類產(chǎn)品的生產(chǎn)方法是在肯定溫度下，將鋁鹽溶液加入到含有硅酸鈉的二氧化鈦體系中，值調(diào)整到左右進(jìn)行包膜，也可以把硅酸鈉溶液加入到鋁鹽溶液中。（5）混合包覆混合包覆又稱混合共沉淀包覆，它是指在同一種酸性或堿性條件下，用中和法同時(shí)將兩種或兩種以上包覆劑沉積到二氧化鈦顆粒表面。2、二氧化鈦表面有機(jī)包覆修飾要有效地改進(jìn)二氧化鈦的潤濕性和分散性，則須進(jìn)行有機(jī)處理，重要采納表面活性劑或助劑。二氧化鈦表的有機(jī)改性是利用有機(jī)分子在粒子表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或物理吸附對顆粒表面進(jìn)行有機(jī)包覆，更改粒子表面狀態(tài)，使其能很好地分散在有機(jī)溶劑中，并改善粉體在有機(jī)物中的界面相容性。通常可分為酯化法、表面活性劑法、偶聯(lián)劑法和聚合物包覆法等。（1）酯化反應(yīng)法二氧化鈦粒子表面的大量羥基與酸發(fā)生類酯化反應(yīng)，使酸鍵合在粒子表面，減小了粒子的表面能，避開了二氧化鈦粒子因羥基的存在而形成的氫鍵作用力。李宗威等通過油酸表面修飾二氧化鈦納米粒子，成功合成了具有油分散性的納米二氧化鈦。（2）偶聯(lián)劑法硅烷偶聯(lián)劑是討論最早、應(yīng)用最廣的偶聯(lián)劑之一，常用于處理二氧化硅、三氧化二鋁、玻璃纖維、硅酸鹽、陶土等具有酸性或中性表面的填料，是目前品種最多、用量最大的偶聯(lián)劑。硅烷偶聯(lián)劑中甲基、乙烯基等某些易水解的基團(tuán)可與二氧化鈦表面羥基發(fā)生脫水反應(yīng)產(chǎn)生共價(jià)鍵，從而將偶聯(lián)劑偶聯(lián)在二氧化鈦表面。硅烷偶聯(lián)劑需采納恰當(dāng)?shù)挠昧考疤幚矸绞?，方能達(dá)到改性效果。實(shí)踐證明，在的二氧化鈦表面上吸附兩個(gè)三甲基硅烷基，就可使該表面變化為親油表面。（3）表面活性劑法表面活性劑在二氧化鈦表面的吸附不是均勻吸附，而是吸附在表面活性強(qiáng)的地方。二氧化鈦表面的活性點(diǎn)和種類都很多，但某一活性點(diǎn)只能吸附某種特定型式的極性基團(tuán)，因此針對二氧化鈦的不同使用功能進(jìn)行修飾是可行的。（4）聚合物包覆法通過在二氧化鈦表面包覆聚合物，減小了粒子之間的范德華力，而且產(chǎn)生了一種新的斥力一空間位阻斥力，有利于它在聚合物介質(zhì)中的分散，以增長二氧化鈦與聚合物基體之間的相容性。聚合物包覆法包括預(yù)處理法和直接包覆法。預(yù)處理法是由于二氧化鈦表面呈強(qiáng)極性，有機(jī)單體和聚合物不易吸附在其表面，處理效率較低，一般都是先用偶聯(lián)劑、表面活性劑、聚合物等進(jìn)行預(yù)處理，降低其表面活性，然后再在二氧化鈦表面進(jìn)行聚合物包覆修飾。直接包覆法是基于二氧化鈦表面存在自由基和正負(fù)離子，具有引發(fā)活性，可直接引發(fā)單體在其表面聚合。目前，表面處理技術(shù)已經(jīng)成為二氧化