摘要：通過改善水解工藝參數(shù)來提升偏鈦酸的粒徑表現(xiàn)，并優(yōu)化表面處理技術(shù)，在其表面包裹一層致密均勻的膜，降低鈦白粉的吸油量，提升應(yīng)用性能。并采用一系列物理、化學(xué)測(cè)試方法研究晶種鈦液加量對(duì)偏鈦酸粒徑的影響以及不同包膜工藝對(duì)吸油量和應(yīng)用性能的影響。結(jié)果表明，晶種鈦液加量2%，偏鈦酸性能最佳；硅酸鈉加量2%，偏鋁酸鈉加量4%，吸油量最低；選用三甲基硅醇為有機(jī)包膜劑時(shí)，鈦白粉應(yīng)用性能最佳。
　　關(guān)鍵詞：木地板裝飾紙；偏鈦酸；鈦白粉；裝飾紙；水解工藝
　　木地板在家裝中具有舉足輕重的地位。我國(guó)于前幾年開始實(shí)施天然林保護(hù)工程，禁止砍伐天然林，實(shí)木地板的資源受到極大的限制。隨著材料行業(yè)的發(fā)展，相關(guān)替代產(chǎn)品早已更新迭代，對(duì)于目前的木地板市場(chǎng)來說，強(qiáng)化木地板銷量?jī)H次于實(shí)木地板。有數(shù)據(jù)表明，預(yù)計(jì)至2027年全球強(qiáng)化木地板市場(chǎng)規(guī)模將會(huì)達(dá)到5 934.76億元，以6.25%的復(fù)合年增長(zhǎng)率增長(zhǎng)，且該產(chǎn)品品類豐富，具有耐磨、護(hù)理性佳、性價(jià)比強(qiáng)和裝飾性好，以及優(yōu)良的耐火性[1]。
　　裝飾紙作為強(qiáng)化木地板的中間層來使用，不僅對(duì)人造板起到了一定的保護(hù)作用，更重要的是拓寬了強(qiáng)化地板的應(yīng)用范圍，增強(qiáng)了其自身的裝飾性能，提升了其自身的附加價(jià)值[2-3]。
　　裝飾紙主要以優(yōu)質(zhì)木漿和鈦白粉為主要原料、經(jīng)過特殊工藝加工而成，鈦白粉作為裝飾紙用量最大的填料，具有較好的耐候性、遮蓋力、分散性和留著率。在紙張中加入鈦白粉，可使紙張具有較好的亮度、光澤度、力學(xué)強(qiáng)度，薄而光滑，印刷時(shí)不穿透，質(zhì)量輕。紙用鈦白粉一般使用未經(jīng)表面處理的銳鈦型鈦白粉，可以起到熒光增白劑的作用，增加紙張的亮度，但裝飾層壓紙要求使用經(jīng)過表面處理的金紅石型鈦白粉，金紅石型TiO2具有最高的光折射率，在裝飾紙的應(yīng)用中，表現(xiàn)出極好的遮蓋力，同時(shí)TiO2具有極強(qiáng)的紫外線吸收能力，是一種天然的紫外線吸收劑，在日光的照射下，表現(xiàn)出良好的耐光性和耐候（溫）性[4-5]。
　　另外，為了能夠使強(qiáng)化木地板具備優(yōu)良的抗污性和耐磨性，這需要對(duì)鈦白粉的基礎(chǔ)形態(tài)和應(yīng)用性能進(jìn)行改性，本文從水解工藝粒徑控制及表面處理等方面改進(jìn)鈦白粉的性能，制備出一種適用于強(qiáng)化木地板紙的金紅石型鈦白粉，并探究不同處理方法對(duì)產(chǎn)品性能的影響。
　　1試驗(yàn)部分
　　1.1試驗(yàn)原料及儀器
　　試驗(yàn)藥品：濃鈦液（192～200 g/L）、金紅石型晶種、三價(jià)鈦還原劑均為自制；硅酸鈉、偏鋁酸鈉，山東嘉虹化工有限公司，工業(yè)純；三甲基硅醇，上?；萁窕べQ(mào)易有限公司，工業(yè)純；聚甲基硅氧烷，廊坊藍(lán)科化學(xué)有限公司；二異丙醇胺，南京北化化工有限公司；偏鋁酸鈉、硫酸，分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；去離子水，自制。
　　試驗(yàn)儀器：反應(yīng)釜，威?；C(jī)械有限公司；SHZD（III）型循環(huán)真空泵，鄭州科達(dá)機(jī)械儀器設(shè)備有限公司；恒溫水浴鍋，常州億通分析儀器制造有限公司；真空干燥箱，蘇州歐文烘箱制造有限公司；SK-DC 1800超聲波清洗器，張家港市神科超聲電子有限公司；小型高速粉碎機(jī)，廣州市旭朗機(jī)械設(shè)備有限公司；AS50A實(shí)驗(yàn)用氣流粉碎機(jī)，上海捷謄粉體設(shè)備有限公司；ZP100壓片機(jī)，上海天祺制藥機(jī)械有限公司；MS2000粒徑測(cè)定儀，馬爾文儀器公司；ZESSEVO 18型掃面電子顯微鏡，德國(guó)卡爾蔡司公司。
　　1.2強(qiáng)化木地板紙用金紅石型鈦白粉的制備工藝
　　1）取200L濃鈦液（192～200g/L），加入計(jì)量好的金紅石型晶種，在一定條件下進(jìn)行水解反應(yīng)，得到偏鈦酸。
　　2）將所得偏鈦酸進(jìn)行水洗過濾，加入硫酸溶，液再加入三價(jià)鈦還原劑和金紅石型晶種，升溫?cái)嚢? h。
