表面修飾是通過各種添加劑與二氧化鈦顆粒表面發生反應，從而改變顆粒的表面狀態，改善或改變鈦白粉粉體的分散性。通過無機表面處理可提高鈦白粉耐候性和化學穩定性，有機表面處理可解決鈦白粉在不同介質中的分散問題。
二氧化鈦的表面處理不但對于鈦白粉品種的發展有著重大意義，是新產品開發的主要手段。而且通過表面處理，使二氧化鈦表面產生新的物理、化學、光學特性，具備新的和更廣泛的功能，以適應不同的應用要求，從而大大提高產品的附加值。
二氧化鈦表面修飾的方法，按表面修飾劑的種類可分為無機修飾和有機修飾。
1、二氧化鈦表面無機包覆修飾
二氧化鈦本身有很強的光化學活性，在陽光尤其是紫外線照射下，容易發生失活、黃變、粉化等。在二氧化鈦表面包覆一層無機物，既克服上述缺點，又提高鈦白粉產品的性能。通過研究和實踐，人們認識到用許多無機物處理包膜二氧化鈦，可顯著提高鈦白粉的抗粉化性和保色性，并對無機處理劑進行過廣泛的探索。最重要的一類是無機金屬的水合氧化物或氫氧化物。
鋁和硅是兩種最重要的表面處理劑，目前國外生產的鈦白粉幾乎全是用這兩種或其中一種包膜處理的。
（1）鋁包覆
該方法是往二氧化鈦漿料中加入硫酸鋁、偏鋁酸鈉等可溶性的鋁鹽，在均勻攪拌下用酸或堿中和至pH=9-10，使鋁在二氧化鈦顆粒表面以氫氧化鋁沉淀析出，包膜的氧化鋁約有一是以氧鋁石薄水鋁石形式存在，其余是以無定形水溶膠的形式存在。
這種包膜方法的關鍵是要有快的攪拌速度，防止局部酸度過高或過低，因為在反應中生成的氧化鋁水合物以沉淀形式均勻地包覆在二氧化鈦顆粒的表面，形成一層膜，而膜的致密程度與中和的速度有關如果中和速度過快，則會生成海綿狀的膜；反之，如果中和速度過慢，則會在顆粒表面生成一層均勻致密的膜?？梢愿鶕枰x擇合適的中和速度。具有海綿狀膜的產品因其遮蓋力高，主要應用于乳膠漆等水性涂料中；而具有致密膜的產品則因其耐候性好而主要應用于汽車、外墻等經常暴露于陽光下的物體表面。
氧化鋁包覆工藝有一個特殊的難點，就是漿液過濾性能差，主要歸因于水合氧化鋁之間存在微弱的氫鍵。此外，可溶性鹽的多寡也是一個影響因素?？赏ㄟ^加入硫酸鎂、硫酸鋅、硫酸鋁等絮凝劑在酸性條件下進行絮凝沉淀得到改善。
?。?）硅包覆
該方法是把水玻璃加入到二氧化鈦的漿液中，然后向其中加入酸中和，使硅以硅酸的形式沉淀在二氧化鈦顆粒的表面，從而形成一層均勻無定形的氧化硅水合物表皮狀膜。在整個包覆過程中必須有良好的攪拌，以免造成局部酸度不均。
利用硅包膜法包覆的鈦白粉，可以增加顏料的親水性，增加水分散性，提高顏料的遮蓋力，并可以改善其抗粉化性能。
（3）鐵包覆
該方法是在快速攪拌下，把少量二氧化鈦粉末加入到沸水中，然后向其中慢慢滴加，溶液，直到形成溶膠為止。由于溶膠本身可以作為一種顏料應用于化妝品中，并且可吸收紫外線加入二氧化鈦后，其吸收紫外線的能力更強。因此，用鐵包膜法生產的二氧化鈦可以使產品的光化學活性降低，該產品可以應用于防曬化妝品中。
?。?）硅、鋁復合包覆
為了提高包膜處理的效果，可以使用兩種或多種包膜劑來進行復合表面包覆，常用的復合包膜方法有無機復合包膜、無機-有機復合包膜。其中無機復合包膜的產品有硅鋁復合包膜、硅鋅復合包膜、硅鋯復合包膜等。
