• 07 Jun, 2022
• Por EPIC Powder
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Tipos, principios y procesos de recubrimiento inorgánico de dióxido de titanio.

Los estudios han demostrado que el rendimiento de la aplicación del dióxido de titanio depende del tipo de recubrimiento inorgánico en su superficie. La alúmina con recubrimiento superficial se puede usar para mejorar la estabilidad de la dispersión en el sistema acuoso del producto, y la sílice recubierta se puede usar para aumentar la resistencia a la intemperie de los productos de dióxido de titanio. Rendimiento, la capa de dióxido de circonio recubierta se puede utilizar para mejorar la resistencia a la luz del dióxido de titanio. Recubrir un solo tipo o varios tipos de capas de película inorgánica en la superficie del dióxido de titanio puede cumplir con los requisitos de rendimiento de la aplicación del dióxido de titanio en diferentes campos de aplicación. De acuerdo con la diferencia de la composición del revestimiento, el revestimiento inorgánico se puede dividir en revestimiento inorgánico unitario y revestimiento inorgánico multicomponente.

1. Recubrimiento de alúmina

Principio de recubrimiento: cuando la superficie del dióxido de titanio se recubre con alúmina, la alúmina hidratada (Al2O3·nH2O) forma lentamente una película sobre la superficie de las partículas de dióxido de titanio para formar una capa de recubrimiento.

Bajo diferentes condiciones de pH de reacción, la alúmina hidratada (Al2O3·nH2O) de la capa de recubrimiento presenta diferentes fases. En un ambiente ácido se forma un gel amorfo; en un ambiente alcalino, es boehmita o bayerita.

Jacobson et al. demostraron en el estudio de fase de alúmina hidratada en la capa de recubrimiento que el 50%-70% existe en forma de boehmita (AlOOH), y el resto es hidrogel amorfo. Con el cambio del pH de la reacción y la velocidad de neutralización, la compacidad del recubrimiento cambió significativamente. La velocidad de neutralización es rápida, formando una capa de recubrimiento esponjosa suelta; la velocidad de neutralización es lenta, formando una densa capa de recubrimiento. En condiciones ácidas, la tasa de precipitación de las partículas primarias de alúmina hidratada es mayor que su propia tasa de floculación y precipita rápida y continuamente sobre la superficie de las partículas de dióxido de titanio para formar una capa densa; por el contrario, en condiciones alcalinas, se forma una capa suelta.

Proceso de recubrimiento: los pasos del proceso de recubrimiento con dióxido de titanio son generalmente los siguientes: suspensión y dispersión del dióxido de titanio, utilizando NaAlO2 o Al2(SO4)3 como agente de recubrimiento, y la cantidad de recubrimiento de alúmina es del 1 % al 5 % de la masa de el dióxido de titanio. El método de corriente paralela se usa para controlar el valor de pH de la reacción y la temperatura de reacción, el tiempo de recubrimiento es de 1 a 5 horas y el tiempo de curado es de 2 horas para obtener un producto recubierto con dióxido de titanio.

A través del proceso anterior, Li et al. prepararon productos de dióxido de titanio recubiertos con alúmina en diferentes condiciones de pH de reacción. Los resultados muestran que cuando el valor de pH de la reacción es 4, se forma una capa de revestimiento de alúmina densa amorfa, y cuando el valor de pH de la reacción es 8,5, se forma un revestimiento suelto de tipo boehmita.

2. Recubrimiento de sílice

Principio de recubrimiento: cuando se forma sílice amorfa hidratada, el silicato de sodio se acidifica y precipita el ácido ortosilícico en forma de Si(OH)4. La solución solo contiene productos de hidrólisis de ácido ortosilícico H3SiO4- y H3SiO42-, y no hay metasilicio. iones ácidos. Sin embargo, los monómeros H3SiO4- y H3SiO42- son extremadamente inestables y las reacciones de condensación y polimerización proceden rápidamente para generar ácido silícico condensado con enlaces silicio-oxígeno.

