毕业论文：基于造纸运用的钛白粉表面改性

毕业论文：基于造纸运用的钛白粉表面改性内容摘要：

3左右。 近期又有消息报道。 中科院化冶所与该公司联合研制成功一种新型氧化炉。 这种新型氧化炉与进口氧化炉相比，每吨产品原材料单耗 ４ 降低 2020多元。 使用这种氧化炉生产出的钛白粉，其有关指标均达到美国杜邦公司同类产品的水 平。 其消色力指标甚至超过了杜邦公司生产的钛白粉。 国内发展氯化法也是关注原料问题。 用弱氧化一稀盐酸加压浸取和流态化浸取攀枝花钛精矿制得了优质的人造金红石，这为今后发展氯化法解决了原料问题。 原化工部涂料工业研究所于 1986年在厦门电化厂以合成金红石或高钛矿渣为原料。 经 TiCl高温氯化成 TiO2：的技术路线，完成了 1000吨／年规模的中试。 该所经技术攻关还实现了氧化尾气返回氯化、氯气循环使用、低水平连续稳定生产，产品质量超过日本石原公司的 R一 820．接近美国杜邦公司的 R一 902水平。 废气、废水经治理初步达到国家 规定的排放标准。 国内二氧化钛生产现状 我国钛白粉工业近年在发展以金红石型为代表的高端产品方面进行了不懈的努力，有 12家企业生产金红石型产品。 行业前 6名生产商的产品全部是金红石型或者以金红石型产品为主。 2020年全国金红石型产品首次超过 30万吨，并连续 2年比上年增长 8万吨。 增产的部分是金红石型企业产能扩充和利用率提高的结果。 尽管如此， 2020年的金红石型产品也还只占钛白粉总产量的 35． 3％，距国际上85％ ～ 90％的比例还有较大差距。 2020年，我国维持正常生产钛白粉的企业共有67家．还有 45家企业因地域和环保问题已被关停。 当前，处于施工、设计或筹划等不同阶段的钛白粉项目 (工程 )至少有 28个，其中现有生产商的异地或邻地重建或扩建项目有 13个、业外加盟钛白粉产业的新项目有 14个，还有 1个是杜邦公司的山东东营项目。 这些新增项目分布于 12个省、市，总产能在 128万吨／年以上．其中金红石型产品产能占 110万吨／年，其余产能为锐钛型或初期为锐钛型产品。 如果这些项目都能按计划实现。 到 2020年我国钛白粉总产能将远远超过美国的 150万吨／年，达到 230万吨／年左右，高居全球第一。 除产品的档次提 高以外， 2020年钛白粉行业在科技创新方面也有较大的进步。 国际上先进的工艺和装备技术得到普及和广泛应用，再加上生产过程中的自动化控制，促使产品的品质稳中有升，一些大型生产商产品的部分质量指标已能与国际同类型一流产品相媲美，行业由此诞生出质量稳定、具有良好市场效应的品牌产品，如金红石型的 R21 R一 24 R81 R50 ZR9 R23 R996等。 锐钛型粉白粉的情况也类似。 在生产工艺方面 ， 较先进的自生晶种常 (微 )压水解技术、外加晶种常 (微 )压水解技术已在业内普遍应用。 以铝、硅为代表 的 ５ 常规无机表面处理剂配合以锆为代表的新型无机表面处理剂，以致密型包膜代替疏松多孔型包膜进行表面处理，为开发高耐候性金红石型产品增加了新的技术途径。 另外，将一些新型的有机物应用于钛白粉的表面改性以提高产品的分散性能是表面处理技术的更新进展。 2020年达标达产的大型生产商成功地带动了真空结晶、圆盘过滤、隔膜压滤、超大型煅烧窑、大型酸解 、 水解锅以及自动化控制装置系统等在行业内的普及。 . 国外二氧化钛发展现状 国外二氧化钛研究现状 (1)生产工艺继续向氯化法转移两种生产工艺相比， 氯化法产品质量好，各项费用低 (建设费用、生产成本和三废治理费用等 )，环境保护方面有较大的改善，因而，近年新建厂，特别是工业发达国家的新建厂．