　　3）將還原后的偏鈦酸進(jìn)行水洗過濾，經(jīng)鹽處理后放入馬弗爐內(nèi)煅燒。
　　4）取煅燒后的鈦白粉500 g，轉(zhuǎn)入燒杯，加水稀釋至750 g/L左右。
　　5）放入恒溫水浴鍋中升溫至85℃，加入1.0%～3.0%硅酸鈉溶液（以SiO2計(jì)），同時(shí)利用硫酸調(diào)節(jié)pH在10左右。
　　6）調(diào)節(jié)反應(yīng)器內(nèi)pH至7～8左右，升溫至85℃，添加3%～5%的偏鋁酸鈉（以Al2O3計(jì)）溶液同時(shí)用硫酸調(diào)節(jié)pH維持在10左右。
　　7）轉(zhuǎn)入漏斗進(jìn)行洗滌至洗滌水電導(dǎo)率80μs/cm以下，得到的產(chǎn)品放入真空干燥箱中干燥。
　　8）得到的粉料置于氣流粉碎機(jī)中有機(jī)處理得到最終產(chǎn)品。
　　1.3性能測(cè)試
　　1.3.1偏鈦酸粒徑測(cè)試
　　在室溫條件下，取0.5 g偏鈦酸置于400 mL燒杯中，加入六偏磷酸鈉3 mL及去離子水200 mL輕微攪拌，將燒杯置于超聲機(jī)中超聲20 min，備用。
　　打開粒徑測(cè)試儀，進(jìn)行預(yù)對(duì)光處理，更換樣品容器中的純水，進(jìn)行對(duì)光處理，將超聲備用的鈦白粉溶液倒入裝有純水的容器中，使遮光度在5%～8%之間，點(diǎn)擊開始進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試平行數(shù)據(jù)3次，取平均值。
　　1.3.2鈦白粉基本性能測(cè)試
　　遮蓋力測(cè)試，按照GB 5211.17—1988《白色顏料對(duì)比率（遮蓋力）的比較》測(cè)試；消色力測(cè)試，按照GB/T 5211．16—2007《白色顏料消色力的比較》測(cè)試；電阻率測(cè)定，按照GB/T 5211．12—2007《顏料水萃取液電阻率的測(cè)定》測(cè)試；細(xì)度測(cè)試，按照GB/T 6753．1—2007《色漆、清漆和印刷油墨研磨細(xì)度的測(cè)定》測(cè)試。
　　1.3.3鈦白粉粒徑測(cè)試
　　在室溫條件下，取0.5 g鈦白粉置于400 mL燒杯中，加入六偏磷酸鈉3 mL及去離子水200 mL輕微攪拌，將燒杯置于超聲機(jī)中超聲20 min，備用。
　　打開粒徑測(cè)試儀，進(jìn)行預(yù)對(duì)光處理，更換樣品容器中的純水，進(jìn)行對(duì)光處理，將超聲備用的鈦白粉溶液倒入裝有純水的容器中，使遮光度在5%～8%之間，點(diǎn)擊開始進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試平行數(shù)據(jù)3次，取平均值。
　　1.3.4鈦白粉金紅石晶型含量測(cè)定
　　取50 g鈦白粉于粉碎機(jī)中，電機(jī)轉(zhuǎn)速15 000 r/min，粉碎1 min；再將粉碎后的鈦白粉，再次粉碎1.5 min；取粉碎后的鈦白粉10 g，置于玻璃壓板上進(jìn)行磨具壓制，使待測(cè)試面光滑且輕敲不脫落為佳。將磨具及試樣放入衍射儀測(cè)試口進(jìn)行測(cè)試。掃描角度范圍在24.5～28.5°，管電壓30 V，管電流20 A，掃描方式采用連續(xù)掃描，掃描速度0.02°/s。
　　1.3.5抗污性能測(cè)試
　　將化學(xué)藥品或污染性物品遺留在強(qiáng)化木地板紙上，24 h后觀察這些物質(zhì)對(duì)地板表面的腐蝕污染情況，判斷污染等級(jí)。
　　1.3.6耐磨性能測(cè)試
　　取強(qiáng)化木地板進(jìn)行摩擦，計(jì)強(qiáng)化木地板摩擦破損的次數(shù)，判斷耐磨等級(jí)。
　　1.3.7掃描電子顯微鏡（SEM）測(cè)試
　　取一定量的樣品分散于無水乙醇中，超聲分散10 min后，取分散后的樣品滴于銅網(wǎng)上，待樣品干燥后放入電子顯微鏡中進(jìn)行檢測(cè)。
　　2結(jié)果與討論
　　2.1晶種加量對(duì)水解工藝的影響
　　鈦白粉的粒徑表現(xiàn)主要受偏鈦酸的影響，因此對(duì)水解反應(yīng)的控制程度決定了偏鈦酸的質(zhì)量水平。在偏鈦酸的生產(chǎn)過程中，逐漸由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)時(shí)受晶種誘導(dǎo)性最大，因此本文設(shè)計(jì)以晶種鈦液的添加量為變量，該實(shí)驗(yàn)分為5組，每組晶種鈦液占總鈦液：A，1%；B，2%；C，3%，保持其余反應(yīng)參數(shù)不變，反應(yīng)過程中的相關(guān)參數(shù)見表1。

