钛白粉主要由晶相二氧化钛（TiO₂，金红石和锐钛矿型）颗粒组成，由于其颗粒微细（200〜300nm），表面活性高，故团聚现象十分严重，导致其颜料性能不能有效发挥，使用效率降低。
　　通过制备与钛白粉性能相似的矿物- TiO₂复合颜料，是缓解钛白粉生产和应用中存在的资源、环境与成本价格等问题的有效措施，同时还有利于非金属矿物资源的利用。
　　硅灰石是一种偏硅酸盐矿物，其折光指数（1.63）高于许多白色矿物，表面易生成OH^-等活性基团，这些特征都有助于在制备以硅灰石为基体，通过表面包覆TiO₂的复合颜料中形成协同效应。
　　
　　1、硅灰石-TiO₂复合颜料的制备
　　原料：硅灰石样品白度94.0%，盖力272.65g/m²，吸油量11.2g/100g，D₅₀为15.25μm，D₉₀为58.65μm。
　　采用液相机械力研磨方式，通过硅灰石与TiO₂湿法共混研磨手段实现TiO₂颗粒在硅灰石表面的包覆。
　　将预先研磨的硅灰石基体与预先分散的TiO₂悬浮体均混，然后置于超细搅拌磨中研磨制得复合物浆料，复合物浆料脱水、干燥、打散即制得硅灰石-TiO₂复合颜料，其工艺流程见下图。
　　

图1 硅灰石-TiO₂复合颜料制备工艺
 

　　硅灰石-TiO2共研磨的目的是:（1）使硅灰石和TiO₂颗粒得到分散和表面活化，进而促进二者在水介质中的水化及羟基化等反应；（2）通过研磨过程输入较高能量，提高硅灰石与TiO₂颗粒间的碰撞几率，克服二者排斥作用的能垒以接近到颗粒表面官能团相互作用的范围，促进硅灰石与TiO₂颗粒间实现牢固结合。
　　
　　2、硅灰石研磨时间对复合颜料性能的影响
　　硅灰石系硅酸盐矿物，链状结构，主要解理面（平行（100）面，沿纵向表面）上为Si-O断键，因平衡该断键，硅灰石在水介质中易发生表面水解羟基化现象而产生一定数量的Si-OH活性基团，这些羟基基团即可成为与TiO₂表面羟基通过氢键，或彼此脱羟缩合作用实现牢固结合的基础。
　　对硅灰石矿物进行预先研磨，不仅能使所制备的复合颗粒材料满足在应用时的粒度要求，也可使基体颗粒表面产生一定程度的活性以促进其与TiO₂的复合反应。
　　　　

图2 硅灰石研磨时间对复合颜料性能的影响
 

　　随硅灰石研磨时间增加，硅灰石- TiO₂复合颜料吸油量持续增大，至研磨90min时平稳；复合颜料遮盖力呈先减小后增大现象。结果说明硅灰石基体适度研磨有利于提高颜料性能，以预先研磨30min为佳。
　　
　　3、复合体系pH值对复合颜料性能的影响
　　

图3 复合体系pH值对复合颜料性能的影响

　　
　　由上可看出，pH值由6增大至7，复合颜料遮盖力和吸油量值均呈现下降趋势，当pH值再逐渐增大至9时，遮盖力和吸油量均又显著提高，然后趋于平稳。显然，pH值为7时复合颜料性能佳。

　　4、复合过程机械力对复合颜料性能的影响
　　　　

图4 复合过程机械力对复合颜料性能的影响
 

　　随搅拌磨转速增加，所得复合颜料的遮盖力先增大后减小，吸油量值逐渐增大；随球料比提高，复合颜料吸油量先增大后降低，其中在球料比为5:1时达高值，说明复合效果差。
　　复合产物遮盖力则随球料比从0至4.5:1范围增加而显著降低，球料比超过4.5:1，遮盖力小幅增加后又降低。由于球料比4.5:1条件下复合颜料遮盖力值小，吸油量也保持较低值，所以认为该条件的复合效果为佳。同时也说明，在湿法机械研磨制备硅灰石-TiO₂复合颜料过程中，球料比应保持合理值。
　　由此可总结出，在湿法机械研磨制备硅灰石-TiO₂复合颜料工艺中，研磨过程所传递的机械力对复合过程具有重要影响，以保持适度为佳。
　　
　　5、硅灰石-TiO₂比例对复合颜料的性能的影响

表1 TiO₂复合比例对复合颜料性能的影响

　　
　　硅灰石原料（TiO₂复合比例0%）白遮盖力值高达272.65g/m²，说明基本没有遮盖能力，而硅灰石与TiO₂各比例复合产物遮盖力大多小于20g/m²，并与TiO₂接近，这说明复合颗粒呈现TiO₂性质，而硅灰石的性质被弱化，推测应为TiO₂在硅灰石表面包覆所致。
　　随TiO₂比例的增加，硅灰石-TiO₂复合颗粒的遮盖力值逐渐降低，表明遮盖性能逐渐提高，其中TiO₂复合量45%时，遮盖力值为17.97g/m²，相对遮盖力（E）为81.08%，相比于所含TiO₂按自身比例的贡献值提升（△E）36.08%；硅灰石-TiO₂复合颜料的吸油量在TiO₂复合量35%至45%较低，在30%和50%条件下较高，显然，TiO₂含量45%较适宜。
　　
　　6、硅灰石-TiO₂复合颜料的形貌与结构
　　　　

图5 硅灰石与TiO₂颗粒复合前后SEM图
 

　　从上图可看出，硅灰石颗粒呈棒状，解理完整，表面光滑平整。TiO₂颗粒呈块状，粒度大小均匀，约0.3μm，分散良好。
　　硅灰石与TiO₂复合后，表面出现均匀包覆的细小颗粒物（图5c），这使得硅灰石光滑的表面变得粗糙，显然，这是TiO₂颗粒在硅灰石表面包覆所造成。由于TiO₂颗粒的包覆完整，所以推断硅灰石-TiO₂复合颜料应呈现出TiO₂性质，即具有和TiO₂相似的颜料性能。
　　
　　7、结论
　　硅灰石-TiO₂颗粒复合过程中，硅灰石基体研磨时间、复合体系pH值和研磨机械力是影响硅灰石与TiO₂颗粒复合及颜料性能的重要因素。
　　采用水介质中湿法超细研磨方式制备了硅灰石-TiO₂复合颜料，其性能与钛白粉相当，TiO₂比例45%的复合颜料遮盖力为17.97g/m²，比TiO₂按自身比例的贡献值提升36.08%。硅灰石-TiO₂复合颜料的颗粒以TiO₂颗粒均匀包覆在硅灰石表面为特征所形成。
　　资料来源：机械研磨方法制备硅灰石-TiO₂复合颜料实验研究，作者：陈婉婷，丁浩，王春洪
　　

本文由中国粉体技术网编辑整理，转载请联系授权，未经允许禁止转载、摘录、镜像等操作！