二氧化鈦的表面處理，一般先進(jìn)行無(wú)機(jī)表面處理，后進(jìn)行有機(jī)表面處理。在無(wú)機(jī)表面處理包膜時(shí)，根據(jù)用途不同膜的厚度不一(圖2)，通常以提高耐候性為主要目的時(shí)，膜的厚度緊密呈表皮狀，這樣可以使二氧化鈦顆粒與載色劑隔絕，可以最大程度的抑制二氧化鈦的光催化作用。雖然金紅石型的二氧化鈦耐候性要優(yōu)于銳鈦型二氧化鈦，但是未經(jīng)表面處理的金紅石型二氧鈦鐵的光化學(xué)活性仍然會(huì)影響涂膜的壽命，特別是近年來(lái)涂料行業(yè)新開(kāi)發(fā)的丙烯酸、有機(jī)硅聚酯等樹(shù)脂，它們本身可以透過(guò)紫外光，在沒(méi)有二氧化鈦存在下該類樹(shù)脂對(duì)光是穩(wěn)定的，因此特別需要減少二氧化鈦的這種光化學(xué)活性，而普通醇酸樹(shù)脂在太陽(yáng)光的照射下，既使沒(méi)有二氧化鈦的光催化作用，它們也會(huì)降解。這類無(wú)機(jī)膜的厚薄主要靠SiO2的厚度來(lái)調(diào)整，如果想最大和度的提高二氧化鈦的干遮蓋力(如平光乳膠漆用的二氧化鈦)，其膜層要厚，呈海綿狀，這樣可以有效地拉開(kāi)顏料顆粒間距離，使顏料與空氣界面的折射率之差(2.76~1.06)大于顏料與漆料中樹(shù)脂的折射率之差(2.76~1.50),從而提高了光的散射能力，使遮蓋力加強(qiáng)。
不同的表面處理劑和處理量，甚至處理方法的不同，都會(huì)對(duì)二氧化鈦的性質(zhì)(分散性、耐候性、吸油量、光澤、遮蓋力、表面積、等電點(diǎn)、流變性、貯存穩(wěn)定性等)產(chǎn)生不同程度的影響，表1為德國(guó)拜耳公司的幾種二氧化鈦的表面處理及其性能的數(shù)據(jù)。
表1 TiO2顏料的化學(xué)組成與物理性質(zhì)
顏料牌號(hào)
TiO2%
無(wú)機(jī)處理劑
晶格摻入物
BET表面積m2/g
pH值
比電阻Ω·cm2
等電點(diǎn)pH
相對(duì)散射率DIN/ISO789/24
RU
98
Al2O3
5.1
9
2000
5.0
96
RU1
96
Al2O3
15.2
8
13000
8.7
112
RU2
94
Al2O3/SiO2
Al2O3
10.5
7
13000
7.0
105
RU3
95
Al2O3
Al2O3
15.9
8
20000
8.1
109
RU4
94
Al2O3SiO2/ZrO2
Al2O3
15.0
8
14000
7.3
105
RU5
93
Al2O3/ZrO2
Al2O3
26.7
8
16000
8.4
104
RU6
94
Al2O3/ZrO2
Al2O3
17.0
7
14000
7.7
108
有機(jī)表面處理(圖3)，主要是提高二氧化鈦各種不同介質(zhì)中相容性和分散性，并能改善其光澤、流變性和濕潤(rùn)性，有機(jī)表面活性劑吸附在二氧化鈦粒子的表面，依靠電斥力和空間位阻效應(yīng)可以使二氧化鈦顏料粒子保持分散狀態(tài)。
(1)無(wú)機(jī)表面處理
