鈦白粉在化纖中的應(yīng)用教材課件

鈦白粉在化纖中的應(yīng)用一、化纖行業(yè)概述及發(fā)展趨勢(shì)二、化纖用鈦白粉的質(zhì)量需求三、化纖用鈦白粉品牌四、化纖中鈦白粉實(shí)際應(yīng)用五、國(guó)產(chǎn)鈦白粉使用分析六、納米鈦白粉在纖維中應(yīng)用

一．化纖行業(yè)概述及發(fā)展趨勢(shì)

（一）概述

化學(xué)纖維是用天然或合成高分子化合物經(jīng)化學(xué)加工而制得的纖維。它分為兩大類：

1．再生纖維

用天然高分子化合物為原料，經(jīng)化學(xué)處理和機(jī)械加工而制得得纖維，如：粘膠纖維、醋酸纖維等。2．合成纖維

用石油、天然氣、煤等為原料，經(jīng)一系列的化學(xué)反應(yīng)，制成合成高分子化合物，再經(jīng)加工而制得的纖維。目前世界上生產(chǎn)的合成纖維品種繁多，據(jù)統(tǒng)計(jì)有幾十種，其中主要有：滌綸、錦綸、腈綸、丙綸等。

合成纖維主要有:錦綸---聚酰胺6纖維-尼龍66

聚酰胺66纖維-尼龍6滌綸---聚酯纖維腈綸---聚丙烯腈纖維丙綸---聚丙烯纖維合成纖維的性能優(yōu)異，強(qiáng)度高、耐磨、易洗快干、耐酸堿、防蛀等，用途廣泛，原料來(lái)源豐富，生產(chǎn)又不受氣候或土壤條件的影響，所以合成纖維工業(yè)自建立以來(lái)，得到了迅速的發(fā)展。（二）行業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)1.國(guó)外現(xiàn)狀

20世紀(jì)50年代合成纖維興起，1950-1988年間，全球化纖產(chǎn)量增長(zhǎng)了18倍，其中化學(xué)纖維由6.9萬(wàn)噸增至3000多萬(wàn)噸，化學(xué)纖維占全部纖維產(chǎn)量的55％。從世界人均纖維消耗量看，1950年為3.75公斤，其中82％為天然纖維。2000年達(dá)到9.0公斤，天然纖維占42％，化學(xué)纖維占58％。表1近幾年世界化纖產(chǎn)量單位萬(wàn)噸品種1998199920002001年均增長(zhǎng)率％01／9801／00再生纖維素纖維278262279269.2-1.1-3.5合成纖維2840.92980.33191.83150.1+3.5-1.3

滌綸1653.91775.31907.11927.9+5.2+1.1

錦綸379.2380.0406.8367.5-1.05-9.3

腈綸265.6251.3267.0255.5-1.3-4.3

丙綸＊515.5544.4579.6566.4+3.2-2.3其它26.829.431.332.7+6.84.5化纖合計(jì)3119.03242.33470.83419.3+3.1-1.5

表2世界主要化纖品種生產(chǎn)能力

單位

萬(wàn)噸品種200020012002年均增長(zhǎng)率％再生纖維素纖維262.0279.0269.01.3合成纖維3747395840363.8

滌綸2210234324164.5

錦綸542529517.3-2.4

腈綸330329322.3-1.2

丙綸632720735.17.8化纖合計(jì)4009423743053.6從世界主要化纖品種的地區(qū)分布看，亞洲占70％，北美和西歐約個(gè)占13％，其余地區(qū)約占4％，化纖生產(chǎn)的重心已轉(zhuǎn)移到亞洲，我國(guó)產(chǎn)量占世界產(chǎn)量的1/3。2.國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀2003年我國(guó)紡織品和服裝出口總值達(dá)804.84億元,同比增長(zhǎng)27.72%,占全國(guó)外貿(mào)出口總值的18.36%。據(jù)海關(guān)統(tǒng)計(jì)，2003年全國(guó)累計(jì)進(jìn)口化學(xué)纖維184.66萬(wàn)噸,與上年同比增長(zhǎng)4.35%。其中：合成纖維175.04萬(wàn)噸,與上年同比增長(zhǎng)2.52%。粘膠纖維8.62萬(wàn)噸,與上年同比增長(zhǎng)38.23%。表3近幾年我國(guó)化纖產(chǎn)量