　　表1 5組水解反應(yīng)主要參數(shù)值表

　　表1為水解反應(yīng)過程中各主要節(jié)點(diǎn)的參數(shù)，當(dāng)晶種加量較少時(shí)，水解反應(yīng)較慢，一沸時(shí)間延長(zhǎng)，灰變時(shí)間也延長(zhǎng)。灰變后繼續(xù)加熱至二沸時(shí)，時(shí)間縮短，可能是體系內(nèi)偏鈦酸粒子積聚，使得部分鈦液為水解導(dǎo)致，最終形成的偏鈦酸粒子大，比表面積較小，容易積聚，影響沉降高度。在晶種加量繼續(xù)添加的時(shí)候，反應(yīng)較為充分，粒子生長(zhǎng)均勻，沉降高度適中。添加量為3%時(shí)，第一階段反應(yīng)更加劇烈，灰變時(shí)間縮短，但二沸時(shí)間相對(duì)延長(zhǎng)，可能是二次凝聚能力極弱，形成的偏鈦酸粒子由于粒徑小，更容易在表面形成鍵能。增大其粒子檢測(cè)范圍，表現(xiàn)為粒徑增大，沉降高度變大[6]。
　　2.2晶種加量對(duì)偏鈦酸質(zhì)量的影響

　　3組偏鈦酸的粒徑分布情況如圖1所示。從圖1中可以看出，在晶種鈦液的添加量為1%時(shí)，粒子分布不均勻且粒徑較其他兩組更粗，與晶種參與水解反應(yīng)的機(jī)理相符，在2%和3%晶種鈦液添加量的情況下，二者粒徑基本相差不大，但從經(jīng)濟(jì)性方面考量，選用2%的晶種鈦液添加量為最優(yōu)選。

