本发明属于生产钛白粉技术领域，具体是一种制备高耐候性塑料专用金红石钛白粉的方法。
背景技术：
钛白粉即二氧化钛，是一种重要的无机化工原料。因其无毒、物理化学性质稳定，具有优良的光学、电学特性和卓越的颜料性能，广泛应用在涂料、油墨、塑料、橡胶、造纸、化纤、美术颜料、日用化妆品、搪瓷、陶瓷、电子等领域中。金红石型钛白粉的生产方法为硫酸法，将钛铁粉与浓硫酸进行酸解反应生成
中间体硫酸氧钛，硫酸氧钛需水解成偏钛酸和硫酸，偏钛酸再经水洗、煅烧、粉碎等工艺得到钛白粉产品。
由于未经表面处理的tio2具有光化学活性，可使其周围的有机物发生降解，产生粉化现象。因此，钛白粉应用在塑料时，需要将钛白粉进行表面改性，即在tio2颗粒表面形成连续包覆的硅、铝及锆等氧化物膜，使tio2颗粒与其周围的有机物之间形成一道屏障，从而改善钛白粉的耐候性。目前国内外常用的塑料、用钛白粉的改性方法为加入无机表面处理剂处理，在二氧化钛粒子表面包覆一层或多层sio2、zro2和al2o3的氧化物或水合氧化物；该方法可在一定程度改善钛白粉的耐候性和光泽，但改善效果不明显，且钛白粉的分散性较差，仍然不能满足高端塑料产品的要求。
技术实现要素：
本发明为了解决钛白粉耐候性、分散性、光泽度较差的问题，提供一种制备高耐候性塑料专用金红石钛白粉的方法。本方法制备的钛白粉具有优异的耐候性能、白度高、分散性好等优点，填充塑料后可改善塑料的耐候性和加工性能。
为了实现以上目的，本发明采用的技术方案如下：
一种制备高耐候性塑料专用金红石钛白粉的方法，包括如下步骤：
（1）在钛精矿中加入硫酸进行酸解，得钛悬浮液，在钛悬浮液加入马来酸酐—苯乙烯磺酸共聚物、木质素磺酸钠和聚合氯化铝组成的絮凝剂进行除杂处理，静置，抽出清液上半部分输送入一级压滤器，加入吸附剂，压滤，进行固液分离，压滤后的液体进入真空结晶系统，通过圆盘分离机去除七水硫酸亚铁，再加入吸附剂进行二次压滤，得精制钛液；
（2）将精制钛液加水调至300~500g/l，升温至96℃并搅拌，加入精制钛液中二氧化钛干基质量2-4%的金红石晶种和0.5-1.0%的晶型控制剂，所述晶型控制剂由酒石酸钠、乙二胺四乙酸二钠和聚磺化乙烯亚胺组成；升温至沸腾，停止升温30-60min，再进行二次升温至沸腾，最后保温保微压4-5h，得水解产物；
（3）将水解产物水洗至铁离子含量至150ppm以下时，再加入硫酸漂白，二次水洗至铁离子在50ppm以下，得浆液；
（4）在浆液中加入分散剂和硫酸锆盐处理剂，搅拌均匀，再将浆液经压滤机压滤，然后将滤饼转窑煅烧，冷却，磨粉，再通过汽粉粉碎机粉碎，汽流粉碎时加入表面改性剂，所述表面改性剂由聚硅氧烷氨酯丙烯酸酯和甲基丙烯酸铝-锆偶联剂组成，得高耐候性塑料专用金红石钛白粉。
进一步地，所述分散剂由木质素磺酸钠、松香酸聚氧乙烯琥珀酸单酯磺酸钠和聚丙烯酸铵盐组成。
进一步地，所述分散剂中木质素磺酸钠、松香酸聚氧乙烯琥珀酸单酯磺酸钠和聚丙烯酸铵盐的质量比为3-5:0.5-2:1-3；其加入量为钛精矿质量的0.5-1.5%。
进一步地，所述絮凝剂中马来酸酐—苯乙烯磺酸共聚物、木质素磺酸钠和聚合氯化铝的质量比为3-5:1-3:1，其加入量为钛精矿质量的1-2%。