無(wú)機(jī)表面處理劑中使用得最多的是鋁和硅的水合氧化物，目前市售的金紅廠型鈦白粉中幾乎每一個(gè)品牌中都有鋁或硅，其中Al2O3/SiO2系列被認(rèn)為是最基本的標(biāo)準(zhǔn)組成，這種包膜產(chǎn)品不僅具備優(yōu)良的耐候性，而且可以使二氧化鈦在水和有機(jī)介質(zhì)中都有較好的分散性。除此以外根據(jù)用途不同，有時(shí)還增加鈦、鋯、鋅、銻、錫、錳等的水合氧化物來(lái)包膜改性。
a.鋁(Al2O3)包膜，鋁包膜的作用，除了能在二氧化鈦表面形成一層保護(hù)層隔絕二氧化鈦與有機(jī)介質(zhì)的直接接觸外，Al2O3還能反射部分紫外線，避免二氧化鈦多的吸收紫外線而發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，在前面二氧化鈦性質(zhì)中已提到，TiO2在可見(jiàn)光范圍內(nèi)具有強(qiáng)烈地反射作用，但在405nm附近有輕微地吸收紫光的作用，從圖4中可以看出Al2O3對(duì)光的反射率雖然沒(méi)有TiO2強(qiáng)，但它對(duì)可見(jiàn)光譜的反射范圍比TiO2寬，在300nm處才開(kāi)始有吸收的傾向，因此Al2O3可以更多的反射紫外光。
另外用Al2O3包膜的TiO2在漆料中的酸性官能團(tuán)反應(yīng)生成鹽類，在醇酸樹(shù)脂中Al3+吸附在TiO2的表面，在少量水的存在下，鋁鹽離解形成雙電層，使TiO2粒子表面帶正電荷，在其表面又吸附一層樹(shù)脂層，由于樹(shù)脂層的吸附保護(hù)作用，使二氧化鈦顏料粒子起到分散作用(圖5)。
通過(guò)測(cè)定用Al2O3/SiO2包膜后二氧化鈦的吸油量和吸水量發(fā)現(xiàn)，包膜劑中Al2O3/ Al2O3+SiO2的比例越高，它的吸油量也越低，可見(jiàn)Al2O3是親油性的，它有助于二氧化鈦在有機(jī)介質(zhì)中的分散，所以在鈦白行業(yè)中早就有一種“鋁親油、硅新水”的說(shuō)法。
表2 二氧化鈦的樹(shù)脂吸附量
TiO2的表面處理類型
樹(shù)脂吸附量/%
TiO2表面處理類型
樹(shù)脂吸附量/%
無(wú)處理
1.4
TiO2處理
2.2
Al2O3處理
4.4
Al2O3-SiO2-TiO2處理
3.5
SiO2處理
1.6
Al2O3-TiO2處理
4.7
在測(cè)定二氧化鈦的樹(shù)脂吸附量中(表2)，也可以發(fā)現(xiàn)經(jīng)Al2O3包膜的TiO2吸附的樹(shù)脂量最多。鋁包膜可以單獨(dú)進(jìn)行(單鋁包膜)，也可以與SiO2、ZrO2、TiO2等一道進(jìn)行。鋁鹽的包膜方式可以下列化學(xué)反應(yīng)式表示。
Al2(SO4)3+6NaOH+(x-3)H2O→Al2O3·xH2O+3Na2SO4
2NaAl(OH)4+H2SO4+(x-5)H2O→Al2O3·xH2O+NaSO4