　　2.3表面處理對(duì)鈦白粉性能的影響
　　鈦白粉作為性能卓著的白色顏料，具有穩(wěn)定、高白度、高遮蓋率等優(yōu)點(diǎn)，但其自身存在晶格缺陷，具有較強(qiáng)的光催化活性，在紫外線照射下易粉化，導(dǎo)致耐候性、潤(rùn)濕性及分散性等應(yīng)用性能降低，進(jìn)而影響產(chǎn)品的使用壽命，因此通過在鈦白粉的表面包覆一層或多層無機(jī)、有機(jī)膜使其表面與介質(zhì)間形成一道屏障，可降低光催化活性，增強(qiáng)鈦白粉耐候性、分散性、抗污性等應(yīng)用性能。
　　2.3.1無機(jī)表面處理對(duì)鈦白粉性能的影響
　　表2為表面處理包膜試驗(yàn)各組分組情況，表3為對(duì)應(yīng)分組鈦白粉的吸油量性能測(cè)試。從表3可以看出，不同的包膜量對(duì)鈦白粉的吸油量存在較大的影響，在包膜量低時(shí)，鈦白粉的表面仍存在少量缺陷，表現(xiàn)為吸油量較高。隨著包膜量的上升，鈦白粉表面的缺陷逐漸修復(fù)，孔隙減小，表現(xiàn)為吸油量逐漸減小。隨著無機(jī)包膜機(jī)的進(jìn)一步增加，可能會(huì)出現(xiàn)因包膜不均勻而形成積聚的情況，反而使吸油量上升。因此，結(jié)合上述情況，E組包膜量更符合要求。

　　表2表面處理小試包膜用量分組%

　　表3各組包膜試驗(yàn)組吸油量對(duì)比g·10g-1

　　與此同時(shí)，對(duì)表面處理前后的鈦白粉試樣A、B做紅外光譜分析，所得結(jié)果如圖2所示。

　　在表面處理前的鈦白粉樣品A和經(jīng)表面處理后的鈦白粉試樣B的紅外光譜分析圖如圖2所示。由圖2可知，樣品A和樣品B在3 166 cm-1處均出現(xiàn)-OH基團(tuán)的伸縮振動(dòng)峰和H-O-H的彎曲振動(dòng)峰，這是由于金紅石型鈦白粉表面含有大量的羥基，同時(shí)伴隨著少量水分的引入，由于相對(duì)的包膜含量較少，對(duì)表面羥基吸收峰影響不大。同時(shí)觀察到B在562 cm-1處有一個(gè)微弱的吸收峰，這是由于氧化鋁包覆在鈦白粉表面形成了金屬鍵。
　　2.3.2有機(jī)表面處理對(duì)鈦白粉性能的影響
　　鈦白粉的有機(jī)包膜通常是在鈦白粉經(jīng)氣流粉碎時(shí)添加，有助于有機(jī)包膜劑更好地包覆在鈦白粉的表面，鈦白粉在氣流粉碎前后的粒徑對(duì)比情況見表4。

　　表4汽流粉碎鈦白粉前后粒徑對(duì)比

　　由表4可得，通過3組試驗(yàn)樣品的粒徑數(shù)據(jù)對(duì)比，D10和D99前后對(duì)比差距明顯，粒徑分布改善，在0.2～0.6μm范圍內(nèi)的鈦白粉粒子含量增多，鈦白粉整體粒徑表現(xiàn)穩(wěn)定[10]。
　　對(duì)于氣流粉碎過程中添加的粉碎助磨劑，本實(shí)驗(yàn)選用三甲基硅醇（樣品1）、聚甲基硅氧烷（樣品2）分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并對(duì)所得鈦白粉進(jìn)行應(yīng)用性能評(píng)價(jià)。
　　表5為用三甲基硅醇和聚甲基硅氧烷2種具備耐高溫屬性的有機(jī)助劑在汽流粉碎時(shí)進(jìn)行添加使用，通過對(duì)所制備出的鈦白粉進(jìn)行應(yīng)用性能測(cè)試。從表5中可以看出，所制得的鈦白粉耐溫性能表現(xiàn)較好，耐曬性能也較好，但由于有機(jī)硅烷附著在鈦白粉的表面使鈦白粉外表面主要以親油基團(tuán)為主，親水性差，應(yīng)用在強(qiáng)化木地板紙上的施工性能較差，表現(xiàn)為耐磨性不足，難以完全應(yīng)用，相比之下三甲基硅醇作有機(jī)助劑使用時(shí)，各項(xiàng)性能表現(xiàn)基本符合生產(chǎn)需求。

　　表5應(yīng)用性能測(cè)試試驗(yàn)數(shù)據(jù)

　　3結(jié)論
　　本文針對(duì)性地制備出一種強(qiáng)化木地板裝飾紙專用金紅石型鈦白粉，并對(duì)其制備工藝和應(yīng)用情況進(jìn)行測(cè)試及分析。確定了晶種鈦液添加量在2%時(shí)，偏鈦酸的性能最佳，并確定了硅酸鈉加量2%、偏鋁酸鈉加量4%所處理的鈦白粉吸油量較低。通過在氣流粉碎過程中添加三甲基硅醇，制得的鈦白粉綜合性能優(yōu)異，應(yīng)用情況好，滿足客戶需求。