La densidad de los grupos hidroxilo en la superficie de las partículas de dióxido de titanio es relativamente alta, y el ácido ortosilícico se adsorbe en la superficie de las partículas mediante adsorción electrostática, y se deshidrata y condensa con los grupos hidroxilo en la superficie de las partículas para formar policondensados ​​de ácido silícico. . El policondensado de ácido silícico crece de manera uniforme y continua en la superficie de las partículas de dióxido de titanio y, a través de una mayor condensación por deshidratación, se forma una densa capa de revestimiento de sílice amorfa hidratada. Por lo tanto, el proceso de recubrimiento de sílice en la superficie del dióxido de titanio no es solo un proceso de adsorción física única, sino que también tiene un cierto efecto de enlace químico. Cui Aili et al. estudió el recubrimiento de sílice en la superficie del dióxido de titanio y señaló que el proceso de recubrimiento es un proceso sol-gel. Godnjavec, Park et al. utilizó técnicas de análisis de espectroscopía infrarroja (FTIR) y espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (XPS) para estudiar el mecanismo de formación de película de dióxido de titanio recubierto de sílice. Entre ellos se forman enlaces Si-O-Ti.

Al controlar el pH de la reacción, la temperatura de la reacción y la velocidad de neutralización, se pueden formar capas de revestimiento de sílice con diferentes morfologías. A baja temperatura de reacción y alta velocidad de neutralización, la tasa de deposición de ácido silícico es rápida y se forma fácilmente un recubrimiento similar a una isla; a alta temperatura de reacción y baja velocidad de neutralización, el recubrimiento es continuo y denso. El estudio de Ge Chen et al. para controlar la morfología del recubrimiento mediante el control del valor de pH de la reacción mostró que cuando el valor de pH de la reacción era de 7-8,5, se formaba una capa de recubrimiento discontinua densa en forma de isla, y cuando el valor de pH de la reacción era de 9-10 , la capa de revestimiento era continua y densa.

Proceso de recubrimiento: Los pasos del proceso de recubrimiento de sílice en la superficie del dióxido de titanio son generalmente: usar Na2SiO3 como agente de recubrimiento, adoptar el método de corriente paralela, mantener el valor de pH de 8-10, la temperatura de recubrimiento de 80-100ºC y la cantidad de recubrimiento de 3 %- 5%, maduración de 1-3h.

3. Recubrimiento de dióxido de circonio

Cuando la unidad de dióxido de titanio se recubre con dióxido de circonio, los agentes de recubrimiento son principalmente sulfato de circonio, tetracloruro de circonio, oxicloruro de circonio y nitrato de circonio. Entre ellos, el sulfato de zirconio y el oxicloruro de zirconio tienen las ventajas de un bajo costo y una menor contaminación ambiental durante su uso. , ha sido ampliamente utilizado en la industria.

Principio de recubrimiento: cuando se recubre la unidad de dióxido de circonio, la capa de recubrimiento existe en forma de zirconia hidratada con hidroxi, que tiene una alta actividad superficial y un fuerte rendimiento de adsorción. Se condensa con los grupos hidroxilo en la superficie de las partículas de dióxido de titanio para formar enlaces Zr-O-Ti, que están firmemente unidos en la superficie de las partículas de dióxido de titanio.

En condiciones de tasa de neutralización baja, la tasa de generación de sol en la solución es lenta y la probabilidad de colisión entre el sol y las partículas de dióxido de titanio es mucho mayor que entre los soles, lo que conduce a la formación de una capa densa en la superficie. de partículas de dióxido de titanio; por el contrario, la tasa de neutralización es rápida. La tasa de nucleación del propio sol es rápida y la zirconia hidratada tiende a nuclearse homogéneamente y adsorberse en la superficie de las partículas de dióxido de titanio para formar un recubrimiento discontinuo en forma de isla.

Proceso de recubrimiento: Las condiciones generales del proceso para recubrir zirconia en la superficie del dióxido de titanio son: usar Zr(SO4)2 o ZrOCl2 como agente de recubrimiento, el pH de la reacción es de 9-10, la temperatura del recubrimiento es de 50-70ºC y el recubrimiento el tiempo es 1-5h, y el tiempo de envejecimiento es 1-3h.

4. Recubrimiento compuesto de sílice y alúmina

Cao Hongqing et al. utilizó un recubrimiento de coprecipitación de una sola vez, usando silicato de sodio como fuente de silicio, cloruro de aluminio y metaaluminato de sodio como precipitantes ácidos y alcalinos para preparar productos de dióxido de titanio de alta dispersión y alta resistencia a la intemperie, reduciendo los pasos de producción, reduciendo los costos de producción.