單位

萬(wàn)噸品種19981999200020012002增長(zhǎng)率02／98％增長(zhǎng)率02／01％再生纖維素纖維47.547.256.460.8668.29.512.0合成纖維467.4553.2639.7764.3923.018.520.8

滌綸357.5448.3510.2628.8772.221.222.8

腈綸41.042.447.553.459.49.711.3

錦綸29.531.936.842.047.512.612.9

丙綸21.325.528.528.729.98.84.1

維綸1.82.52.83.13.215.8.4.8化纖合計(jì)514.9600.4694.2825.2991.217.820.1表4近幾年我國(guó)化纖分品種進(jìn)口量

單位

萬(wàn)噸品種19981999200020012002年均增長(zhǎng)率％纖維素纖維6.86.8.6.86.96.80.0合成纖維152.1129.2154.0135.2165.32.1

滌綸99.883.8102.580.694..4-1.4

腈綸38.025.735.337.642.32.7

錦綸6.711.114.315.920.932.9

丙綸0.92.50.70.50.5-15.2其它6.66.15.45.77.22.2進(jìn)口化纖總計(jì)158.9136.0160.8142.1172.12.0表觀消費(fèi)量673.8736.4855.0967.31163.314.6進(jìn)口量占消費(fèi)量％23.618.518.814.714.8-12.32002年我國(guó)滌綸約10萬(wàn)噸，粘膠纖維5.5萬(wàn)噸，錦綸3.7萬(wàn)噸，共計(jì)出口化纖不到24萬(wàn)噸，只占產(chǎn)量的2.4％。品種多樣，差別化、功能化產(chǎn)品日漸增多，如細(xì)旦、超細(xì)旦、高收縮、高強(qiáng)力、復(fù)合紡絲及產(chǎn)品、陽(yáng)離子改性、抗菌、遠(yuǎn)紅外、吸濕、抗紫外線、阻燃等。表5近三年我國(guó)纖維加工量和化纖使用量

單位

萬(wàn)噸年份200020012002年均增長(zhǎng)率％纖維加工量12101420165016.8化纖使用量836976113916.7化纖占纖維加工量的％69.168.869.03．世界化纖品種發(fā)展的基本趨勢(shì)

產(chǎn)業(yè)用化學(xué)纖維將成為新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)和消費(fèi)熱點(diǎn)。在合成纖維中滌綸仍然是合成纖維的主體。高性能纖維的研制、開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化將成為化學(xué)纖維的投資熱點(diǎn)和競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn)。4．化纖用鈦白粉市場(chǎng)及發(fā)展趨勢(shì)鈦白粉在化纖工業(yè)中主要用作消光劑，目前估計(jì)全世界的年消耗量在8萬(wàn)噸-10萬(wàn)噸左右，國(guó)內(nèi)使用量約1萬(wàn)噸左右。表7世界纖維用鈦白粉需求(KT)

19951996199820002005聚酯36.239.343.848.664.4尼龍11.411.511.912.513.3腈綸7.37.78.49.111.6粘膠9.19.310.110.511.8丙綸2.02.22.22.52.9總量66.069.876.483.2104.0表8中國(guó)纖維用鈦白粉需求(KT)19951996199820002005聚酯3.934.866.156.9611.66尼龍0.650.70.820.881.18腈綸0.630.740.910.971.57粘膠0.770.881.11.171.76丙綸0.020.020.020.020.03總量67.291016.2占總量百分?jǐn)?shù)910111216二．化纖用鈦白粉的質(zhì)量需求

1．簡(jiǎn)述

化學(xué)纖維由于分子排列整齊，纖維表面光滑，有一定的透明度，在光線照射下，反射光線很強(qiáng)，能產(chǎn)生極光，使纖維具有肉眼看起來(lái)不愉快的強(qiáng)烈光澤。