进一步地，所述吸附剂由质量比为1:1-3的硅藻土和沸石分子筛组成；吸附剂的加入量为钛精矿质量的0.8-1.5%。
进一步地，所述晶型控制剂中酒石酸钠、乙二胺四乙酸二钠和聚磺化乙烯亚胺的质量比为4-8:1-3:1。
进一步地，所述硫酸锆以氧化锆重量计加入量为浆料中二氧化钛质量的0.5-1.0%。
进一步地，所述表面改性剂的加入量为浆料中二氧化钛质量的0.8-1.5%；所述聚硅氧烷氨酯丙烯酸酯和甲基丙烯酸铝-锆偶联剂的质量比为3-5:1。
进一步地，所述水洗控制水压在0.4-0.5mpa，流量在20-25平方/min。
进一步地，所述煅烧为升温至300-350℃下保温0.5-1.0h，升温至450-500℃保温1.0-1.5h，再升温至650-700℃保温2-2.5h。
与现有技术相比，本发明的优点及有益效果为：
1、本方法制备的钛白粉具有优异的耐候性能、光泽度高、分散性好、白度高等优点，填充塑料后可改善塑料的耐候性和加工性能。
2、本发明加入聚硅氧烷氨酯丙烯酸酯和甲基丙烯酸铝-锆偶联剂进行表面改性，能够提高钛白粉的耐候性，有效减少发黄，填充塑料后能耐候性能显著提高。
3、本方法在酸解过程中马来酸酐—苯乙烯磺酸共聚物、木质素磺酸钠和聚合氯化铝组成的絮凝剂进行除杂，采用阴阳离子絮凝剂相结合的方法，能够对带正电荷的阳离子金属杂质及带负电性的杂质，使得钛液中的金属阳离子和非金属阴离子杂质都能有效稳定的去除，除杂效果显著，能够提高钛白粉的光泽和白度。
4、本方法以硅藻土和沸石分子筛组成的吸附剂作为助滤剂，提高对杂质的吸附能够，制得的钛白粉纯度提高，白度提高。
5、本发明在水解过程中加入木质素磺酸钠、松香酸聚氧乙烯琥珀酸单酯磺酸钠和聚丙烯酸铵盐组成的分散剂，能够显著提高钛白粉的分散性，解决了当前钛白粉易团聚的问题。
6、本发明在水解过程中不仅加入金红石晶种还加入由酒石酸钠、乙二胺四乙酸二钠和聚磺化乙烯亚胺组成的晶型控制剂，制得的钛白粉金红石含量在95%以上，产品粒径控制在d50=1.0-1.5μm，d90＜3μm，粒径分布窄，粒度分布均匀。
7、偏钛酸颗粒通常是由很多原级粒子堆积而成，并且由于偏钛酸的胶体性质，会在堆积粒子内部和表面吸附大量的金属杂质离子，本方法通过二次水洗，第一次水洗铁至150ppm以下，加硫酸漂白溶解里面的三价铁离子，再用三价钛还原偏钛酸里面的三价铁离子变成二价铁离子，最后进行二次水洗，进一步洗净铁离子。再通过很好的控制洗涤水压力和流量，一方面实现水洗效率的提高，另一方便提高水对金属离子的冲刷力，实现降低偏钛酸中和杂质，控制铁含量达到50ppm以下。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
实施例1
一种制备高耐候性塑料专用金红石钛白粉的方法，包括如下步骤：
(1)在钛精矿中加入其质量2倍的硫酸进行酸解，得钛悬浮液，在钛悬浮液加入质量比为3:2:1的马来酸酐—苯乙烯磺酸共聚物、木质素磺酸钠和聚合氯化铝组成的絮凝剂进行除杂处理，所述絮凝剂的加入量为钛精矿的1.2%，静置，抽出清液上半部分输送入一级压滤器，加入钛精矿质量0.5%的吸附剂，所述吸附剂由质量比为1:2的硅藻土和沸石分子筛组成，压滤，进行固液分离，压滤后的液体进入真空结晶系统，通过圆盘分离机去除七水硫酸亚铁，再加入钛精矿质量0.8%的吸附剂进行二次压滤，得精制钛液；