b.硅(SiO2)包膜，硅包膜一般不單獨(dú)進(jìn)行，通常與鋁包膜同時(shí)進(jìn)行，它的最主要的作用是在二氧化鈦表面形成一層膜，使二氧化鈦粒子與有機(jī)介質(zhì)隔離，減少TiO2與介質(zhì)的接觸面積，堵塞TiO2上的光活化點(diǎn)，有效的保護(hù)二氧化鈦不受紫外線侵害，降低它的光化學(xué)活性。SiO2膜有兩種，一種是致密的類似表皮或玻璃一樣的膜，它是美國(guó)杜邦公司在60年代末開(kāi)發(fā)出來(lái)的，是近代鈦白粉生產(chǎn)中最突出的成就之一，這種膜具有特別優(yōu)良的耐候性能，主要用于高耐候性、高耐久性的涂料、塑料等領(lǐng)域，同時(shí)這種膜還可以保護(hù)TiO2粒子免受化學(xué)品的侵蝕，例如用常規(guī)的A12O3/SiO2包膜的鈦白粉，在175℃的96%濃硫酸中加熱5h，有95%的TiO2被溶解，而經(jīng)過(guò)致密SiO2包膜的鈦白粉，在相同條件下只有40%的TiO2被硫酸溶解。另一種是多孔狀，大劑量的海綿狀膜，主要用于平光乳膠漆，使乳膠漆的漆膜干燥后，原先被水占據(jù)的微孔，進(jìn)入了一定量的空氣從而產(chǎn)生了干遮蓋力，使乳膠漆的總遮蓋力得到提高。
總遮蓋力=TiO2真遮蓋力(著油遮蓋力)+TiO2干遮蓋力(空氣遮蓋力)+填料的遮蓋力
正是靠這種干遮蓋力，才使一般乳膠漆在20%顏料體積濃度下仍可以取得滿意的遮蓋效果。
c.A12O3和SiO2的包膜工藝二氧化鈦在包膜前首先要打漿分散，根據(jù)二氧化鈦中可溶性陽(yáng)離子和陰離子雜質(zhì)的數(shù)量和性質(zhì)來(lái)決定分散劑的品種和加量，也決定是否要通過(guò)調(diào)整漿液的pH值來(lái)獲得滿意的分散效果，常用的分散劑有:硅酸鈉、六偏磷酸鈉、氫氧化鈉等。
在A12O3-SiO2類型的包膜中，A12O3與SiO2的比例為1:1~2:1，這種包膜的過(guò)程是在60~80℃時(shí)，把硫酸鋁溶液加入到含有硅酸鈉的二氧化鈦分散體中，然后把終點(diǎn)的pH值調(diào)整到7左右，包膜時(shí)間30~60min；也可以把硅酸鈉溶液按上述操作條件加入到含有硫酸鋁溶液的二氧化鈦漿液中。第一種方法又稱堿性包膜，因?yàn)閴A性的硅酸鈉是二氧化鈦的良好分散劑，二氧化鈦粒子可以在充分分散的狀態(tài)下進(jìn)行包膜，所得到的產(chǎn)品耐候性好，與樹(shù)脂的相容性也好，但包膜產(chǎn)品的過(guò)濾性能差；第二種方法又稱酸性包膜，因?yàn)榱蛩徜X溶液是酸性的，包膜后的產(chǎn)品容易過(guò)濾、洗滌，但耐候性沒(méi)有第一種方法好。
無(wú)論哪一種方法看起來(lái)似乎都很簡(jiǎn)單，僅僅是通過(guò)酸堿中和調(diào)整pH值的方法使水合氧化鋁或氧化硅從溶液中沉積到二氧化鈦的表面。但是水合氧化鋁的化學(xué)性質(zhì)和晶型結(jié)構(gòu)特別復(fù)雜，其生成的形式與溫度、pH值、濃度等密切相關(guān)，一般認(rèn)為是按下式反應(yīng)的無(wú)定型結(jié)構(gòu)：
鋁鹽包膜時(shí)所形成的水合氧化鋁，實(shí)際組分是勃母石或假勃母石型氧化鋁(γ-AlOOH)、水鋁石(a-AlOOH)、和三羥鋁石[Y-Al(OH)3]的混合物，但工藝要求最好形成勃母石或假勃母石型水合氧化鋁，因?yàn)樗鼈兂山z狀或帶狀結(jié)構(gòu)，有利于顏料的分散。
