如何讓高白度硅灰石替代鈦白粉？

　　鈦白粉主要由晶相二氧化鈦（TiO2，金紅石和銳鈦礦型）顆粒組成，由于其顆粒微細（200?300nm），表面活性高，故團聚現(xiàn)象十分嚴重，導致其顏料性能不能有效發(fā)揮，使用效率降低。

　　通過制備與鈦白粉性能相似的礦物- TiO2復(fù)合顏料，是緩解鈦白粉生產(chǎn)和應(yīng)用中存在的資源、環(huán)境與成本價格等問題的有效措施，同時還有利于非金屬礦物資源的高效利用。

　　硅灰石是一種偏硅酸鹽礦物，其折光指數(shù)（1.63）高于許多白色礦物，表面易生成OH-等活性基團，這些特征都有助于在制備以硅灰石為基體，通過表面包覆TiO2的復(fù)合顏料中形成協(xié)同效應(yīng)。

1、硅灰石-TiO2復(fù)合顏料的制備

　　原料：硅灰石樣品白度94.0%，蓋力272.65g/m2，吸油量11.2g/100g，D50為15.25μm，D90為58.65μm。

　　采用液相機械力研磨方式，通過硅灰石與TiO2濕法共混研磨手段實現(xiàn)TiO2顆粒在硅灰石表面的包覆。

　　將預(yù)先研磨的硅灰石基體與預(yù)先分散的TiO2懸浮體均混，然后置于超細攪拌磨中研磨制得復(fù)合物漿料，復(fù)合物漿料脫水、干燥、打散即制得硅灰石-TiO2復(fù)合顏料.

　　硅灰石-TiO2共研磨的目的是:（1）使硅灰石和TiO2顆粒得到分散和表面活化，進而促進二者在水介質(zhì)中的水化及羥基化等反應(yīng)；（2）通過研磨過程輸入較高能量，提高硅灰石與TiO2顆粒間的碰撞幾率，克服二者排斥作用的能壘以接近到顆粒表面官能團相互作用的范圍，促進硅灰石與TiO2顆粒間實現(xiàn)牢固結(jié)合。

2、硅灰石研磨時間對復(fù)合顏料性能的影響

　　硅灰石系硅酸鹽礦物，鏈狀結(jié)構(gòu)，主要解理面（平行（100）面，沿縱向表面）上為Si-O斷鍵，因平衡該斷鍵，硅灰石在水介質(zhì)中易發(fā)生表面水解羥基化現(xiàn)象而產(chǎn)生一定數(shù)量的Si-OH活性基團，這些羥基基團即可成為與TiO2表面羥基通過氫鍵，或彼此脫羥縮合作用實現(xiàn)牢固結(jié)合的基礎(chǔ)。

　　對硅灰石礦物進行預(yù)先研磨，不僅能使所制備的復(fù)合顆粒材料滿足在應(yīng)用時的粒度要求，也可使基體顆粒表面產(chǎn)生一定程度的活性以促進其與TiO2的復(fù)合反應(yīng)。

　　隨硅灰石研磨時間增加，硅灰石- TiO2復(fù)合顏料吸油量持續(xù)增大，至研磨90min時平穩(wěn)；復(fù)合顏料遮蓋力呈先減小后增大現(xiàn)象。結(jié)果說明硅灰石基體適度研磨有利于提高顏料性能，以預(yù)先研磨30min為最佳。

3、復(fù)合體系pH值對復(fù)合顏料性能的影響

      pH值由6增大至7，復(fù)合顏料遮蓋力和吸油量值均呈現(xiàn)下降趨勢，當pH值再逐漸增大至9時，遮蓋力和吸油量均又顯著提高，然后趨于平穩(wěn)。顯然，pH值為7時復(fù)合顏料性能最佳。

4、復(fù)合過程機械力對復(fù)合顏料性能的影響

　　隨攪拌磨轉(zhuǎn)速增加，所得復(fù)合顏料的遮蓋力先增大后減小，吸油量值逐漸增大；隨球料比提高，復(fù)合顏料吸油量先增大后降低，其中在球料比為5:1時達值，說明復(fù)合效果差。

　　復(fù)合產(chǎn)物遮蓋力則隨球料比從0至4.5:1范圍增加而顯著降低，球料比超過4.5:1，遮蓋力小幅增加后又降低。由于球料比4.5:1條件下復(fù)合顏料遮蓋力值最小，吸油量也保持較低值，所以認為該條件的復(fù)合效果為最佳。同時也說明，在濕法機械研磨制備硅灰石-TiO2復(fù)合顏料過程中，球料比應(yīng)保持合理值。

　　在濕法機械研磨制備硅灰石-TiO2復(fù)合顏料工藝中，研磨過程所傳遞的機械力對復(fù)合過程具有重要影響，以保持適度為佳。

5、硅灰石-TiO2比例對復(fù)合顏料的性能的影響

　　硅灰石原料（TiO2復(fù)合比例0%）白遮蓋力值高達272.65g/m2，說明基本沒有遮蓋能力，而硅灰石與TiO2各比例復(fù)合產(chǎn)物遮蓋力大多小于20g/m2，并與TiO2接近，這說明復(fù)合顆粒呈現(xiàn)TiO2性質(zhì)，而硅灰石的性質(zhì)被弱化，推測應(yīng)為TiO2在硅灰石表面包覆所致。

　　隨TiO2比例的增加，硅灰石-TiO2復(fù)合顆粒的遮蓋力值逐漸降低，表明遮蓋性能逐漸提高，其中TiO2復(fù)合量45%時，遮蓋力值為17.97g/m2，相對遮蓋力（E）為81.08%，相比于所含TiO2按自身比例的貢獻值提升（△E）36.08%；硅灰石-TiO2復(fù)合顏料的吸油量在TiO2復(fù)合量35%至45%較低，在30%和50%條件下較高，顯然，TiO2含量45%較適宜。

6、硅灰石-TiO2復(fù)合顏料的形貌與結(jié)構(gòu)

　　硅灰石顆粒呈棒狀，解理完整，表面光滑平整。TiO2顆粒呈塊狀，粒度大小均勻，約0.3μm，分散良好。

　　硅灰石與TiO2復(fù)合后，表面出現(xiàn)均勻包覆的細小顆粒物，這使得硅灰石光滑的表面變得粗糙，顯然，這是TiO2顆粒在硅灰石表面包覆所造成。由于TiO2顆粒的包覆完整，所以推斷硅灰石-TiO2復(fù)合顏料應(yīng)呈現(xiàn)出TiO2性質(zhì)，即具有和TiO2相似的顏料性能。

7、結(jié)論

　　硅灰石-TiO2顆粒復(fù)合過程中，硅灰石基體研磨時間、復(fù)合體系pH值和研磨機械力是影響硅灰石與TiO2顆粒復(fù)合及顏料性能的重要因素。

　　采用水介質(zhì)中濕法超細研磨方式制備了硅灰石-TiO2復(fù)合顏料，其性能與鈦白粉相當，TiO2比例45%的復(fù)合顏料遮蓋力為17.97g/m2，比TiO2按自身比例的貢獻值提升36.08%。硅灰石-TiO2復(fù)合顏料的顆粒以TiO2顆粒均勻包覆在硅灰石表面為特征所形成。