（2）将精制钛液加水调至400g/l，升温至96℃并搅拌，加入精制钛液中二氧化钛干基质量3.2%的金红石晶种和0.8%的晶型控制剂，所述晶型控制剂由质量比为5:2:1的酒石酸钠、乙二胺四乙酸二钠和聚磺化乙烯亚胺组成；升温至沸腾，停止升温60min，再进行二次升温至沸腾，最后保温保微压4h，得水解产物；
（3）将水解产物控制水压在0.45mpa，流量在20平方/min水洗至铁离子含量至150ppm以下时，再加入硫酸漂白，二次水洗至铁离子在50ppm以下，得浆液；
（4）在浆液中加入浆料中二氧化钛质量1.2%的分散剂和以氧化锆重量计加入量为浆料中二氧化钛质量的0.6%的硫酸锆盐处理剂，搅拌均匀，再将浆液经压滤机压滤至固含量为55%，然后将滤饼转窑煅烧，所述煅烧为升温至350℃下保温1.0h，升温至450℃保温1.0h，再升温至650℃保温2.5h，冷却，磨粉，再通过汽粉粉碎机粉碎，汽流粉碎时加入为浆料中二氧化钛质量的1.2%表面改性剂，所述表面改性剂由质量比为3:1的聚硅氧烷氨酯丙烯酸酯和甲基丙烯酸铝-锆偶联剂组成，得高耐候性塑料专用金红石钛白粉。
本实施例制得的钛白粉用常规的方法检测性能，金红石含量为97.21%，产品粒径控制在d50=1.0-1.5μm，d90=2.8μm，粒径分布窄，粒度分布均匀，粉体白度为96.12%，水分散性98.61%（根据专利cn201410165452.5的方法进行测定）。
实施例2
一种制备高耐候性塑料专用金红石钛白粉的方法，包括如下步骤：
(1)在钛精矿中加入其质量1.5倍的硫酸进行酸解，得钛悬浮液，在钛悬浮液加入质量比为4:3:1的马来酸酐—苯乙烯磺酸共聚物、木质素磺酸钠和聚合氯化铝组成的絮凝剂进行除杂处理，所述絮凝剂的加入量为钛精矿的1.5%，静置，抽出清液上半部分输送入一级压滤器，加入钛精矿质量1.0%的吸附剂，所述吸附剂由质量比为1:3的硅藻土和沸石分子筛组成，压滤，进行固液分离，压滤后的液体进入真空结晶系统，通过圆盘分离机去除七水硫酸亚铁，再加入钛精矿质量0.5%的吸附剂进行二次压滤，得精制钛液；
（2）将精制钛液加水调至350g/l，升温至96℃并搅拌，加入精制钛液中二氧化钛干基质量2.5%的金红石晶种和0.6%的晶型控制剂，所述晶型控制剂由质量比为4:1:1的酒石酸钠、乙二胺四乙酸二钠和聚磺化乙烯亚胺组成；升温至沸腾，停止升温40min，再进行二次升温至沸腾，最后保温保微压5h，得水解产物；
（3）将水解产物控制水压在0.50mpa，流量在25平方/min水洗至铁离子含量至150ppm以下时，再加入硫酸漂白，二次水洗至铁离子在50ppm以下，得浆液；
（4）在浆液中加入浆料中二氧化钛质量0.8%的分散剂和以氧化锆重量计加入量为浆料中二氧化钛的0.8%的硫酸锆盐处理剂，搅拌均匀，再将浆液经压滤机压滤至固含量为50%，然后将滤饼转窑煅烧，所述煅烧为升温至320℃下保温1.0h，升温至450℃保温1.5h，再升温至650℃保温2.5h，冷却，磨粉，再通过汽粉粉碎机粉碎，汽流粉碎时加入为浆料中二氧化钛质量的1.0%表面改性剂，所述表面改性剂由质量比为4:1的聚硅氧烷氨酯丙烯酸酯和甲基丙烯酸铝-锆偶联剂组成，得高耐候性塑料专用金红石钛白粉。