用氧化鋁包膜的鈦白粉可以反射紫外線，使涂料的抗粉化性能增強，而硅包覆的鈦白粉的親水性比較好。如果依次用鋁和硅（也可以先加硅后加鋁）的化合物包覆在顆粒表面，則產品就會同時具有單獨用硅和單獨用鋁兩種包膜方法所得產品的優點。硅鋁復合包膜時，三氧化二鋁和二氧化硅的質量比不同可以獲得不同的效果。
硅鋁復合包膜存在著一個包膜次序問題。在生產高耐候性的顏料品種時，一般是先包鋁后包硅。而應用于水性涂料品種時，則是先包硅后包鋁。該類產品的生產方法是在一定溫度下，將鋁鹽溶液加入到含有硅酸鈉的二氧化鈦體系中，值調節到左右進行包膜，也可以把硅酸鈉溶液加入到鋁鹽溶液中。
（5）混合包覆
混合包覆又稱混合共沉淀包覆，它是指在同一種酸性或堿性條件下，用中和法同時將兩種或兩種以上包覆劑沉積到二氧化鈦顆粒表面。
2、二氧化鈦表面有機包覆修飾
要有效地改進二氧化鈦的潤濕性和分散性，則須進行有機處理，主要采用表面活性劑或助劑。
二氧化鈦表的有機改性是利用有機分子在粒子表面發生化學反應或物理吸附對顆粒表面進行有機包覆，改變粒子表面狀態，使其能很好地分散在有機溶劑中，并改善粉體在有機物中的界面相容性。通?？煞譃轷セā⒈砻婊钚詣┓?、偶聯劑法和聚合物包覆法等。
?。?）酯化反應法
二氧化鈦粒子表面的大量羥基與酸發生類酯化反應，使酸鍵合在粒子表面，減小了粒子的表面能，避免了二氧化鈦粒子因羥基的存在而形成的氫鍵作用力。李宗威等通過油酸表面修飾二氧化鈦納米粒子，成功合成了具有油分散性的納米二氧化鈦。
（2）偶聯劑法
硅烷偶聯劑是研究最早、應用最廣的偶聯劑之一，常用于處理二氧化硅、三氧化二鋁、玻璃纖維、硅酸鹽、陶土等具有酸性或中性表面的填料，是目前品種最多、用量最大的偶聯劑。
硅烷偶聯劑中甲基、乙烯基等某些易水解的基團可與二氧化鈦表面羥基發生脫水反應產生部分共價鍵，從而將偶聯劑偶聯在二氧化鈦表面。硅烷偶聯劑需采用恰當的用量及處理方式，方能達到改性效果。實踐證明，在的二氧化鈦表面上吸附兩個三甲基硅烷基，就可使該表面轉變為親油表面。
?。?）表面活性劑法
表面活性劑在二氧化鈦表面的吸附不是均勻吸附，而是吸附在表面活性強的地方。二氧化鈦表面的活性點和種類都很多，但某一活性點只能吸附某種特定型式的極性基團，因此針對二氧化鈦的不同使用功能進行修飾是可行的。
?。?）聚合物包覆法
通過在二氧化鈦表面包覆聚合物，減小了粒子之間的范德華力，而且產生了一種新的斥力一空間位阻斥力，有利于它在聚合物介質中的分散，以增進二氧化鈦與聚合物基體之間的相容性。聚合物包覆法包括預處理法和直接包覆法。
預處理法是由于二氧化鈦表面呈強極性，有機單體和聚合物不易吸附在其表面，處理效率較低，一般都是先用偶聯劑、表面活性劑、聚合物等進行預處理，降低其表面活性，然后再在二氧化鈦表面進行聚合物包覆修飾。
直接包覆法是基于二氧化鈦表面存在自由基和正負離子，具有引發活性，可直接引發單體在其表面聚合。
目前，表面處理技術已經成為二氧化鈦行業最為重要的核心競爭能力，可以預期，在當前和今后相當長一段時間，二氧化鈦行業的競爭在相當大的程度上將體現為二氧化鈦表面處理技術的競爭，因此，加強二氧化鈦表面處理核心技術和功能性應用的研究與推廣，對提高我國二氧化鈦行業的整體發展水平，增強國際競爭力都具有重要的意義。
來源：劉于民.二氧化鈦表面功能化及應用研究[D].江蘇大學.
更多精彩！歡迎掃描下方二維碼關注中國粉體技術網官方微信（粉體技術網）
|