根據(jù)Rochelle、M.Cornell等人的研究，氧化鋁包膜時(shí)，在pH8的情況下硫酸鋁中和后的沉淀物凝膠呈有序的細(xì)棒狀構(gòu)造，X衍射圖呈勃母石結(jié)構(gòu);在pH4~8.5的情況下硫酸鋁沉淀出來(lái)的氧化鋁凝膠呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，而且在堿性條件下的沉淀產(chǎn)物的比表面積明顯高于酸性條件下沉淀產(chǎn)物的比表面積，但是在堿性過(guò)強(qiáng)的情況下(pH12~7)沉淀，得到的氧化鋁包膜既不致密，又不均勻，電子顯微鏡下呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)伸展在粒子之間。
由于上述化學(xué)反應(yīng)的復(fù)雜性，良好的攪拌是保證pH值不在局部區(qū)域內(nèi)超過(guò)工藝規(guī)定的范圍。包膜劑鋁鹽的純度要求很高，一般認(rèn)為采用偏鋁酸鈉作為包膜劑，比用硫酸鋁作包膜劑要好一些，因?yàn)殍F等金屬離子在酸性硫酸鋁溶液中呈可溶性的狀態(tài)，在包膜時(shí)會(huì)一同發(fā)生水解而沉淀到二氧化鈦的表面，而偏鋁酸鈉溶液是堿性的，不溶的鐵等雜質(zhì)可在使用前通過(guò)過(guò)濾除去，而且在堿性條件下二氧化鈦分散狀態(tài)良好，包膜比較均勻。
單鋁包膜的產(chǎn)品，其A12O3包膜量一般是TiO2的1%~6%(質(zhì)量)，通常把含Al2O340~100g/L的硫酸鋁溶液加入到分散好的二氧化鈦漿液中，用稀NaOH中和，或采用并流中和，即硫酸鋁溶液和堿液同時(shí)加入，在中和過(guò)程中始終保持pH為8.5~11，使TiO2在整個(gè)包膜過(guò)程中處于分散狀態(tài)，然后再用酸把pH回調(diào)至中性使鋁鹽完全水解，也可以用偏鋁酸鈉溶液，用稀硫酸中和，或偏鋁酸鈉加完后在堿性條件下陳化數(shù)十分鐘后，再加稀酸中和沉淀，這樣可以提高分散性。
美國(guó)專利USP4416699(杜邦公司)介紹了一種具有良好的抗粉化性能、抗褪色性、光澤高、分散性好的單鋁包膜型鈦白粉的操作方法。該方法是用占二氧化鈦2%~6%(質(zhì)量)的致密氧化鋁和勃母石型氧化鋁的復(fù)合包膜，其中致密氧化鋁(含硫酸根)使顏料具有抗粉化性能和抗褪色性能，而勃母石型氧化鋁(水合氧化鋁的一種形式)使顏料具有令人滿意的光澤度和分散性。
致密氧化鋁是牢固吸附著硫酸根離子的氧化鋁，硫酸根來(lái)源于沉淀水合氧化鋁的酸中或硫酸鋁溶液中。氧化鋁的致密化是在溫度30~65℃、pH5.2~6.5的情況下對(duì)帶有硫酸根離子的氧化鋁進(jìn)行熟化時(shí)完成的，沉析期或熟化期溫度過(guò)高(＞90℃)會(huì)使硫酸根含量不足。勃母石是含有吸附水的氧化鋁的一種晶型，水通常是以無(wú)規(guī)則或有規(guī)則的方式夾在Al(OH)的八面體晶層中，該發(fā)明專利的操作過(guò)程如下。
在6200g金紅石型鈦白粉中加入15.5L脫離子水，升溫至60℃，pH值為3.85，用63mL濃硫酸把此漿液的pH調(diào)至1.5，在15min內(nèi)用34mL50%氫氧化鈉或和196mL鋁酸鈉溶液(315g/L以A12O3計(jì))，把pH調(diào)至8.5，生成相當(dāng)于1%(質(zhì)量)TiO2的勃母石型氧化鋁。然后用6mL濃硫酸把pH調(diào)至5.5,接著在30min內(nèi)加入393mL上述鋁酸鈉溶液，同時(shí)用125mL濃硫酸保持pH5.5~6.0,此后讓此漿液在60℃、pH5.7的情況下熟化15min。隨后再把此漿液加入75mL焦磷酸四鉀溶液(含12.4g焦磷酸四鉀)，同時(shí)加入2mL的濃硫酸以保持pH值為5.7，在60℃下再熟化0.5h，然后過(guò)濾、洗滌(使其不含硫酸鈉)，于120℃下干燥，經(jīng)汽流粉碎后即為成品。