本实施例制得的钛白粉用常规的方法检测性能，金红石含量为96.42%，产品粒径控制在d50=1.0-1.5μm，d90=2.8μm，粒径分布窄，粒度分布均匀，粉体白度为97.34%，水分散性97.24%，。
实施例3
一种制备高耐候性塑料专用金红石钛白粉的方法，包括如下步骤：
(1)在钛精矿中加入其质量2倍的硫酸进行酸解，得钛悬浮液，在钛悬浮液加入质量比为5:2:2的马来酸酐—苯乙烯磺酸共聚物、木质素磺酸钠和聚合氯化铝组成的絮凝剂进行除杂处理，所述絮凝剂的加入量为钛精矿的1.8%，静置，抽出清液上半部分输送入一级压滤器，加入钛精矿质量0.6%的吸附剂，所述吸附剂由质量比为1:1的硅藻土和沸石分子筛组成，压滤，进行固液分离，压滤后的液体进入真空结晶系统，通过圆盘分离机去除七水硫酸亚铁，再加入钛精矿质量0.5%的吸附剂进行二次压滤，得精制钛液；
（2）将精制钛液加水调至450g/l，升温至96℃并搅拌，加入精制钛液中二氧化钛干基质量4.0%的金红石晶种和0.5%的晶型控制剂，所述晶型控制剂由质量比为7:2:1的酒石酸钠、乙二胺四乙酸二钠和聚磺化乙烯亚胺组成；升温至沸腾，停止升温40min，再进行二次升温至沸腾，最后保温保微压5h，得水解产物；
（3）将水解产物控制水压在0.40mpa，流量在25平方/min水洗至铁离子含量至150ppm以下时，再加入硫酸漂白，二次水洗至铁离子在50ppm以下，得浆液；
（4）在浆液中加入浆料中二氧化钛质量1.2%的分散剂和以氧化锆重量计加入量为浆料中二氧化钛质量的0.8%的硫酸锆盐处理剂，搅拌均匀，再将浆液经压滤机压滤至固含量为50%，然后将滤饼转窑煅烧，所述煅烧为升温至350℃下保温1.0h，升温至450℃保温1.0h，再升温至650℃保温2.5h，冷却，磨粉，再通过汽粉粉碎机粉碎，汽流粉碎时加入为浆料中二氧化钛质量的1.5%表面改性剂，所述表面改性剂由质量比为2:1的聚硅氧烷氨酯丙烯酸酯和甲基丙烯酸铝-锆偶联剂组成，得高耐候性塑料专用金红石钛白粉。
本实施例制得的钛白粉用常规的方法检测性能，金红石含量为97.5%，产品粒径控制在d50=1.0-1.5μm，d90=2.5μm，粒径分布窄，粒度分布均匀，粉体白度为98.46%，水分散性98.73%。
将实施例1-3制得的金红石钛白粉耐候性测试，检测方法为：将钛白粉初品分别与pp树脂按1:5的质量比比例混合均匀，用注塑机注塑成塑料板，用quv进行照射，用色差仪测定照射不同时间样板的l、a、b值，色差δe通过下式计算，δe越大代表样板的耐候性越差。测试结果如表1所示。
表1：本发明钛白粉应用在塑料的耐候性测试结果
其中对比例1为市售的金红石钛白粉产品，对比文件2为按照本方法实施例1制备金红石钛白粉但不经过表面改性获得的产品。从测试结果得知，本方法制得的金红石钛白粉具有优异的耐候性能。
以上内容是结合具体的/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施例做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应视为属于本发明的保护范围。
