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    鈦白粉

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    鈦白粉的白到底是什么白?

    來源: admin 發布時間:2020-12-30 11:25

    鈦白粉是二氧化鈦的俗稱,優秀的白色功用使其在油墨、涂料、油漆、造紙等工作占有了商場的絕大比例,因此,被冠于“白色之王”的美譽,在咱們的日常生活中,只要有白色產品或類白色產品,幾乎都有鈦白粉的參與。除了鈦白粉之外,類似產品還有鉛白、鋅白、立德粉、大白粉等,它們的商場比例遠不及鈦白粉,而且各項功用較差,尤其是耐候性、光澤度等方面,因此它們只能運用于低端工作。

    現在,鈦白粉的出產有兩種方法,分別是硫酸法和氯化法,就全國際范圍內來講,氯化法的產能要比硫酸法略多,而在我國,由于技能原因,硫酸法廠家遠大于氯化法,氯化法的年產量僅占總產量的5~8%。

    硫酸法之所以運用廣泛是由于它開展歷史悠久,工藝道路恰當成熟,對設備的配備要求很低,對材料的要求不高,鈦礦、鈦渣都可以,而且這種方法即可以出產金紅石型鈦白粉,又能出產銳鈦型鈦白粉,基建要求低,投產時間短。由于以上原因,硫酸法鈦白粉被廣泛仿制,在鈦白粉工作占有恰當重要的位置。比較氯化法,硫酸法又有自己的缺點,首要表現在操作流程很長,各崗位操作雜亂,機械化程度低,流程變量多,參數可控性不高,且“三廢”排放量大,污染嚴峻,能源消耗巨大,歸于高能耗、高污染企業。雖然硫酸法缺點許多,也有被其他方法代替的趨勢,但是現階段人們對它的熱情不減,生命力仍舊堅強,在將來的很長時間內仍舊會占有重要的位置。

    雖然氯化法比較先進,流程短,自動化程度高,產品質量安穩等長處,但是它的材料來歷困難,本錢高,雖然“三廢”排放量少,但是將出產高鈦渣和人工金紅石所排放的廢棄物核算在內,其“三廢”排放總量也是恰當巨大的。同時,其技能雜亂,出產難度大,對設備和材料要求高,推廣起來仍是有必定的難度。

    在鈦白粉的各項方針中,白度是比較重要的方針之一,由于鈦白粉的白度較高,也是被稱為“白色之王”的首要原因,但是鈦白粉的白度并非定值,而是根據出產方法和工藝參數改動的,當然白度是越高越好。關于鈦白粉白度的影響要素國內外研討的較少,相關論文及著作說明的也較為廣泛。孫莉通過研討二氧化鈦粒子的巨細、形狀、粒度分布以及雜質的種類和晶核缺點簡明說明晰它們與白度的聯絡,但關于理論說明較少,沒有找到根本原因;李俊峰、張兵兵等側重對表面處理的影響做了相關研討,認為漿料松散性、pH值、化學品參與次第等對畢竟產性情有較大影響,但對白度的說明很少;喬梁雖未對鈦白粉的白度進行研討,但對純堿的白度做了相關說明,認為粒度、鐵含量和出產工藝對產品功用有較大影響。

    2.白度的界說及分類

    白是具有光反射比高和色飽和度低的特殊顏色特征,是根據目視感知而判別反射物體所能顯白的程度。一般當物體表面臨可見光譜內全部波長的反射比都在80%以上時,可以為該物體表面為白色。白色位于色空間中恰當狹隘的范圍內,它們與其他顏色相同,可以用三維量(即光反射比Y、純度C、主波長λ)來標明。但人們卻習氣將不同白度物體按一維量白度(W)排序來定量點評其白色程度,而把志向白色(如高純度硫酸鋇)作為參比標準。無論是目視判定白度,仍是用儀器判定白度,都必須建立在公認的“標準”基礎上。所以,所謂白度是指間隔志向白色的程度。

    為了便于研討及比較,人們引進三影響值Y(明度)、興奮純度(Pe),以及L、a、b值幾個物理量來標準白度或顏色。關于Y和Pe來講,不同的人有不同的觀點,有材料閃現物體表面Y>70,Pe<10時可看做白色,有的則閃現Y=70~90,Pe=0~10時為白色。