由于鈦白粉在所有的白色顏料中具有特殊的光學(xué)和物理性能，被認(rèn)為是化學(xué)纖維最理想的消光材料，作為消光劑已廣泛應(yīng)用于化學(xué)纖維的生產(chǎn)中。2．鈦白粉的選擇雖然金紅石型鈦白粉的折射率比銳鈦型高，但金紅石型粒子硬度大，容易磨損噴絲孔和切絲刀，因而在化學(xué)纖維中一般選擇銳鈦型鈦白粉作為消光劑。

表1白色顏料與化學(xué)纖維的折射率白色顏料折射率化學(xué)纖維折射率硫酸鋇1.64醋酸纖維1.37氧化鋅2.00粘膠纖維1.546氧化銻2.19酮氨纖維1.572硫化鋅2.37尼綸-61.558鋅鋇白2.00尼綸-661.558二氧化鈦（銳鈦型）2.57聚酯纖維1.725二氧化鈦（金紅石型）2.71聚丙烯晴1.5153．鈦白粉的質(zhì)量要求

化纖用鈦白粉除具備白色顏料的基本性質(zhì)外，對(duì)它的粒徑、粒徑分布、分散性、白度及雜質(zhì)含量等還有一些特殊的要求。(1)粒徑及粒徑分布由于可見光波長(zhǎng)為400-700nm，所以鈦白粉粒徑選擇在0.15-0.35μm范圍時(shí)，在化學(xué)纖維中的消光效果最佳。當(dāng)粒徑太大時(shí)（如大于0.5μm以上），會(huì)降低鈦白粉對(duì)短波光的散射能力，影響鈦白粉在纖維中的消光效果。同時(shí)粒徑大，會(huì)使過(guò)濾性能變差，容易堵塞噴絲板，對(duì)紡絲造成不利影響。當(dāng)粒徑太小時(shí)（如小于0.1μm），發(fā)生光的衍射，光會(huì)從顆粒的周圍通過(guò)，不發(fā)生反射，晶體顆粒會(huì)變?yōu)橥该鳡顟B(tài)，鈦白粉喪失消光能力。通常鈦白粉的粒徑控制在最佳消光尺寸（0.3μm左右），要求90%以上鈦白粉粒徑應(yīng)小于1μm，最重要的是盡量不含有5μm以上的粗粒子。（2）分散性化纖用鈦白粉要求在水中的分散性好，對(duì)于有些品種還需求在乙二醇、硫氰酸鈉等溶液中有較好的分散性能，并不與這些化學(xué)物質(zhì)起反應(yīng)，

在運(yùn)輸、貯存、使用時(shí)鈦白粉要特別注意防潮濕，防酸堿，防止不必要電解質(zhì)的混入。由于在儲(chǔ)存、運(yùn)輸過(guò)程中，鈦白粉受到堆壓、受潮等因素影響，不可避免地會(huì)使部分顆粒絮凝在一起，因此在化學(xué)纖維工廠使用前，鈦白粉必須進(jìn)行分散處理。

（3）純度

纖維用鈦白粉不僅要求白度要好，更重要的是要求雜質(zhì)含量要低，這樣才能保證纖維的外觀白度好、鈦白粉的分散性好。（4）化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定

在化學(xué)纖維中加入鈦白粉，要求不與原液起反應(yīng)，在使用時(shí)易分散，不凝聚、不堵塞和磨損管道、噴絲孔和切絲刀，消光后不影響纖維的強(qiáng)度和紡絲后加工。（5）化纖用鈦白粉標(biāo)準(zhǔn)目前國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中尚無(wú)化纖用鈦白粉的標(biāo)準(zhǔn)，僅日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中收錄有化學(xué)纖維用鈦白粉標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)中的指標(biāo)可供我國(guó)相關(guān)行業(yè)借鑒。表2日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

JISK1409-1994化學(xué)纖維用鈦白粉

項(xiàng)

目

品

質(zhì)

項(xiàng)

目

品

質(zhì)白度/%96以上鈣/%0.01以下著色力容許極限與用戶商定的標(biāo)樣相比±50①

粗粒子數(shù)（長(zhǎng)徑5μm以上的數(shù)）10個(gè)以下水分/%0.5以下硫酸不溶物/%0.3以下二氧化鈦含量/%98以上灼燒減量/%0.3以下pH值6.0-8.0篩余物（325目）/%0.03以下鐵/%0.008以下水分散性/%90以上三．化纖用鈦白粉品牌