几乎全部选用氯化法工艺技术，同时，迫予环保压力，每当钛白行业不景气时，停产或关闭的首先是硫酸法钛白粉厂。 这两方面因素作用的结果，使得氯化法钛白的比重逐年增加。 1980年世界钛白工业硫酸法占 71％． 氯化法占 29％；到 1992年，硫酸法下降到 49％，氯化法突破增长，上升到 51％；目前，氯化法已经占到 65％，预计今后氯化法比重将进一步上升。 (2)硫酸法用 钛原料品位提高，氯化法用钛原料品位降低硫酸法要生存，就必须解决环保问题。 因此，国外硫酸法技术的发展趋势主要是围绕如何摆脱环保压力，目前，国外解决硫酸亚铁的主要途径是改变原料路线，用含 TiO2 70％以上的富钛料，主要是用钛渣来取代含 TiO2 50％的钛铁矿，现在世界上已有一半以上的硫酸法工厂改以钛渣为原料。 相反，氯化法受天然金红石矿石资源的限制，各公司纷纷致力于以合成金红石或高钛渣。 甚至是低品位的钛精矿代替天然金红石。 其中最成功的是杜邦公司，该公司已将含 TiO2 60％左右的钛铁矿成功地应用于氯化法钛白生产。 日本石原产业公司开发出一种超细二氧化钛粒料系列产品，并已经开始向化妆品行业全力推销，产品的商品名为 TTO— V。 该公司采用自己开发的新代超细颗粒技术和表面精制技术，使开发的新粒料提高了分散性，而且还使其具有高度透明性和紫外线 (Uv)辐射屏蔽性等特点。 新粒料的直径约 10nm，只有一般粒料的 2／ 3，紫外线透过率 (波长为 35Onto)实际约为 20％。 该公司已经将样品出售，主要用于防紫外线的化妆品中．并计划 3年后使年销售量达到 100吨。 一般超细二氧化钛粒料有易于凝聚的缺点，在透明性方面也比超细氧化锌逊色。 因此，一些公 ６ 司对超细二氧化钛粒料采取了表面处理和用分散剂来提高其分散性。 石原产业公司开发的 TTOV系列产品是一类具有金红石结晶结构的针状二氧化钛粒料。 每一颗粒都涂有一层均匀的氧化铝或硬脂酸表面处理剂涂层。 因此，该公司开发的新粒料能够成功地防止结块，而不必经任何分散剂之类的处理。 (3)TSR的专利技术 ， 蒂明 (Tiomin)资源公司开发了一项名为 TSR的专利技术。 该技术利用最新的化学工艺将钛铁矿改质，生产合成金红石，其中的 TiO2 成分占 97％，是市场上 TiO2：成分最高的。 该技术除产品级别高外，还 具有以下优点：①能耗低；②起始成本有竞争力；③无废料或不合格品；④可加工不同质量的铁矿原料。 Tiomin在肯尼亚的 Kwale高级矿砂项目已完成可行性研究．目前正在审批阶段。 竞争道路上发展壮大的，逐步形成了国际钛白粉市场的十大知名公司。 近几年，在公司合并、兼并、资产重组之风影响下．钛白粉行业也掀起了全球性的兼并和重组风波：法国的罗纳一普朗克公司 Rhone— Poulenc)钛白粉厂全部被美国美联无机化工公司 (MIC，前身称 SCM)收购． MIC的年生产能力由兼并前的 47． 3万吨上升到 71． 5万吨，世界排名也由第三位上升至第二位；美国克尔一麦吉公司 (K— M)兼并了德国拜耳公司钛白粉厂，其年总产能力由原 17万吨增至 33． 7万吨，排名由原第八位升至第五位；英国帝国化工公司 (ICI)下属钛白粉子公司(DIOXIDE)，原是世界钛白粉排名第二位的大公司，现被美国亨兹曼公司(HUNTSMAN)收购；其他还有一些公司也在酝酿中。 全球钛白粉工业中年生产能力2万吨以上 (含 2万吨 )的工厂近 50个，工厂规模都趋向大型化发展。 如杜邦公司最大的厂已达 30万吨／年，氯化法单线生产能力也达 15万吨／ 年。 八大公司最小规模也为 2． 