上述方法是先生成勃母石型氧化鋁，再生成致密的氧化鋁膜，也可以先生成致密氧化鋁膜，然后通過(guò)提高pH值來(lái)生成勃母石型氧化鋁膜。
硅包膜的最新進(jìn)展是形成致密的SiO2膜，它的特征是膜層厚薄均勻，并且是連續(xù)的致密結(jié)構(gòu)，而不是多孔的海綿狀，因此有人把它描述成像皮膚的表皮一樣，或玻璃殼一樣的膜，它既不增加吸油量,也不降低光澤，這種膜中的無(wú)定型的水合二氧化硅以羥基形式牢固地鍵合到二氧化鈦的表面，也就是說(shuō)它不是單純的物理沉淀方式的包膜，而是一種化學(xué)結(jié)合。水蒸汽可以滲透過(guò)該包膜層，但氮?dú)獠荒芡高^(guò)，這類包膜層在水中的表觀濕潤(rùn)熱很高，可達(dá)到750~1200mJ/m2，大大高于多孔SiO2包膜樣品的濕潤(rùn)熱(400mJ/m2左右)，其原因在于這些濕潤(rùn)熱是以氮吸附法比表面積基礎(chǔ)上計(jì)算出來(lái)的。
硅包膜劑通常使用硅酸鈉(水玻璃)，用量一般占二氧化鈦的1%~10%(質(zhì)量)，通常制備致密膜時(shí)用量偏低，制備海綿膜時(shí)用量偏高，但總包膜量超過(guò)12%時(shí)，會(huì)使顏料的機(jī)械性能下降，光學(xué)性能減退，甚至膜層會(huì)從顏料表面分離下來(lái)。硅包膜的化學(xué)反應(yīng)式如下：
Na2SiO3+H2SO4+(x-1)H2O→SiO2·xH2O+Na2SO4
硅酸鈉溶液中不存在偏硅酸離子(SiO32-)，只有H3SiO4-和H2SiO42-。當(dāng)用酸對(duì)硅酸鈉溶液進(jìn)行酸化時(shí)，最初析出的是Si(OH)4形式的正硅酸，這種單體形式的正硅酸具有很大的活性，它很快會(huì)發(fā)生縮聚反應(yīng)生成硅氧烷鏈的聚合硅酸 。單體硅酸和低聚合度的水合二氧化硅具有活性，也稱活性硅，而高分子量的氧化硅的聚合物是不活潑的。
為了防止硅酸在包膜時(shí)聚合速度過(guò)快而無(wú)法形成致密膜，操作時(shí)應(yīng)十分緩慢地進(jìn)行中和，使SiO2逐步在TiO2表面上沉析形成核點(diǎn)，隨著SiO2的進(jìn)一步沉析，它們被吸引到這些核點(diǎn)上來(lái)，并在這些成核點(diǎn)上繼續(xù)增長(zhǎng)，形成一層連續(xù)的致密膜。二氧化硅的沉析是一種快速的吸附(鍵合過(guò)程)，發(fā)生這一過(guò)程的pH范圍較窄，操作時(shí)最重要的是控制其pH值。從圖6硅酸溶液聚合(或膠凝)時(shí)間的對(duì)數(shù)與pH的關(guān)系中，可以看出硅酸的聚合速度與pH的關(guān)系，呈明顯的N形曲線。聚合速度最快時(shí)在N形曲線的最低點(diǎn)(pH7~8)，聚合速度最慢時(shí)在N型曲線的2個(gè)最高點(diǎn)(pH2~3和pH＞11)，實(shí)際生產(chǎn)中由于使用的酸和硅酸鈉的種類不同，以及操作時(shí)溫度、濃度等的影響，實(shí)際值一般偏向于理論曲線的左方，這就在理論上為制造致密膜和多孔海綿膜提供了依據(jù)。