表4纖維級(jí)鈦白粉主要的生產(chǎn)廠家公

司硫酸法年生產(chǎn)能力（T）鈦樂賽公司（Tioxide）425,000薩奇賓公司

(Sachtleben)65,000康諾斯公司

(Kronos)140,000日本富士鈦公司(FujiTitan)15,000日本鈦工業(yè)公司(TitanKogyo)15,000表5不同牌號(hào)的二氧化鈦適用不同的化纖產(chǎn)品

國(guó)別廠商牌號(hào)比重TiO2%粒度(μ)用途日本富士鈦TA-1003．9980．2-0．3聚酯最好，其次粘膠絲，尼龍TA-2003．9980．2-0．3醋酸纖維，丙烯晴，人造絲TA3003．9980．2-0．3醋酸纖維，丙烯晴，粘膠，聚酯TA-2103．9980．2-0．3醋酸纖維，丙烯晴TA-5003．8940．2-0．3尼龍德國(guó)薩奇賓LW-S3．9980．28聚酯最好，其次尼龍LW-S-U3．9980．28聚酯最好，其次尼龍F(tuán)F-S3．9-0．34丙烯晴FF-S-U-053．9-0．29聚酯LOCR-S3．8-0．35尼龍LOCR-S-U3．9960．31尼龍、丙烯晴，聚酯，醋酸纖維、粘膠LOCR-S-M950．31尼龍德國(guó)康諾斯10713．8980．18聚丙烯酸纖維10743．8980．18尼龍10753．8980．18聚酯，醋酸纖維、聚烯烴10773．8980．18聚酯、粘膠10803．8980．18聚酯22203．8980．18金紅石型、聚烯烴23003．8980．18金紅石型、聚氨酯世界化學(xué)A-1503．998合成纖維意大利蒙特蒂松A-35195合成纖維法國(guó)AT-33．898AT-43．796合成纖維AT-63．898西德拜耳A-23．999消光強(qiáng)度600，丙烯晴，聚酯，醋酸纖維A-N-23．896消光強(qiáng)度600，聚酰胺，聚酯，晴綸A-SE-23．893消光強(qiáng)度600，聚酰胺四．化纖中應(yīng)用：因此，消光劑用量不易過(guò)高，應(yīng)視需要的消光程度而定，一般來(lái)說(shuō)，鈦白粉加入量在0.1-0.3%時(shí)為半消光，加入量為0.5-2.5%時(shí)為全消光。

在鈦白粉應(yīng)用前，需先將鈦白粉與其中的某一原料配成鈦白粉懸浮液，使鈦白粉充分分散均勻后加入纖維聚合物的反應(yīng)體系。聚酯

首先在乙二醇中配制鈦白粉濃度為65%的懸浮液，用研磨機(jī)研磨懸浮體，研磨時(shí)間為3-10小時(shí)。將研磨過(guò)的懸浮液加入乙二醇稀釋至25%，后經(jīng)沉降式高速離心機(jī)進(jìn)行分離，3μm以下的微粒子漿液送至配制槽，配制成濃度為20%的消光劑懸浮液，細(xì)度不合格的再加規(guī)定量的乙二醇繼續(xù)研磨。對(duì)于間歇法縮聚，消光劑懸浮液可在縮聚時(shí)加入；對(duì)連續(xù)法縮聚，消光劑懸浮液在預(yù)縮聚前隨同催化劑和穩(wěn)定劑一起加入。

聚酯典型的工藝流程：1-混合罐；2-泵；3-研磨機(jī)；4-20%稀釋中間罐；5-高速離心機(jī)；6-20%懸浮液；7-過(guò)濾；8-懸浮液貯罐尼龍-6

在攪拌條件下，鈦白粉與脫鹽水通過(guò)研磨機(jī)研磨后配成均勻的懸浮液，經(jīng)一定時(shí)間的沉降后，對(duì)懸浮液進(jìn)行過(guò)濾，然后再加水和己內(nèi)酰胺進(jìn)行稀釋，直至達(dá)到需要的濃度。

