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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(xì)（200?300nm），表面活性高，故團(tuán)聚現(xiàn)象十分嚴(yán)重，導(dǎo)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(jià)格等問題的有效措施，同時(shí)還有利于非金屬礦物資源的利用。
　　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(tuán)，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(jī)械力研磨方式，通過硅灰石與TiO₂濕法共混研磨手段實(shí)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(xì)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，其工藝流程見下圖。
　　

圖1 硅灰石-TiO₂復(fù)合顏料制備工藝
 

　　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(jìn)而促進(jìn)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(tuán)相互作用的范圍，促進(jìn)硅灰石與TiO₂顆粒間實(shí)現(xiàn)牢固結(jié)合。
　　
　　2、硅灰石研磨時(shí)間對(duì)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(tuán)，這些羥基基團(tuán)即可成為與TiO₂表面羥基通過氫鍵，或彼此脫羥縮合作用實(shí)現(xiàn)牢固結(jié)合的基礎(chǔ)。
　　對(duì)硅灰石礦物進(jìn)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(shí)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(jìn)其與TiO₂的復(fù)合反應(yīng)。
　　　　

圖2 硅灰石研磨時(shí)間對(duì)復(fù)合顏料性能的影響
 

　　隨硅灰石研磨時(shí)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(shí)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為佳。
　　
　　3、復(fù)合體系pH值對(duì)復(fù)合顏料性能的影響
　　

圖3 復(fù)合體系pH值對(duì)復(fù)合顏料性能的影響

　　
　　由上可看出，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(shì)，當(dāng)pH值再逐漸增大至9時(shí)，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(shí)復(fù)合顏料性能佳。

　　4、復(fù)合過程機(jī)械力對(duì)復(fù)合顏料性能的影響
　　　　

圖4 復(fù)合過程機(jī)械力對(duì)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(shí)達(dá)高值，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)合顏料遮蓋力值小，吸油量也保持較低值，所以認(rèn)為該條件的復(fù)合效果為佳。同時(shí)也說明，在濕法機(jī)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。
　　由此可總結(jié)出，在濕法機(jī)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(jī)械力對(duì)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(duì)復(fù)合顏料的性能的影響

表1 TiO₂復(fù)合比例對(duì)復(fù)合顏料性能的影響

　　
　　硅灰石原料（TiO₂復(fù)合比例0%）白遮蓋力值高達(dá)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(cè)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(shí)，遮蓋力值為17.97g/m²，相對(duì)遮蓋力（E）為81.08%，相比于所含TiO₂按自身比例的貢獻(xiàn)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)
　　　　

圖5 硅灰石與TiO₂顆粒復(fù)合前后SEM圖
 

　　從上圖可看出，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(xì)小顆粒物（圖5c），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(shí)間、復(fù)合體系pH值和研磨機(jī)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(xì)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(dāng)，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(xiàn)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。
　　資料來源：機(jī)械研磨方法制備硅灰石-TiO₂復(fù)合顏料實(shí)驗(yàn)研究，作者：陳婉婷，丁浩，王春洪
　　

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