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国际巨头科慕钛白粉产品性能及应用分析
2019年07月15日 发布 分类:行业要闻 点击量:1023
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科慕公司的前身是杜邦公司的钛白事业部,2015年钛白粉事业部从杜邦公司分离的。杜邦公司是在20世纪30年代步入钛白粉行业的,氯化法钛白粉工艺技术是由杜邦公司在上世纪50年代首先实现工业化的。公司2018年的钛白粉产能是120.2万吨。

二氧化钛晶格种类有两种:金红石型(Rutile)和 锐钛型(Anatase)。二氧化钛颜料制造有两种工艺:氯化法和硫酸法。

目前科慕公司只用于氯化法生产R型二氧化钛。其工艺是将高纯四氯化钛在高温下氧化,生成二氧化钛。在氯化法的氧化阶段严格控制工艺参数可以控制颗粒大小和晶型,生产有高遮盖力、高亮度、高着色强度的钛白粉。

2FeTiO37Cl23C → 2TiCl42FeCl33CO2
TiCl4O2 → TiO22Cl2

对于金红石型的二氧化钛,为了获得不同用途上的最佳性能,表面都需要进行包覆处理。通常无机处理采用湿加工方法对二氧化钛表面包膜,包括钛、硅、铝、锆、磷、锰的水合氧化物在二氧化钛颜料粒子表面上包覆,也可以使用水合氧化物组合的方式。

一、为什么金红石型钛白粉要进行后处理?

钛白粉的颜料性能(遮盖力、光泽度等)主要取决于二氧化钛颗粒形貌和粒径大小及粒径分布;钛白粉的应用性能(分散性、耐候性、耐光性等)主要决定于表面包覆物质种类、形式、数量等。钛白粉后处理的关键是包膜工艺控制,包覆条件不同,导致包覆膜的质量也不一样,进而导致性能不一样。例如在水和许多有机体系中的分散作用,耐粉化性,遮盖效率,因热或光还原所引起的褪色性等都会有所改善。通常一种简单的表面处理配方,不能生产出对各种油漆都具有最大使用价值的颜料,因而生产上要根据钛白粉的应用领域进行不同的后处理。理论上讲,氯化法采用相同工艺参数生产的二氧化钛应该是没有差别的,只是因为后处理不同导致了钛白粉颜料具有很多不同牌号。如果一个企业只有单一牌号的钛白粉,远远不能够满足下游应用领域的要求。

右图是二氧化钛表面包覆致密SiO2高分辨透射电镜照片。淡色是SiO2包膜,深色是TiO2

二、包膜种类对钛白粉性能的影响

1.硅包膜:提高耐候性。根据包膜工艺条件不同,分致密硅膜和疏松硅膜。

2.铝包膜:提高分散性。pH对铝膜有重要的影响。酸性包非晶型铝,完美封装膜,提高中等耐候性。弱碱性包伯姆石型铝,形成枝状膜提高分散性。强碱性包拜耳石型铝,结晶度高,吸油量较大,影响分散性,对钛白粉颜料性能不利。

3.有机包膜: 有利于润湿分散性,提高在应用领域的相容性。常见的有多元醇(TMP、TME),有机硅类,有机胺(单异丙醇胺)类。

三、科慕钛白粉不同牌号的表面处理的特点

(1)科慕公司主要品牌及产品

注:R-700、R-902、R-931、R-941、R-100、R-102、R-108、R-794、R-795、R-796已停产。

科慕公司主要产品包膜指标:

牌号

TiO2含量%

表面处理

主要用途

无机包覆(以氧化物计)

有机处理

R-706

93.0

Al:2.5%、Si:3.0%

涂料

R-900

94.0

Al:4.3%

X

涂料

R-902+

93.0

Al:4.3%、Si:1.4%

涂料

R-960

90.0

Al:3.5%、Si:5.5%

X

涂料

TS-6200

93.0

Al:3.6%、Si:3.3%

涂料

TS-6300

82.0

Al:5.8%、Si:9.0%

X

涂料

R-101

97.0

Al:1.7%

塑料

R-103

96.0

Al:3.2%

塑料

R-104

97.0

Al:1.7%

塑料

R-105

92.0

Al:3.2%、Si:3.5%

塑料

R-350

95.0

Al:1.7%、Si:3.0%

塑料

R-960

89.0

Al:3.5%、Si:6.5%

X

塑料

R-796+

94.0

Al: 4.3%、P: 1.6%

造纸

科慕公司主要产品包膜示意图

说明:不同应用领域二氧化钛粒径分布情况(TEM测定的粒径分布):

分类

粒径分布

中值粒径/μm

应用领域

牌号

细粒径

较窄

0.20-0.24

涂料、塑料与薄膜专用

R-706、TS-6200、R-101、 R-103、R-104、R-105等

中粒径

较窄

0.24-0.28

用量最大的、品种最多

R-900、R-902+、R-960等

大粒径

较宽

≥0.28

专用型品种(如乳胶漆用)

TS-6300等

 

四、不同牌号钛白粉的特点和应用领域

(一)涂料行业

涂料工业是钛白粉第一大用户。钛白粉具有遮盖力高、着色力强等特点,是各类涂料的重要组分,甚至有的涂料钛白粉含量高达25%。随着建筑领域的发展,涂料工业不仅从数量上需要更多的钛白粉,而且对质量和品种也有越来越高的要求。

科慕涂料用钛白粉选用原则:

科慕涂料用钛白粉光泽度与耐候性趋势图:

涂料用科慕(杜邦)钛白粉应用领域:


(二)塑料行业

塑料是目前钛白粉的第二大用户,该领域对钛白粉的遮盖力、亮度、颜色效应、防止紫外光降解等性能的要求尤为严格,科慕(杜邦)公司开发了多款用于塑料行业的专用产品。

塑料用科慕钛白粉应用领域:

(三)造纸行业

科慕(杜邦)公司适用于造纸行业的钛白粉牌号为R-796+,具有不透明度高和留着性能极佳的特点,适用于高、低压素色纸,木纹纸以及印刷装饰纸。该产品在不同的水环境下具有优异的遮盖力并保持良好的留着性能,呈现中性偏蓝白色相,在碱性水系统中非常容易分散,并具有极佳的质量稳定性,广泛应用于中性pH值环境中。

五、总结

虽然市场上其它品牌的钛白粉众多。但是科慕(杜邦)钛白粉的遮盖力、分散性及蓝白色相是其它品牌都无法超越的。同时虽然每个生产厂家都会做出很多牌号,但是在市面上主推的也就2~3个牌号。而科慕(杜邦)无论是塑料还是涂料用钛白粉,牌号都一应俱全,满足各类客户的不同需求。

参考文献:

1.科慕钛白粉科技。

2.崔爱莉,清华大学博士论文,二氧化钛表面包覆工艺、机理和新型反应器研究。

3.杨振、崔爱莉等,科慕(原杜邦)钛白粉后处理包膜综述。

作者:杨振 昆明冶金研究院


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