1.一种制备高耐候性塑料专用金红石钛白粉的方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）在钛精矿中加入硫酸进行酸解，得钛悬浮液，在钛悬浮液加入马来酸酐—苯乙烯磺酸共聚物、木质素磺酸钠和聚合氯化铝组成的絮凝剂进行除杂处理，静置，抽出清液上半部分输送入一级压滤器，加入吸附剂，压滤，进行固液分离，压滤后的液体进入真空结晶系统，通过圆盘分离机去除七水硫酸亚铁，再加入吸附剂进行二次压滤，得精制钛液；
（2）将精制钛液加水调至300~500g/l，升温至96℃并搅拌，加入精制钛液中二氧化钛干基质量为2-4%的金红石晶种和0.5-1.0%的晶型控制剂，所述晶型控制剂由酒石酸钠、乙二胺四乙酸二钠和聚磺化乙烯亚胺组成；升温至沸腾，停止升温30-60min，再进行二次升温至沸腾，最后保温保微压4-5h，得水解产物；
（3）将水解产物水洗至铁离子含量至150ppm以下时，再加入硫酸漂白，二次水洗至铁离子在50ppm以下，得浆液；
（4）在浆液中加入分散剂和硫酸锆盐处理剂，搅拌均匀，再将浆液经压滤机压滤，然后将滤饼转窑煅烧，冷却，磨粉，再通过汽粉粉碎机粉碎，汽流粉碎时加入表面改性剂，所述表面改性剂由聚硅氧烷氨酯丙烯酸酯和甲基丙烯酸铝-锆偶联剂组成，得高耐候性塑料专用金红石钛白粉。
2.根据权利要求1所述制备高耐候性塑料专用金红石钛白粉的方法，其特征在于：所述分散剂由木质素磺酸钠、松香酸聚氧乙烯琥珀酸单酯磺酸钠和聚丙烯酸铵盐组成。
3.根据权利要求2所述制备高耐候性塑料专用金红石钛白粉的方法，其特征在于：所述分散剂中木质素磺酸钠、松香酸聚氧乙烯琥珀酸单酯磺酸钠和聚丙烯酸铵盐的质量比为3-5:0.5-2:1-3；其加入量为精制钛液中二氧化钛干基质量的0.5-1.5%。
4.根据权利要求1所述制备高耐候性塑料专用金红石钛白粉的方法，其特征在于：所述絮凝剂中马来酸酐—苯乙烯磺酸共聚物、木质素磺酸钠和聚合氯化铝的质量比为3-5:1-3:1，其加入量为钛精矿质量的1-2%。
5.根据权利要求1所述制备高耐候性塑料专用金红石钛白粉的方法，其特征在于：所述吸附剂由质量比为1:1-3的硅藻土和沸石分子筛组成；吸附剂的加入量为钛精矿质量的0.8-1.5%。
6.根据权利要求1所述制备高耐候性塑料专用金红石钛白粉的方法，其特征在于：所述晶型控制剂中酒石酸钠、乙二胺四乙酸二钠和聚磺化乙烯亚胺的质量比为4-8:1-3:1。
7.根据权利要求1所述制备高耐候性塑料专用金红石钛白粉的方法，其特征在于：所述硫酸锆以氧化锆重量计加入量为浆料中二氧化钛质量的0.5-1.0%。
8.根据权利要求1所述制备高耐候性塑料专用金红石钛白粉的方法，其特征在于：所述表面改性剂的加入量为浆料中二氧化钛质量的0.8-1.5%；所述聚硅氧烷氨酯丙烯酸酯和甲基丙烯酸铝-锆偶联剂的质量比为3-5:1。
9.根据权利要求1所述制备高耐候性塑料专用金红石钛白粉的方法，其特征在于：所述水洗控制水压在0.4-0.5mpa，流量在20-25平方/min。
10.根据权利要求1所述制备高耐候性塑料专用金红石钛白粉的方法，其特征在于：所述煅烧为升温至300-350℃下保温0.5-1.0h，升温至450-500℃保温1.0-1.5h，再升温至650-700℃保温2-2.5h。
技术总结