金红石晶型纳米二氧化钛的制备方法技术

本发明专利技术涉及制作汽车面漆等的纳米级金红石晶型二氧化钛的制备方法。旨在解决用已有技术制备的二氧化钛的耐候性差、形貌不好、粒径较大、制造成本高的问题。本发明专利技术用硫酸钛作原料，采用四氨合锌（Ⅱ）酸铵作中和剂制得水解晶种，经水解、水洗制得偏钛酸，碱溶、洗涤制得正钛酸，酸溶制得二氧化钛的溶胶，用凝聚剂制得凝胶，再经煅烧、粉碎获得金红石晶型的纳米二氧化钛。具有１００％的金红石化、形貌规整、粒径１０～３０ｎｍ的优点。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
金红石晶型纳米二氧化钛的制备方法本专利技术涉及制作汽车面漆等的纳米级金红石晶型二氧化钛的制备方法。已有的金红石晶型的纳米二氧化钛的制备方法是采用四氯化钛或钛醇盐作原料，以气相氧化法或液相水解法生产。以钛的醇盐、TiCl4作为前驱体制备超细TiO2的方法有气相水解法、火焰分解法和激光热解法，均系高温反应过程，对设备的耐腐蚀性要求很高，技术难度大；而以它们的液相水解法生产金红石晶型的纳米二氧化钛对设备的控制要求高，原料利用率低，价格昂贵。而现有的利用偏钛酸作为原料生产金红石晶型纳米二氧化钛的生产方法虽然方法看似简单，但生产的纳米二氧化钛粒径粗，一般大于30纳米，且粒子的形貌不好，颜料性能差。鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种形貌较规整、粒径较小、生产成本低的金红石晶型纳米二氧化钛的制备方法。本专利技术用硫酸钛作原料，采用四氨合锌(II)酸铵作中和剂制得水解晶种，水解、水洗制得偏钛酸，碱溶、洗涤制得正钛酸，酸溶制得二氧化钛的溶胶，用凝聚剂制得凝胶，再经煅烧、粉碎来实现其目的。本专利技术的金红石晶型纳米二氧化钛的制备方法，有如下步骤：(1)制备水解晶种  将二氧化钛浓度为60～80g/l的硫酸钛溶液，用重量百分比浓度为8～12％的四氨合锌(II)酸铵溶液作为中和剂中和至pH值为2.8～3.4，然后于50～70℃的温度下熟化20～40分钟，得水解晶种，冷至常温。(2)水解  再将二氧化钛浓度150～260g/l、F值1.8～2.2，铁钛比(FeSO4∶TiO2)0.25～0.28，稳定性大于500的硫酸钛溶液加热至70～100℃，加入1.0～1.5％的上述水解晶种后，升温至沸点水解2～4小时，冷却至室温，得到具有金红石潜在晶型的偏钛酸，然后用水洗涤偏钛酸。上述水是自来水或去离子水，最好是去离子水。洗涤后偏钛酸中的三氧化二铁含量小于40ppm。(3)碱溶  将洗净的偏钛酸打浆制成二氧化钛浓度为80～200g/l浆液，在搅拌下加入氨水、碳酸钠、氢氧化钾、氢氧化钡、乙酸钠、氢氧化钠、乙醇钠、过氧化钠、四氨合锌(II)酸铵中的至少一种碱进行碱溶，碱的加入量以K2O计为TiO2与碱的重量比是1∶1.8～5.0，碱溶温度70℃～100℃，回流反应不超过3～7小时，得正钛酸，然后用水洗涤正钛酸。上述水是自来水或去离子水，最好用去离子水。洗涤后正钛酸的浆液的pH值为7.0～8.5。-->(4)酸溶  ①将洗净的正钛酸浆液打浆制成二氧化钛浓度为50～300g/l浆液，在10～50℃的温度内加入盐酸、硝酸、冰乙酸、苯甲酸、乙二酸、氯乙酸中的至少一种酸进行酸化，酸的加入量以硝酸计为TiO2的2.5～5.0％，在50～60℃保温反应1～3小时；②升温至70℃～90℃，加入磷酸、硫酸、胺磺酸、氯乙酸中的至少一种酸进行酸化，酸的加入量以磷酸计为TiO2的3～5％，在70～90℃下反应1～3小时；③在90～100℃的温度下加入的盐酸、硫酸、冰乙酸中的至少一种酸，酸的加入量以盐酸计为TiO2的20～25％，混合均匀后，在100～110℃的温度下反应40～80分钟，得二氧化钛的溶胶。