至于工業(yè)生產(chǎn)中為什么不采取低pH的方法來(lái)生產(chǎn)致密膜，主要是因?yàn)槎趸佋诘蚿H的情況下凝聚嚴(yán)重，會(huì)造成包膜不均勻，而pH在中性時(shí)正好處于N形曲線的底部，此時(shí)硅酸的聚合速度太快，只有在高pH的情況下(pH9~11)，不僅硅酸聚合速度慢，而且二氧化鈦也處于高分散的狀態(tài)，此時(shí)進(jìn)行包膜比較均勻。根據(jù)以上理論分析，工業(yè)生產(chǎn)中是否能夠生成致密的SiO2膜，要注意如下幾個(gè)方面。
(a)二氧化鈦漿液的pH值最好保持在9~11;
(b)致密膜反應(yīng)的溫度應(yīng)控制在80~100℃、多孔膜的反應(yīng)溫度控制在60℃左右；
(c)致密膜用的硅酸鈉溶液、硫酸溶液的濃度要低(硅酸鈉以Na2O計(jì)小于1mol/L)，濃度過(guò)高會(huì)增大活性，加快聚合現(xiàn)象的發(fā)生；
(d)致密膜的反應(yīng)時(shí)間要長(zhǎng)，一般長(zhǎng)達(dá)5~10h，反應(yīng)速度過(guò)快會(huì)生成砂粒狀的SiO2顆粒，不能沉積在TiO2的表面，當(dāng)進(jìn)一步增加活性硅的數(shù)量時(shí)，這些砂粒會(huì)事先吸附活性硅，最后堆積成海綿膜，而破壞了致密膜的制備過(guò)程；
(e)致密膜的二氧化鈦漿液分散狀態(tài)要好，因此攪拌要均勻，避免局部pH和溫度過(guò)高或過(guò)低都不好。
致密膜雖好但反應(yīng)時(shí)間太長(zhǎng)，最近有許多專利報(bào)道縮短致密膜操作時(shí)間的方法如：美國(guó)專利USP4125412中，先把分散好的二氧化鈦漿液加熱到80~100℃，迅速加入硅酸鈉溶液，并把pH調(diào)整到9~10.5，保持15~60min使SiO2包膜熟化，然后把pH調(diào)到8，迅速加入鋁酸鈉，在加入鋁酸鈉的同時(shí)，同步加入酸維持pH7~9,最后過(guò)濾、水洗、干燥、粉碎。
歐洲專利申請(qǐng)106706.9中是先把二氧化欽漿液pH調(diào)到9.8~，10.1，然后加熱至85℃，分3次用酸來(lái)中和硅酸鈉至pH9.6~9.8；9.2~9.4；3~4，在pH5~6.5時(shí)同時(shí)加入硅酸鈉和酸，最后再把pH調(diào)整到7.5左右后過(guò)濾、水洗、干燥、粉碎。該專利的實(shí)質(zhì)是逐步中和，精確控制每次中和時(shí)的pH,精確的控制SiO2的沉析速度，使二氧化鈦與可溶性硅酸鹽在開(kāi)始沉析出SiO2之前能緊密接觸。