    為了進一步改進和同一顏色的點評方法,國際照明委員會(CIE)引用了L、a*、b*三個數值來標明某一顏色,L值為亮度,改動范圍了0~100,L=0為完全黑暗,即為黑色,L=100為亮堂。a*、b*值有正負之分,其間a標明紅綠色,-a*為綠色,越大,綠色飽和度越大,+a*為赤色,數值越大,赤色越劇烈。b*值為黃藍色,-b*為藍色,越大,藍色越深,+b*為黃色,數值越大,黃色越深。有了這三個數值之后可在空間建立三維顏色坐標系,見圖1,L、a、b為坐標軸,任何一種可見光顏色都可以在坐標系中標明出來,這種標明方法比于Y和Pe更為精確,適用范圍更廣。

    現在,國際上關于白度的核算公式或方法有多種,如甘茨白度、藍光白度、亨特百度、Tabble白度、建材白度等,乃至每個工作或企業都有不同的判定方法,就是用頻率來看,甘茨白度、藍光白度、亨特白度是運用最為廣泛的三種,下面簡略介紹一下。

    2.1甘茨白度

    甘茨白度是CIE在20世紀80年代發布的白度公式,其特征是以物體顏色的三影響值為根據進行核算,相關的公式如下:

    W10為干茨白度值,TW、TW10為淡顏色指數,Y、x10、y10為在10°視場下測得的樣式值,xn、yn為在10°視場下D65標準光源的坐標值,其間xn=0.3138,yn=0.3309。該公式的長處是關于白度較好的物質測量效果較為精確,但是關于其他顏色的測量精確性較差,一般只用于點評白色物質。

    2.2 藍光白度

    藍光白度簡寫為Wb或R457,公式為:

    Wb=Kb∑R(λ)F(λ)△λ

    該公式中,Kb為歸化系數,數值為Kb=∑F(λ) △λ,R(λ)為標準白板的藍光白度儀器相同照明查詢條件下的光譜亮度因數,F(λ)為藍光白度計的相對光譜相應分布,λ為波長。由于該公式的參看量較多,二期核算起來較為繁瑣,因此通常用三影響值色度測量儀(D65在10°下測量)測出的Z值來轉化,轉化公式為:

    Wb=0.925Z+1.16

    上述公式也具有必定的運用范圍,因其參數較少,核算方便在油墨、涂料等領域可作為核算參看,而且精確性較高。

    2.3亨特白度

    亨特白度在我國比較通用,在國標中也有明確規定,亨特白度用WH標明,核算公式如下:

    式中a、b為亨特征品指數,L為亨特明度指數。亨特白度的測量有兩種方法,一種是在C照明體2°視場中,亨特指數L、a、b分別為:

    另一種亨特白度的測量方法是在D65標準照明體10°的視場中,亨特指數L、a、b分別為:

    上述各式中X2、Y2、Z2與X10、Y10、Z10分別為2°視場和10°視場中的三影響值。該方法的特征是以色差方法核算白度值,測定效果的白度值較高,極差較小,適用于白度值較高的樣品的測量,在鈦白粉工作中運用較多。

    3.白度的測量

    白度的核算和測量方法有多種,因此在對比白度時需求說明用的何種核算方法,由于不同的核算方法得到的白度值有較大不同。在市道上有許多用于測量白度的儀器,不同一同的測量原理或許存在差異,致使同種樣品運用不同儀器測量時效果有所不同。

    現在用于測量白度的儀器有MS-350、ND101-DP、ZDB-1等,它們的光源類型和視野角度有所不同,表1為同種樣品不同檢驗條件下的白度值,由表可知,不同的檢驗條件對白度的影響較大,因此,檢驗方法的選擇對白度數據有恰當大的影響。

    4.影響白度的要素

    就現在來講,影響鈦白粉白度的要素有雜質、粒徑和粒度分布、顆粒形狀、鈦含量等,下面臨這幾個要素簡明說明一下。

    4.1 雜質

    在鈦白粉工藝中,尤其是硫酸法鈦白粉工藝,大部分的作業是為了除去產品中的雜質,由于雜質嚴峻影響鈦白粉的運用功用, 特別是白度。顯色金屬氧化物雜質在極低的含量下就能影響白度,這些元素有鐵、錳、鉻、銅等,這些雜質本身就帶有顏色,在白色的鈦白粉中極易顯色,常見的雜質及顯色濃度見表。