在尼龍-6生產(chǎn)中，鈦白粉是在己內(nèi)酰胺中分散后參加聚合反應(yīng)，在紡絲時(shí)分散到每根單絲中去。尼龍66

在第一調(diào)配槽中調(diào)配成20%鈦白粉懸浮液，調(diào)制過(guò)程中要不停攪拌，然后將其放入沉降槽中，使粒度較大的鈦白粉沉降下來(lái)。再將沉降后的懸浮液在第二調(diào)配槽中配制成11%的懸浮液，經(jīng)膠管蠕動(dòng)泵輸送到鈦白粉貯槽中，不斷攪拌，以備聚合使用。在尼龍-66生產(chǎn)中，鈦白粉是在水中分散后在66鹽后聚合過(guò)程中加入。

尼龍鈦白粉懸浮液配置典型的工藝流程

1-混合罐；2-泵；3-研磨機(jī)；4、5-沉降分離罐；6-過(guò)濾；7-懸浮液貯罐1-混合罐；2-泵；3-研磨機(jī)；4、5-沉降分離罐；6-過(guò)濾；7-懸浮液貯罐腈綸

按照一定配比和加料順序，將硫氰酸鈉，有光原液（未加消光劑的原液）和鈦白粉加入球磨機(jī)。球磨12小時(shí)后加入熒光增白劑，再球磨10分鐘，用漿料輸送泵，將漿料經(jīng)過(guò)濾器輸送到循環(huán)貯槽。在循環(huán)貯槽內(nèi)攪拌器要求不斷攪拌，以防鈦白粉凝聚沉淀。在硫氰酸鈉一步法腈綸生產(chǎn)過(guò)程中，鈦白粉是在硫氰酸鈉水溶液中分散后混入聚丙烯腈紡絲原液中，得到含有定量消光劑的均勻消光原液，從而紡的消光纖維。

腈綸典型的工藝流程1-混合罐；2-泵；3-過(guò)濾；4貯罐粘膠纖維將鈦白粉、水和六聚偏磷酸鈉以一定的比例在高速混合器中制備漿料。漿料經(jīng)徹底混合并通過(guò)膠體磨對(duì)大粒子鈦白粉進(jìn)行研磨，使鈦白粉保持懸浮狀態(tài)。消光粘膠絲的生產(chǎn)有兩種工藝：（1）整體加入法：（2）紡前注射法：（1）整體加入法：將鈦白粉配成懸浮液，在粘膠生產(chǎn)過(guò)程的黃化或溶解工序加入，直接借助于設(shè)備的攪拌，均勻分散于粘膠中（2）紡前注射法：

借助于一套紡前注射裝置，把配成懸浮液鈦白粉在紡絲機(jī)前與粘膠均勻混合后注入紡絲機(jī)。粘膠典型的工藝流程1-混合罐；2-泵；3-研磨機(jī)；4-沉降罐；5-調(diào)配罐；6-過(guò)濾；7-懸浮液貯罐五.國(guó)產(chǎn)二氧化鈦使用分析目前，國(guó)內(nèi)聚酯生產(chǎn)裝置使用的原料和輔料已基本自給，唯有消光劑二氧化鈦幾乎全部依賴進(jìn)口。我國(guó)鈦白粉工業(yè)與國(guó)外先進(jìn)生產(chǎn)水平相比，存在生產(chǎn)技術(shù)落后、生產(chǎn)規(guī)模小、原料品位低和產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定等問(wèn)題。國(guó)內(nèi)使用的纖維級(jí)鈦白粉，主要依賴由日本和德國(guó)進(jìn)口，每年鈦白粉的進(jìn)口量約在8000噸-10000噸。

國(guó)產(chǎn)與進(jìn)口二氧化鈦質(zhì)量對(duì)比項(xiàng)目國(guó)產(chǎn)進(jìn)口外觀白粉異物白粉水分%0340.26純度%98.299.1氧化亞鐵%0.030.0004篩殘分%0.020