美國(guó)專利USP5041162中的方法是，先把二氧化鈦漿液用氨或氫氧化鈉將pH調(diào)到9.8~10.2，并加熱到75~90℃，以后整個(gè)過(guò)程保持在此溫度內(nèi)，然后加入硅酸鈉溶液，保溫熟化15~20min，使SiO2熟化沉析到TiO2的表面上，在硅酸鈉快加完時(shí)迅速加入硫酸使pH達(dá)到9.2~9.4，以使致密SiO2進(jìn)一步沉析，并保溫15~20min，然后第二次用硫酸快速調(diào)節(jié)pH至2.8~3.2，迅速加入鋁酸鈉，當(dāng)pH上升至5.5~6.5時(shí)，鋁酸鈉與酸同時(shí)加入，維持pH≤7,以便A12O3沉析在致密SiO2上，最后再用堿調(diào)至中性后過(guò)濾、水洗、干燥、汽流粉碎。
A12O3-SiO2在包膜的次序上有先包鋁(A12O3)后包硅(SiO2)；或先包硅后包鋁，也有先包一半的鋁，然后加入全部的硅酸鹽，接著再加入另一半鋁鹽的辦法。但是在生產(chǎn)高耐候性的顏料品種時(shí)，一般先包硅后包鋁，而用于水性涂料的品種，有時(shí)則先包鋁后包硅。
A12O3和SiO2包膜是目前最有效的防止二氧化鈦光化學(xué)活性的方法，其主要作用機(jī)理在于為TiO2提供了一層物理屏障。采用鋁鹽和硅鹽混合包膜的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是兩者的相容性好，酸性的硫酸鋁溶液與堿性的硅酸鈉溶液很容易共沉淀到二氧化鈦的表面上，而且在二氧化硅凝膠粒子上吸附的羥基化鋁離子能阻止二氧化硅凝膠粒子聚合，從而可以防止凝膠粒子的進(jìn)一步長(zhǎng)大。圖7為經(jīng)包膜處和未經(jīng)包膜處理二氧化鈦的電子顯微鏡照片。
d.其他氧化物的包膜，在Al2O3-SiO2包膜系列中，常常有TiO2的包膜組成，有的生產(chǎn)商在包膜劑組成中注明有TiO2，有的產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中雖有TiO2的包膜層，但一般不注明。二氧化鈦膜的作用主要是能改善二氧化鈦表面與包膜層之間的附著力，所以又把二氧化鈦膜稱為附著力促進(jìn)層。二氧化鈦包膜層的主要原料是四氯化鈦或硫酸鈦溶液，在操作時(shí)一般包TiO2,后包Al2O3和SiO2，三者之間的典型比例是3:4:2。但是近年來(lái)有一些專家認(rèn)為，這種水合二氧化鈦的包膜層有一個(gè)缺點(diǎn)，它在包膜過(guò)程中有可能會(huì)被還原成Ti2O3而降低鈦白粉的白度，近年來(lái)國(guó)外越來(lái)越多地采用ZrO2包膜層來(lái)代替TiO2包膜層。
二氧化鋯包膜層不僅具有二氧化鈦膜那樣的附著力促進(jìn)作用，而且還能掩蓋二氧化鈦晶格表面上的光活性基團(tuán)(TiOH)，可以提高二氧化鈦的抗粉化性和光澤度，如英國(guó)Tioxide集團(tuán)TR-92、德國(guó)拜耳公司的R-KB-6、日本石原公司的CR-97等牌號(hào)金紅石型鈦白粉中都含有ZrO2的包膜層，并都列入超耐久型的產(chǎn)品中。
二氧化鈦包膜所用的鋯鹽， 主要有:Zr(SO4)2、ZrCl4、ZrOCl2、Zr(NO3)4等，但以采用Zr(SO4)2的較多。ZrO2的包膜量一般占被包膜二氧化鈦的0.1%~2.5%(質(zhì)量)(以ZrO2計(jì))，常用量0.5%~1%,太少對(duì)二氧化鈦耐久性、抗粉化性作用不大，太多(超過(guò)2.5%)這種過(guò)渡金屬氧化物會(huì)對(duì)顏料的光學(xué)性能有相反的損害作用。含有鋯鹽的二氧化鈦在醇酸/三聚氰胺體系中幾乎不影響絮凝性能。