Bettler adopta el método de coprecipitación en fase líquida y utiliza ácido cítrico como precipitante para recubrir sílice y alúmina a su vez para obtener un pigmento de dióxido de titanio altamente dispersivo.

Li et al. sílice recubierta a un pH de reacción de 4,0 y una temperatura de reacción de 60 ºC, y alúmina recubierta a un pH de reacción de 8,0 y una temperatura de reacción de 60 ºC, y obtuvo una buena compacidad a través del recubrimiento secundario. Producto compuesto de dióxido de titanio recubierto de silicio-alúmina, los resultados muestran que hay un enlace Al-O-Si en la capa de recubrimiento, y se forma una capa de aluminosilicato entre las capas de recubrimiento de Si-Al.

Zhang et al. utilizaron el método de recubrimiento por coprecipitación para recubrir sílice en las condiciones en que el pH de la reacción era 9,5, la temperatura de reacción era 90 ºC y la relación molar del agente de recubrimiento silicato de sodio a dióxido de titanio era 1:15. La temperatura de reacción fue de 80 ºC, y el rendimiento de las muestras recubiertas con compuesto se optimizó ajustando el valor de pH de la reacción y la relación molar del agente de recubrimiento metaaluminato de sodio a dióxido de titanio. Los resultados muestran que cuando el pH de la reacción es 5, se forma una capa densa continua de revestimiento de sílice-alúmina sobre la superficie de las partículas de dióxido de titanio, y las muestras revestidas con material compuesto tienen una excelente estabilidad de dispersión. Los enlaces Al-O-Si se forman entre la alúmina y las partículas a través de enlaces Si-O-Ti.

Wei et al. adoptó el método de recubrimiento por coprecipitación, agregando 1,29 mol/L de silicato de sodio, 0,5 mol/L de sulfato de aluminio y una cierta concentración de solución de hidróxido de sodio a la suspensión inicial de dióxido de titanio al mismo tiempo, y controlando la temperatura de reacción a 60ºC, el dióxido La cantidad de revestimiento de silicio es 3,0%, la cantidad de revestimiento de alúmina es 2,0%, y el valor de pH de la solución se reduce gradualmente de 10 a 5.

La muestra recubierta con compuesto de dióxido de titanio preparada por el método anterior tiene una excelente resistencia a la intemperie.

5. Recubrimiento compuesto de zirconio y alúmina

Su Zhenning et al. a través de dos precipitaciones, recubriendo dióxido de zirconio denso a un pH de reacción de 5,0-6,5 y una temperatura de reacción de 50ºC-90ºC, y usando coprecipitación de metaaluminato de sodio y sulfato de aluminio para formar una capa de recubrimiento de alúmina, preparado compuesto de dióxido de titanio-zirconia-alúmina producto de recubrimiento con alto brillo, blancura, resistencia a la luz y estabilidad a la dispersión.

Li Kun et al. exploró las condiciones de proceso optimizadas para el recubrimiento compuesto de dióxido de titanio de zirconia y alúmina. El espectro XPS muestra que hay enlaces Zr-O-Ti y Al-O-Ti en la capa de recubrimiento, y tanto el dióxido de circonio como el óxido de aluminio están unidos químicamente a la superficie de las partículas de dióxido de titanio.

A través del control de diferentes procesos de recubrimiento, Li Li et al. mejoró efectivamente el poder cubriente, el brillo y otras propiedades del producto, y obtuvo la dosificación optimizada del agente de recubrimiento: la relación de masa de zirconia y dióxido de titanio es 0,35:100, y la relación de masa de alúmina y dióxido de titanio es 0,35:100. es 3.0:100.

6. Recubrimiento inorgánico ternario.

Hou Qinglin y otros utilizaron el método sol-gel para desarrollar productos compuestos ternarios recubiertos de dióxido de titanio recubiertos de zirconia-sílice-alúmina con alta estabilidad de dispersión, baja pérdida de luz y alta blancura. El proceso de cada proceso de revestimiento está optimizado.

Yang Zhen et al. utilizó el método de coprecipitación para preparar un producto compuesto ternario de zirconio-sílice-alúmina. El producto obtenido también tiene una excelente estabilidad de dispersión, resistencia a la luz ya la intemperie, y su rendimiento de aplicación puede alcanzar productos de renombre internacional. nivel s.