鈦白粉經常因為應用場景的不同,需要對其表面進行物理、化學方法的處理。由于納米級的鈦白粉具有很強的極性,容易團聚,同時還具有很強的催化性能,所以在實際應用中受到很大的限制。鈦白粉本身性質比較穩定,不易與其他物質發生反應,但是由于鈦白粉表面存在大量的羥基,所以為鈦白粉的接枝改性提供了很好的條件。
根據不同應用場景對于鈦白粉表面電荷、粒徑、催化性能、表面成分和耐候性等的需求,目前對于鈦白粉的包覆處理主要是采用無機氧化物包覆和有機包覆兩種。
1、鈦白粉無機包覆處理技術及機理
鈦白粉無機包覆改性主要是利用無機化合物在其顆粒表面包覆成膜,使其能夠很好的與周圍介質相隔開。鈦白粉能夠通過無機改性,使它的分散性、光催化活性、酸溶率、耐候性、白度等發生改善,且其原有的優良性質不會改變。
鈦白粉表面包覆的無機物主要有SiO2、Al2O3、ZrO2、ZnO、CeO2等非貴金屬無機水合氧化物。最常見的包膜方式中主要有單元包覆、二元包覆和三元包覆,其中單元包覆基本不能完全滿足鈦白粉無機改性的要求,所以大多數情況下對鈦白粉都是多元包覆。
采用對鈦白粉的無機包覆工藝主要為干法改性和濕法改性這兩種,濕法改性占據主導地位。
鈦白粉的無機包覆機理主要有以下幾種:靜電吸附理論、化合鍵合理論、異相成核理論和溶膠-吸附-凝膠-成膜理論。
無機包覆靜電吸附理論認為,無機包覆劑能夠在庫侖力的作用下吸附在鈦白粉的表面,實現對鈦白粉的改性。靜電吸附理論不能解釋無機包覆劑為什么能在鈦白粉表面生成均勻的膜且膜的厚度可以控制。
無機包覆化合鍵合理論認為,包覆在鈦白粉表面的沉淀實質為羥基水合氧化物,能夠很好的與鈦白粉表面的羥基結合。這個理論能夠解釋很多鈦白粉無機包覆的問題,能夠被大多數人所接受。
無機包覆異相成核理論認為,異相成核較均相成核更為容易,所以無機包覆劑在鈦白粉溶液體系中沉淀時會優先沉淀在鈦白粉的表面,所以能夠在鈦白粉表面成膜并且膜的厚度可以控制。
無機包覆溶膠-吸附-凝膠-成膜理論認為,無機包覆劑在含有鈦白粉的溶液中形成溶膠,然后再通過庫侖力的作用吸附在鈦白粉的表面,最后溶膠在鈦白粉表面成核并生長成膜。
2、鈦白粉有機包覆處理技術及機理
鈦白粉有機包覆改性是指利用有機物在鈦白粉表面進行接枝,使得鈦白粉由親水性變為親油性,此時鈦白粉能夠在有機體系中具有很好的相容性。經過有機改性后的鈦白粉,在有機體系中的分散性和穩定性得到很好的提升。
鈦白粉有機改性使用的改性劑主要有:硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、陰離子表面活性劑、二元酸類和烷基胺類。
鈦白粉的有機包覆機理主要有以下幾種:靜電吸附理論、化合鍵合理論、和氫鍵理論。
有機包覆靜電吸附理論認為,有機包覆劑能夠在庫侖力的作用下吸附在鈦白粉的表面,有機包膜劑中的親水端靠近鈦白粉表面,疏水端遠離鈦白粉表面,從而實現了對鈦白粉的改性。這種理論比較典型的是解釋陰離子表面活性劑對鈦白粉的改性。
有機包覆化合鍵合理論認為,有機改性劑水解后的有機長鏈分子帶有活性羥基,可以與鈦白粉表面的羥基結合形成穩定的化學鍵。可以用來解釋有機偶聯劑對鈦白粉的改性。
有機包覆氫鍵理論認為,鈦白粉表面的羥基所帶的H原子可以與電負性較大,半徑較小的N、O、F等原子形成較強的分子間的作用力。比較典型的是用來解釋帶有氨基的長鏈烷烴化合物對鈦白粉的改性。
資料來源:《劉明.制備復合改性的鈦白粉及其在化妝品素顏霜中的應用[D].廣東工業大學,2020》,由【粉體技術網】編輯整理,轉載請注明出處!
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