二氧化鋯包膜的方法大致是，把二氧化鈦漿液研磨分散后，把漿液加熱至50℃左右，用硫酸把pH調(diào)至5左右，然后把硫酸鋯溶液(200g/L左右)和20%NaOH,在攪拌下同時(shí)加入，維持漿液pH在8左右，接著再加入偏鋁酸鈉溶液進(jìn)行鋁(Al2O3)包膜或硅(SiO2)包膜。
其他包膜劑中還有氧化錳、氧化鈰、氧化鉬、氣氧化鉻等，但使用的很少，多為特殊專用品種中才使用上述氧化物包膜，例如氧化錳有時(shí)用于銳鈦型化纖用鈦白粉中專門供給尼龍-6或尼龍-66消光用，日本富士鈦公司專用于尼龍消光用的TA-500就屬于Al2O3-SiO2-MnO包膜類型；氧化錫多用于云母珠光二氧化鈦顏料，它同時(shí)具促進(jìn)金紅石轉(zhuǎn)化的作用；氧化鈰的作用和氧化鋯類似，在層壓紙中有時(shí)使用氧化鈰包膜。
(2)有機(jī)表面處理
有機(jī)表面處理的作用主要是，提高二氧化鈦在各種分散介質(zhì)中的濕潤(rùn)、分散和流變性能，在貯存期間可以減少水分的吸收，使顏料中的附聚物減少。有機(jī)表面處理主要是通過(guò)有機(jī)表面活性劑中的親水極性基團(tuán)向外與有機(jī)分散介質(zhì)作用，這樣不僅可以降低表面張力、增強(qiáng)與分散介質(zhì)(樹(shù)脂)的濕潤(rùn)性，而且由于它的定向緩沖作用可以幫助二氧化鈦提高它在介質(zhì)中的分散性能。另一類如三甲基氯硅烷之類的表面活性劑，主要是依靠化學(xué)吸附，利用其分子中的(CH)3-Si-O-基團(tuán)通過(guò)氧橋結(jié)合在二氧化鈦的表面，使二氧化鈦從親水性改為親油性。還有一類有機(jī)表面活性劑如：烷基苯磺酸鈉、次亞甲基萘磺酸鈉、木素磺酸鈉等，它們?cè)谒芤褐心茈婋x出大量帶負(fù)電荷的離子，使在水溶液中的二氧化鈦雙電層變厚，從而提高了二氧化鈦在水系介質(zhì)中的分散性能。
涂料用金紅石型鈦白粉的有機(jī)表面處理劑主要有：季戊四醇、三羥甲基丙烷、三羥甲基乙烷、三乙醇胺、二異丙醇胺、單異丙醇胺、辛戊二醇等，上述表面處理劑中三乙醇胺效果較好，但會(huì)使漆膜的干燥時(shí)間延長(zhǎng)，三羥甲基丙烷的效果也不錯(cuò)，但它不能用于造紙鈦白粉，因?yàn)樗诩垵{中會(huì)起泡，使紙張?jiān)诟稍飼r(shí)表面產(chǎn)生小孔。
有機(jī)表面處理劑的加入方式，一般可以在無(wú)機(jī)表面處理后，干燥前的漿料中加入，或在最后氣流粉碎加入，工業(yè)生產(chǎn)中以后者的加入方式較多，加量一般占二氧化鈦的0.1%~1%(質(zhì)量)，常用量0.2%~0.6%。
二氧化鈦表面處理的作用正如前面所介紹的是提高二氧化鈦的耐候性、耐久性，彌補(bǔ)二氧化鈦的光化學(xué)活性的缺陷，并提高它在各種介質(zhì)中的分散性能，但不能改善二氧化鈦的白度，也不能明顯地提高它的遮蓋力、消色力等指標(biāo)(提高乳膠漆的遮蓋力除外)，這些指標(biāo)取決二表面處理前基礎(chǔ)顏料(未處理的二氧化鈦顏料)的質(zhì)量。
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