(5)凝聚  将二氧化钛的溶胶，用经铵盐改性的阳离子聚丙烯酰胺、三乙醇胺、聚乙二醇、季戊四醇、羧甲基纤维素中的至少一种凝聚剂进行凝聚，凝聚剂的加入量以重量计是TiO2的5～15％，于50～80℃保温反应0.5～3小时，再冷至常温，经过滤、洗净，得凝聚物。上述铵盐改性的阳离子聚丙烯酰胺的分子量为10000～50000，聚乙二醇的分子量为3000～5000。(6)煅烧  将凝聚物在400～850℃温度下，煅烧1～5小时，得金红石晶型纳米二氧化钛粗品。(7)粉碎  将金红石纳米二氧化钛粗品经砂磨、分散包膜、干燥、气粉，得金红石晶型纳米二氧化钛。本专利技术与现有技术相比较，具有如下的明显优点和显著效果。一、本专利技术方法产品质量较好。采用该方法可以制备100％金红石化、粒径小于30纳米的纳米二氧化钛粉，而且产品形貌规整，颜料性能较好。而已有技术采用偏钛酸、硫酸钛或硫酸氧钛为原料制备纳米二氧化钛时很难获得既是100％的金红石化且粒径小于30纳米的纳米二氧化钛产品，此外由于产品形貌不规整，还导致颜料性能较差。二、本专利技术方法采用四氨合锌(II)酸铵作为中和剂制备水解晶种水解制备具有金红石潜在结构的偏钛酸，与传统的四氯化钛中和法晶种、正钛酸晶种相比具有方便、快捷、金红石化能力强的特点。使用四氯化钛为底液中和制备水解晶种，不仅四氯化钛的制备、保存比较困难，而且制备的工艺过程也较难把握；而采用正钛酸晶种法不仅正钛酸的制备洗涤困难，而且制备的晶种金红石化力弱，使得制备的纳米二氧化钛必须在大于850℃的温度下才能制得百分之百的金红石晶型的纳米二氧化钛；而采用该方法则可以在低于850℃的温度下制备百分之百的金红石晶型的纳米二氧化钛，因而可以制取粒径较小的金红石晶型的纳米二氧化钛。三、本专利技术方法由于采用多种物质的混合物作为中间处理剂，充分利用了多-->种物质间的互补性，取长补短，使中间处理过程更趋合理，对产品的各种物理性能的控制更准确，突破了传统模式中使用单一试剂作为中间处理剂的缺点，因此采用该工艺可以按照用户的要求设计产品的各种理化指标，使生产更具有灵活性和可操作性。例如：在酸溶时采用盐酸、硫酸、冰乙酸进行酸溶，充分利用了盐酸的金红石化能力强、硫酸的抗凝聚性和冰乙酸的表面团聚性。四、本专利技术方法采用的原料硫酸钛，可以是硫酸法钛白工艺的中间产品，原料来源丰富、方便廉价。此外，本专利技术方法不使用价格昂贵的化工原料，生产成本较低。五、本专利技术方法的工艺过程中可以不使用设计、制造难度大的专用设备，能用通常的化工设备、化工原料生产金红石晶型纳米二氧化钛。由于使用通常设备，其控制过程较容易，易于工业化生产。六、使用本专利技术方法的工艺所产生的三废量较少，环境处理容易。本专利技术方法特别适用于制备用于制造汽车面漆等的金红石晶型的纳米二氧化钛。下面，再用实施例对本专利技术作进一步地说明。附图的简要说明。附图是本专利技术的一种金红石晶型纳米二氧化钛的制备方法的工艺流程图。实施例1本专利技术的一种金红石晶型纳米二氧化钛的制备方法，以硫酸钛溶液为原料，采用液相法，经制备水解晶种、水解、洗涤、碱溶、酸溶、凝聚、煅烧、粉碎工艺，其工艺过程如下。(1)制备水解晶种  取硫酸钛溶液300毫升，二氧化钛浓度为60g/l，用重量百分比浓度为12％的四氨合锌(II)酸铵溶液中和至pH值为2.8，然后，用水浴锅于70℃的温度下热化20分钟，得水解晶种，用冷水冷至常温待用。(2)水解  另取1500毫升硫酸钛，其中二氧化钛浓度为260g/l，F值为1.8，铁钛比(FeSO4∶TiO2)0.28，稳定性500，将此溶液置于三口烧瓶中加热至70℃，加入1.5％的上述水解晶种后，把溶液升温至沸点，在沸点下回流、搅拌反应2小时，用水冷却至室温，得到具有金红石潜在晶型的偏钛酸。然后，将偏钛酸用布氏漏斗过滤，用自来水洗涤，得三氧化二铁含量小于35ppm的洗净的偏钛酸。(3)碱溶  将洗净的偏钛酸在烧杯中打浆制成均匀的浆液，浆液中二氧化钛浓度为200g/l，在搅拌下加入氢氧化钾和氢氧化钠(二者的重量比为80∶20)的混合物，TiO2与碱(以K2O计)的比例为1本文档来自技高网...

