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)測試方法研究晶種鈦液加量對偏鈦酸粒徑的影響以及不同包膜工藝對吸油量和應(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，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，對于目前的木地板市場來說，強(qiáng)化木地板銷量僅次于實(shí)木地板。有數(shù)據(jù)表明，預(yù)計(jì)至2027年全球強(qiáng)化木地板市場規(guī)模將會達(dá)到5 934.76億元，以6.25%的復(fù)合年增長率增長，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，上海惠今化工貿(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粒徑測定儀，馬爾文儀器公司；ZESSEVO 18型掃面電子顯微鏡，德國卡爾蔡司公司。
　　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性能測試
　　1.3.1偏鈦酸粒徑測試
　　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。
　　打開粒徑測試儀，進(jìn)行預(yù)對光處理，更換樣品容器中的純水，進(jìn)行對光處理，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)行測試，測試平行數(shù)據(jù)3次，取平均值。
　　1.3.2鈦白粉基本性能測試
　　遮蓋力測試，按照GB 5211.17—1988《白色顏料對比率（遮蓋力）的比較》測試；消色力測試，按照GB/T 5211．16—2007《白色顏料消色力的比較》測試；電阻率測定，按照GB/T 5211．12—2007《顏料水萃取液電阻率的測定》測試；細(xì)度測試，按照GB/T 6753．1—2007《色漆、清漆和印刷油墨研磨細(xì)度的測定》測試。
　　1.3.3鈦白粉粒徑測試
　　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。
　　打開粒徑測試儀，進(jìn)行預(yù)對光處理，更換樣品容器中的純水，進(jìn)行對光處理，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)行測試，測試平行數(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，使待測試面光滑且輕敲不脫落為佳。將磨具及試樣放入衍射儀測試口進(jìn)行測試。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)對地板表面的腐蝕污染情況，判斷污染等級。
　　1.3.6耐磨性能測試
　　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。
　　1.3.7掃描電子顯微鏡（SEM）測試
　　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。
　　2結(jié)果與討論
　　2.1晶種加量對水解工藝的影響
　　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，水解反應(yīng)較慢，一沸時間延長，灰變時間也延長?；易兒罄^續(xù)加熱至二沸時，時間縮短，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)添加的時候，反應(yīng)較為充分，粒子生長均勻，沉降高度適中。添加量為3%時，第一階段反應(yīng)更加劇烈，灰變時間縮短，但二沸時間相對延長，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。增大其粒子檢測范圍，表現(xiàn)為粒徑增大，沉降高度變大[6]。
　　2.2晶種加量對偏鈦酸質(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，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為對應(yīng)分組鈦白粉的吸油量性能測試。從表3可以看出，不同的包膜量對鈦白粉的吸油量存在較大的影響，在包膜量低時，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)組吸油量對比g·10g-1

　　與此同時，對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)的伸縮振動峰和H-O-H的彎曲振動峰，這是由于金紅石型鈦白粉表面含有大量的羥基，同時伴隨著少量水分的引入，由于相對的包膜含量較少，對表面羥基吸收峰影響不大。同時觀察到B在562 cm-1處有一個微弱的吸收峰，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比情況見表4。

　　表4汽流粉碎鈦白粉前后粒徑對比

　　由表4可得，通過3組試驗(yàn)樣品的粒徑數(shù)據(jù)對比，D10和D99前后對比差距明顯，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)，并對所得鈦白粉進(jìn)行應(yīng)用性能評價(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)助劑在汽流粉碎時進(jìn)行添加使用，通過對所制備出的鈦白粉進(jìn)行應(yīng)用性能測試。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，各項(xiàng)性能表現(xiàn)基本符合生產(chǎn)需求。

　　表5應(yīng)用性能測試試驗(yàn)數(shù)據(jù)

　　3結(jié)論
　　本文針對性地制備出一種強(qiáng)化木地板裝飾紙專用金紅石型鈦白粉，并對其制備工藝和應(yīng)用情況進(jìn)行測試及分析。確定了晶種鈦液添加量在2%時，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。