化纤消光用二氧化钛的生产新工艺

王鑫峰

（常州市和润环保科技有限公司，江苏 常州 2132000）

聚酯切片一般由二元羧酸和二元醇在缩聚反应釜合成高分子聚合物后切片，反应中不添加额外的添加剂，因而都是呈透明或半透明状的。化学合成纤维由聚酯切片加工而成，以涤纶为例，直接拉丝时生产的纤维具有刺眼的光泽，不能直接成为纺丝和织物。在纺丝前要加入白色颜料以改善其光学性能，这个过程称为纺丝消光，所加的白色颜料则称为“消光剂”。锐钛型二氧化钛具有良好的折射率和足够的硬度，附着力强，性质稳定，熔点高，被认为是当今世界上最好的白色颜料。广泛应用于涂料、塑料、橡胶、化妆品、化纤行业。化纤行业中普遍使用锐钛型钛白粉作消光剂。

纤维级消光用二氧化钛平均添加量为纤维总量的0.3%，市场缺口较大，大部分依赖进口。本试验的主要目的是实现化纤消光用二氧化钛的国产化，取代进口品。

1 基本工艺路线

目前国产化纤级消光用二氧化钛一般以锐钛型二氧化钛为原料,先后经水选研磨、沉降、无机物表面修饰、干燥、机械粉碎等生产工艺。由于表面处理剂等工艺差异问题，产品的稳定性和原生粒径存在不足，产品质量比进口的国外产品差了不少，在应用效果上与进口产品相比也存在着一定差距。因此与南京某高校进行了产学研联合开发这一产品，实现本产品的国产化。根据现有常规生产工艺中的不足点，我们设计了另一条思路，直接从钛白粉的前端产品即偏钛酸为起始原料，添加晶型转化剂、表面处理剂，经过一定温度压力的反应过程，把粒径控制在200～300nm，再经过无机膜洗涤除杂、喷雾干燥等后处理工序，生产的化纤级消光二氧化钛具有粒径分布窄、分散性好的优点，经过化纤生产厂家的实际分析评价，该产品性能达到了国外同类产品的水平。

2 原料及试验设备

原料：偏钛酸，南京钛白粉厂；试剂A、B、C为购买；

设备：内衬四氟20L高压反应釜1台；0.2μm无机陶瓷膜设备1套；电加热喷雾干燥器1台。

3 试验方法

将偏钛酸加水稀释到重量百分比的20%，pH值调到6～7条件下，加入锐钛型晶型转化剂A,在300r/min的搅拌转速下，缓慢加入表面处理剂B，再转入内衬四氟20L高压反应釜，缓慢搅拌并按2℃/min升温至280℃，继续保温反应4 h，通夹套冷却水冷却至室温出料。再经过无机陶瓷膜洗涤至铁离子含量小于50mg/kg，喷雾干燥、气流粉碎即得化纤消光用二氧化钛，由于试验为间隙式生产，浪费较大，产品收率约为85%，工业化后将大幅度提高，预计为95%以上。

4 产品性能指标

4.1 粒径

根据使用要求，二氧化钛最佳粒径约为200～300nm，因此也要控制粒径在200～300nm。从电境照片看出，生产的化纤级消光二氧化钛的粒径就在200～300nm范围内，完全符合使用要求。

4.2 分散性

分散性测试：在装有200g乙二醇的烧杯中加入0.2g的化纤级二氧化钛,按同一方向搅拌3min,再经过超声波震荡3min，使其充分分散，倒入250 mL的具塞玻璃刻度量筒，静置。分别观察24h、48h和96h时的二氧化钛在乙二醇中分散状态。

分散性能是化纤用消光二氧化钛的关键指标，主要受原生二氧化钛颗粒粒径分布和表面处理情况影响，国内厂家通常购买普通锐钛型钛白粉经过球磨等工艺筛选，粒径分布较宽且不能完全去除大颗粒，通常采用偏铝酸钠作为表面处理剂，易受pH控制和杂质离子的影响而导致分散性能不佳。采用含有偶联剂的高分子材料作为表面处理剂，可有效包裹二氧化钛微粒，同时采用无机陶瓷膜洗涤去除水中的铁离子，消除了微粒间的相互结合力，大大改善了颗粒的分散性能。不同表面处理剂分散性能见表1。

表1 不同产品在乙二醇中的分散性

可以看出经过高分子表面处理后剧具有良好的分散性能。

4.3 热稳定性

这个指标主要是衡量产品的水分及晶型是否完全为锐钛型而设立的，如果没有完全转变为锐钛型，则产品的热重曲线就会反应出来。将生产的产品与国内某厂产品做 TGA分析，国内产品的热失重达4%，主要原因有干燥时未能完全烘干和部分晶体未能完全转化，而本工艺自制的产品热失重不到1%，证明经过该工艺处理后的偏钛酸已经完全进行了晶型转化，全部为锐钛型，且干燥度也很好。

4.4 实际应用评价

将我们自制生产的化纤级消光用二氧化钛送到国内某大型化纤企业进行评价，本产品加入PTA与乙二醇进行缩聚反应的反应釜中，经过挤出切片，切片的全部指标达到了实际应用的标准要求。见表2。

表2 应用评价

5 结论

以生产钛白粉成品过程的前端中间体偏钛酸作为原料,添加晶型转化剂、表面处理剂，经过一定反应条件制备的钛白粉。可控制其锐钛型晶型和颗粒粒径在200～300nm，分散性能和热稳定性能均达到化纤消光剂的技术要求。在工业应用测试中也完全达到了要求，可替代国外同类产品。