【技术保护点】
金红石晶型纳米二氧化钛的制备方法，其特征在于有如下步骤：（１）制备水解晶种 将二氧化钛浓度为６０～８０ｇ／ｌ的硫酸钛溶液，用重量百分比浓度为８～１２％的四氨合锌（Ⅱ）酸铵溶液作为中和剂中和至ｐＨ值为２．８～３．４，然后于５０～７０℃的温 度下熟化２０～４０分钟，得水解晶种，冷至常温；（２）水解 再将二氧化钛浓度１５０～２６０ｇ／ｌ、Ｆ值１．８～２．２，ＦｅＳＯ↓［４］∶ＴｉＯ↓［２］为０．２５～０．２８、稳定性大于５００的硫酸钛溶液加热至７０～１００℃，加入１．０～１． ５％的上述水解晶种后，升温至沸点水解２～４小时，冷却至室温，得到具有金红石潜在晶型的偏钛酸，然后用水洗涤偏钛酸；（３）碱溶 将洗净的偏钛酸打浆制成二氧化钛浓度为８０～２００ｇ／ｌ浆液，在搅拌下加入氨水、碳酸钠、氢氧化钾、氢氧化钡、乙酸钠 、氢氧化钠、乙醇钠、过氧化钠、四氨合锌（Ⅱ）酸铵中的至少一种碱进行碱溶，碱的加入量以Ｋ↓［２］Ｏ计为ＴｉＯ↓［２］与碱的重量比是１∶１．８～５．０，碱溶温度７０℃～１００℃，回流反应３～７小时，得正钛酸，然后用水洗涤正钛酸；（４）酸溶 ①将洗净的正钛酸打浆制成二氧化钛浓度为５０～３００ｇ／ｌ的浆液，在１０～５０℃的温度内加入盐酸、硝酸、冰乙酸、苯甲酸、乙二酸、氯乙酸中的至少一种酸进行酸化，酸的加入量以硝酸计为ＴｉＯ↓［２］的２．５～５．０％，在５０～６０℃保温反应１～３小时；②升温至７０℃～９０℃，加入磷酸、硫酸、胺磺酸、氯乙酸中的至少一种酸进行酸化，酸的加入量以磷酸计为ＴｉＯ↓［２］的３～５％，在７０～９０℃下反应１～３小时；③在９０～１００℃的温度下加入盐酸、硫酸、冰乙酸中的至少一种酸，酸的加入量以盐酸计为ＴｉＯ↓［２］的２０～２５％，混合均匀后，在大于１００～１１０℃的温度下反应４０～８０分钟，得二氧化钛的溶胶；（５）凝聚 将二氧化钛的溶胶，用经铵盐改性的阳离子聚丙烯酰胺、三乙醇胺、聚乙二醇、季戊四醇、羧甲基纤维素中的至少一种凝聚剂 进行凝聚，凝聚剂的加入量以重量计是ＴｉＯ↓［２］的５～１５％，于５０～８０℃保温反应０．５～３小时，再冷至常温，经过滤、洗净，得凝聚物；（６）煅烧 将凝聚物在４００～８５０℃温度下，煅烧１～５小时，得金红石晶型纳米二氧化钛粗品；（７ ）粉碎 将金红石纳米二氧化钛粗品经砂磨、分散包膜、干燥、气粉，得金红石晶型纳米二氧化钛。...

【技术特征摘要】
1、金红石晶型纳米二氧化钛的制备方法，其特征在于有如下步骤：(1)制备水解晶种  将二氧化钛浓度为60～80g/l的硫酸钛溶液，用重量百分比浓度为8～12％的四氨合锌(II)酸铵溶液作为中和剂中和至pH值为2.8～3.4，然后于50～70℃的温度下熟化20～40分钟，得水解晶种，冷至常温；(2)水解  再将二氧化钛浓度150～260g/l、F值1.8～2.2，FeSO4∶TiO2为0.25～0.28、稳定性大于500的硫酸钛溶液加热至70～100℃，加入1.0～1.5％的上述水解晶种后，升温至沸点水解2～4小时，冷却至室温，得到具有金红石潜在晶型的偏钛酸，然后用水洗涤偏钛酸；(3)碱溶  将洗净的偏钛酸打浆制成二氧化钛浓度为80～200g/l浆液，在搅拌下加入氨水、碳酸钠、至氧化钾、氢氧化钡、乙酸钠、氢氧化钠、乙醇钠、过氧化钠、四氨合锌(II)酸铵中的至少一种碱进行碱溶，碱的加入量以K2O计为TiO2与碱的重量比是1∶1.8～5.0，碱溶温度70℃～100℃，回流反应3～7小时，得正钛酸，然后用水洗涤正钛酸；(4)酸溶  ①将洗净的正钛酸打浆制成二氧化钛浓度为50～300g/l的浆液，在10～50℃的温度内加入盐酸、硝酸、冰乙酸、苯甲酸、乙二酸、氯乙酸中的至少一种酸进行酸化，酸的加入量以硝酸计为TiO2的2.5～...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗洪涛，
申请(专利权)人：攀枝花市永禄科技开发有限责任公司，
类型：发明
国别省市：51[中国|四川]