4万吨／年，这些厂大多是早年留下的硫酸法工厂，而氯化法工厂的规模都不小于 5万吨／年。 全球钛白粉年生产能力约 430万吨。 其中八大公司的产能占 360多万吨，占世界总产能约 84％，特别是前六名大公司的产能占世界总产能的 75％多。 产能高度集中，产地主要分布在北美和西欧，这些大公司控制世界钛白粉行业的市场、价格和发展，主宰世界钛白粉工业的前途和命运。 ‘ 目前全球TiO2装置生产能力约为 440万吨／年，实际生产能力为 400万吨／年左右，比需求多出 1O万吨／年。 纳米二氧化钛表面改性意 义 ７ 纳米二氧化钛表面改性在造纸业中的运用，改性后的纳米 TiO2在其遮盖力、白度、粒度、吸油值等特性方面都有提升，能满足各种高级纸的制作要求。 纳米 TiO2造纸业中用途 [8]：（ 1）增加纸面光泽度。 主要体现在提高纸面亮度及不透明度 ；（ 2）填平纸面，提高纸张的平滑度，改善纸张外观；（ 3）改善纸张对油墨的吸收性，使其满足不同的印刷要求；（ 4）纳米充当填料还可降低工艺成本。 TiO2光催化的运用 随着环 境污染的日益严重，纳米二氧化钛以其高效的光催化性能降解污染物，也使之成为当前研究热点之一 [9]。 光催化降解技术是在水中加入适量的光敏半导体材料，如： TiO2等，结合一定能量的光照射，光敏半导体表面的溶解氧、水及污染物分子接受光产生电子或空穴，从而发生一系列氧化还原反应，使得有毒的污染物降解为无毒或者毒性小的物质。 本实验 选择较适宜的 有机 改性方案对二氧化钛进行改性，提高其在造纸 中的遮盖力 ，达到钛白粉经济水平的更好利用。 造纸中运用 二氧化钛 提高纸张光学性质，改善纸张外观、降低生 产成本的同时，还能利用纳米二氧化钛光催化 [1011]降解污染物，减轻工业污水的排放。 第二章 实验部分 实验材料及仪器 主要实验药品 实验所用钛白粉由安徽省安纳达钛业股份有限公司生产，系金红石型。 实验所用试剂如表 所示。 表 for experiments 化学试剂名称 规格 厂家 六偏磷酸钠 AR试剂 无锡展望化工试剂有限公司 聚乙二醇 1000 AR试剂 国药集团化学试剂有限公司 聚乙二醇 2020 AR试剂 国药集团化学试剂有限公司 聚乙二醇 55007500 AR试剂 国药集团化学试剂有限公司 聚乙二醇 10000 AR试剂 国药集团化学试剂有限公司 聚乙二醇 20200 AR试剂 国药集团化学试剂有限公司 聚丙烯酰胺 AR试剂 宿州化学试剂有限公司 ８ 主要仪器及设备 表 Table equipments for experiments 仪器名称 规格 生产厂家 数显恒温水浴锅 HHS2S 常州国华电器有限公司 电动搅拌器 D602F 杭州仪表电机厂 电子天平 JY10001 上海精密仪器有限公司 分析天平 TG328A 上海精科天平 电热鼓风干燥箱 10101 上海实验仪器厂有限公司 循环水式真空泵 SHZD（Ⅲ） 巩义市英峪予华仪器厂 实验方法 实验步骤 纳米二氧化钛的分散 分散剂对纳米二氧化钛分体在水中的分 散状态有及其明显的影响，只有选择恰当分散剂的种类和用量才能制备出固体含量高，稳定性好，粘度低，粉体呈高度分散状态的浆料。 粘度是评估悬浮分散性好坏的一个重要指标，只有使纳米粒子稳定性变好，粘度变小的试剂才能选为分散剂。 根据经济性原则，在文献的查阅基础之上选择六偏磷酸钠 [2]作为此次纳米 TiO2改性的分散剂。 纳米二氧化钛的改性 本实验采用有机化学改性方法对纳米 TiO2，以纳米 TiO2 的遮盖力为考察指标，先进行改性剂塞选，然后考察处理温度（ T）、处理时间（ t）、改性剂用量（改 性剂与纳米 TiO2的质量百分比。