塑料專用金紅石型鈦白粉的改性及機理研究.pdf

1、納米級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、不透明性和化學穩(wěn)定性好的優(yōu)點，廣泛應用于涂料、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小于387.5nm的光波中生成高化學活性的過氧化物和自由基，導致塑料發(fā)生氧化降解并加速塑料老化，具有耐候性差的嚴重缺陷。表面進行無機包覆處理的改性鈦白粉用于塑料制品時，有利于鈦白粉顆粒表面與塑料制品有機物隔開，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理，揭示改性金紅石型鈦白粉納米粒的結構-性能關系，對具有高附加價值的高耐候特性塑料制品的設計和開發(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，制備了無機包覆改性的金紅石型鈦白粉納米粒。通過改進包覆劑的組成及正交試驗設計，以粒徑、電位和分散程度為評價指標，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，評價了無機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構與性質，研究了金紅石型鈦白粉納米粒的包覆機理，將改性包覆金紅石型鈦白粉納米粒應用于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，設計和制備了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包覆層通過化學鍵與二氧化鈦層鍵合，其中ZrO2/Al2O3、ZrO2/SiO2包覆層的內層為二氧化鋯

6、層，SiO2/Al2O3包覆層的內層為二氧化硅層。ZrO2/Al2O3包覆金紅石型鈦白粉納米粒的雙層結構，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。
　　為進一步改善性能和降低成本，采用改進的溶膠-凝膠法，設計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時體系 pH為8.5～9.0，包SiO2時體系pH為9.5～10.0，包Al2O3時體系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，且原料成本更低，這樣將更有效地應用于改善塑料制品的物理化學性能。
　　對PVC塑料采用ZrO2/SiO2/Al2O3包覆金紅石型鈦白粉(R233)與國內外幾種同類型產(chǎn)品分別改性，并對改性PVC塑料的應用性能進行評價。結果表明：添加了金紅石型鈦白粉的PVC塑料，鈦白