塑料專用金紅石型鈦白粉的改性及機(jī)理研究.pdf

1、納米級(jí)二氧化鈦俗稱鈦白粉，是最佳的白色顏料，具有白度極高、消色力極強(qiáng)、不透明性和化學(xué)穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于涂料、塑料、陶瓷和造紙等行業(yè)。但由于鈦白粉顆粒本身具有光催化活性，使含鈦白粉的塑料制品在波長(zhǎng)小于387.5nm的光波中生成高化學(xué)活性的過氧化物和自由基，導(dǎo)致塑料發(fā)生氧化降解并加速塑料老化，具有耐候性差的嚴(yán)重缺陷。表面進(jìn)行無機(jī)包覆處理的改性鈦白粉用于塑料制品時(shí)，有利于鈦白粉顆粒表面與塑料制品有機(jī)物隔開，大幅度降低鈦白粉的光催化活性

2、，有效提高塑料制品耐候性。研究塑料專用高檔金紅石型鈦白粉的改性及其機(jī)理，揭示改性金紅石型鈦白粉納米粒的結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系，對(duì)具有高附加價(jià)值的高耐候特性塑料制品的設(shè)計(jì)和開發(fā)具有重要意義。
　　采用硫酸鋁、硅酸鈉和氧氯化鋯作為包覆劑，六偏磷酸鈉（SHMP)為分散劑，制備了無機(jī)包覆改性的金紅石型鈦白粉納米粒。通過改進(jìn)包覆劑的組成及正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以粒徑、電位和分散程度為評(píng)價(jià)指標(biāo)，優(yōu)化了改性金紅石型鈦白粉納米粒的制備工藝。表征了單元包覆納米粒的

3、失光率、吸油量、遮蓋力和白度等性能，評(píng)價(jià)了無機(jī)包覆改性鈦白粉納米粒的包覆效果。采用 Nano-ZS、掃描電鏡（SEM）、透射電鏡（TEM）、傅里葉紅外光譜（FT-IR）和能譜（EDS）等表征改性納米粒的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，研究了金紅石型鈦白粉納米粒的包覆機(jī)理，將改性包覆金紅石型鈦白粉納米粒應(yīng)用于PVC塑料并研究其抗降解、耐候性能。
　　采用三氧化二鋁、二氧化硅、二氧化鋯包覆到金紅石型鈦白粉納米粒表面形成ZrO2、SiO2和Al2O3包覆金

4、紅石型鈦白粉納米粒，研究結(jié)果表明，包覆顆粒平均粒徑為450nm左右，分散性能好，包覆致密均勻；ZrO2包覆金紅石型鈦白粉后，失光率和吸油量下降最多，白度增加最多，失光率從70％下降到25%，吸油量從21.5g/100g下降到17.5g/100g，白度從86.7%增加到88.5%；但鋁、硅、鋯包覆對(duì)金紅石型鈦白粉遮蓋力性能的影響較小。
　　根據(jù)ZrO2、SiO2和Al2O3包覆金紅石型鈦白粉的包覆能力差異，設(shè)計(jì)和制備了ZrO2/Al

5、2O3、ZrO2/SiO2和SiO2/Al2O3包覆金紅石型鈦白粉納米粒。ZrO2/Al2O3、ZrO2/SiO2和SiO2/Al2O3包覆比ZrO2、SiO2和Al2O3包覆具有更好的包覆效果；ZrO2/Al2O3包覆金紅石型鈦白粉納米粒的白度從86.7%增加到88.9%。該ZrO2/Al2O3、ZrO2/SiO2和SiO2/Al2O3包覆層通過化學(xué)鍵與二氧化鈦層鍵合，其中ZrO2/Al2O3、ZrO2/SiO2包覆層的內(nèi)層為二氧化鋯

6、層，SiO2/Al2O3包覆層的內(nèi)層為二氧化硅層。ZrO2/Al2O3包覆金紅石型鈦白粉納米粒的雙層結(jié)構(gòu)，不但增加了白度，還有效減少了ZrO2的用量，大大降低改性金紅石型鈦白粉納米粒的成本。
　　為進(jìn)一步改善性能和降低成本，采用改進(jìn)的溶膠-凝膠法，設(shè)計(jì)和制備了一種包覆層外層為三氧化二鋁、中間層為二氧化硅和內(nèi)層為二氧化鋯的三元包覆金紅石型鈦白粉納米粒，開發(fā)了一種ZrO2/SiO2/Al2O3包覆金紅石型鈦白粉的新合成工藝：水浴溫度為

7、60～65℃，攪拌速度350r/min，滴加速度5drop/min，包 ZrO2時(shí)體系 pH為8.5～9.0，包SiO2時(shí)體系pH為9.5～10.0，包Al2O3時(shí)體系pH為6.0～6.5，漿液濃度為400g/L，分散劑用量為0.3%，ZrO2含量為0.08%，SiO2含量為2%，Al2O3含量為4%。該ZrO2/SiO2/Al2O3包覆納米粒顆粒表面的包覆率已達(dá)到98.3%，納米粒失光率為24%，吸油量17.1g/100g，白度為89

8、.2%；與ZrO2、SiO2和Al2O3和ZrO2/Al2O3、ZrO2/SiO2和SiO2/Al2O3包覆納米粒相比，具有分散性能好、失光率低、吸油量低和白度高的優(yōu)點(diǎn)，且原料成本更低，這樣將更有效地應(yīng)用于改善塑料制品的物理化學(xué)性能。
　　對(duì)PVC塑料采用ZrO2/SiO2/Al2O3包覆金紅石型鈦白粉(R233)與國(guó)內(nèi)外幾種同類型產(chǎn)品分別改性，并對(duì)改性PVC塑料的應(yīng)用性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：添加了金紅石型鈦白粉的PVC塑料，鈦白