    在實踐出產中,雜質污染鈦白粉的極限含量要比表2中嚴峻的多,即在更低的濃度下就能顯色,以鐵元素為例,當赤色的Fe3+進入Ti4+的方位后,因極化而變形,這就比正常的鐵吸收更多的赤色。因此,Fe3+置換Ti4+后導致光的吸收與濃度不成比例,即此時鐵元素對鈦白粉白度的影響比表格中列出的數據嚴峻的多。這首要的由于Fe3+被極化的才華很強,在遇到極化才華強的原子時,鐵原子會被極化而變形。而且 ,鈦原子半徑小,極化才華很強,當Fe3+濃度增加后,彼此之間會由于氧缺點而導致彼此招引,原子核外部被拉長,進一步在光能作用下失掉電子,發生劇烈的光色互變現象。根據顯色元素的不同光色互變現象也不同,鐵元素為赤色光色互變現象,錳元素為灰色光色互變現象。鈰元素為黃色光色互變現象等。

    4.2 粒徑和粒度分布

    粒徑和粒度分布也是影響鈦白粉白度的首要要素,它首要是通過鈦白粉顆粒對光的反射、散射等現象影響的。圖2為5個鈦白粉樣品的粒度分布圖,圖中橫坐標為顆粒的粒度,縱坐標為該粒度的鈦白粉在體系中的占有比例,即頻率,曲線下方的積分為1。圖中曲線峰值越大,峰域越窄,曲線越偏左,代表該種顆粒的鈦白粉粒徑越小,粒度分布越會集,鈦白粉的各項功用就越好。

    圖2中5個樣品的均勻粒徑為0.4、0.55、0.6、0.8、1.0μm,這幾個樣品除粒徑不同外組分完全相同,將這幾個樣品用MS-350白度檢驗儀測量

    根據圖中數據可知,鈦白粉的粒徑越小,白度值越高,這首要是由于鈦白粉粒徑越小,表面積增大,光的反射、漫反射增強。根據光波的特性,當顏料粒子的粒徑小于光波的一半時可以取得對該波長的色光的散射,由此分析,對波長藍色光散射的粒徑在0.2μm左右,波長較長的赤色光散射的粒徑在0.35μm左右,因此,小粒徑的鈦白粉的散射光呈藍相,而透過光則為藍色的補色紅黃相,反之,大粒徑的鈦白粉散射光為紅相,透過光為藍相。

    在上述5個樣品中均勻粒徑都在0.4μm以上,遠超過了藍光散射粒徑0.2μm和紅光散射粒徑0.35μm,但仍會有藍光和紅光的散射,這是由于在5個樣品中均勻粒徑僅僅均勻值,在松散體系中存在大量0~0.35μm的顆粒,這些顆??梢园l生劇烈的反射、散射和吸收,當均勻粒徑小時,0~0.2μm粒徑的顆粒就多,對藍光散射就強,均勻粒徑大時,0~0.2μm粒徑的顆粒少,0.2~0.35μm粒徑的顆粒多,對紅光散射就強,白度顯著下降。

    4.3 顆粒形狀

    顆粒形狀是指鈦白粉顆粒的存在情況,可分為球狀、桿狀和層狀,如圖4所示。球狀為顆粒呈球行或類球形,桿狀為顆粒的橫截面和縱截面為長方形和圓形或類似形狀,層狀顆粒為顆粒厚度較薄但一側面積較大。這三種顆粒形狀在鈦白粉中常見,球狀為志向情況,但是由于包膜或氣粉的要素或許發生桿狀和層狀。人為控制氣粉條件,出產出三種形狀的鈦白粉,用MS-350白度檢驗儀測量白度,得到的效果見表3。

    表3 顆粒形狀與白度的聯絡

    由表3可知,層狀鈦白粉的白度略低,球狀和桿狀的白度十分接近,因此,鈦白粉顆粒形狀雖然可以稍微影響白度,但不是首要要素。在出產中,顆粒的形狀首要影響鈦白粉的光澤度、遮蓋力、松散性等方針,關于白度方針可不必考慮此要素。

    4.4 鈦含量

    鈦含量指鈦白粉中二氧化鈦的總含量,關于顏料級鈦白粉中二氧化鈦的含量一般在90%以上,具體在92~98%之間,其他物質首要為包膜劑與少數雜質?,F在根據不同的運用場合可選用不同的包膜劑種類,常用的包膜劑有鋁包膜、硅包膜、鋯包膜等,也有兩種或多種包膜劑一同運用,如鋯鋁包膜、硅鋁包膜等,這些包膜劑的加量各廠家不盡相同。為了便于研討,這兒采用鋁包膜產品,即在鈦白粉的后處理階段包裹一層水和氧化鋁膜,包膜化學品為硫酸鋁和偏鋁酸鈉,包膜量分別為(以氧化鋁計)2、3、4、5、6、7%,由于雜質及有機處理的存在,畢竟產品中二氧化鈦的含量在92~97%之間。將這幾種樣品在相同條件下用MS-350白度檢驗儀測量白度,

    從圖5中可以看出,跟著二氧化鈦含量的升高,白度值也升高,即鋁含量升高,白度值下降,也就是說鋁元素有下降白度的性質。除了鋁元素外,鋯、硅也是常用的包膜劑,它們也有類似的性質,僅僅下降白度的程度有所差異。

    5.出產中前進白度的方法

    在出產及客戶運用進程中,都希望鈦白粉的白度可以更高,據閱歷分析,當鈦白粉的白度升高時,其遮蓋力、消色力方針也會相應升高,因此,要到達同等的效果運用的鈦白粉量就少,本錢就會下降。關于出產中前進白度的方法現在首要有以下幾點(針關于硫酸法)。

    (1)材料選擇方面

    材料是出產的,只要合格的材料才華出產合格的產品,鈦白粉關于雜質的含量極為敏感,有時要精確到1ppm,因此,選擇好的礦源是重中之重。鐵、錳、釩鈮是比較重要的雜質,其含量需求進行嚴厲的檢驗并精確控制。

    (2)水解技能

    水解是硫酸法鈦白粉出產進程中重要的工藝,也是影響鈦白粉白度的重要方位。通常加壓水解產品的均勻性較差,洗刷速度慢,制品白度差,而常壓水解可以戰勝這一缺點,時顆粒形狀均勻,白度上升。

    (3)煅燒條件

    煅燒是脫水、脫硫、晶型轉化、晶型生長的進程,與制品的白度有直接聯絡,切勿欠燒或過燒。一般在回轉窯前方設置燃燒室,避免高溫火焰直接觸摸物料,并控制溫度、轉速和煅燒時間,根據閱歷控制各項參數。

    (4)砂磨條件

    砂磨是后處理階段的作業,其任務是將物料打碎,用于后期的包膜處理。當物料過粗時,包膜不均勻,過細會導致制品遮蓋力下降,并浪費研磨資源,因此,一般控制均勻粒徑在0.3~0.6μm之間。

    (5)包膜進程

    包膜方法、包膜量、包膜的均勻程度等都可以影響產品的白度,通常情況下,包磷、鋁、鋯是會是白度有升高的趨勢,而包硅則會使白度不變乃至下降,而當包膜不均勻時也會嚴峻影響制品的白度。

    (6)氣粉條件

    氣粉是將鈦白粉破壞到適宜的粒徑,粒徑越大,均勻性越差,白度越低,反之白度升高,因此,根據閱歷一般將制品粒徑破壞到0.2~0.35μm之間。

    6.總結

    通過以上關于鈦白粉白度的分析,可得出兩個結論:

    (1)鈦白粉的白度常用甘茨白度、藍光白度和亨特白度來標明,不同的白度由不同的運用場合,而且測量白度的儀器存在差異,對比時需求確定儀器類型;

    (2)鈦白粉白度的影響要素有雜質、粒徑和粒度分布、顆粒形狀和鈦含量,其間雜質的影響最為嚴峻,其次是粒度分布和鈦含量,顆粒形狀對白度的影響最小,具體影響作用為雜質含量越低,粒度分布越會集,均勻粒徑越小,鈦含量越高,白度值越大,反之白度越小。

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