一種汽車陰極電泳涂料專用二氧化鈦顏料的生產方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種金紅石型二氧化鈦顏料的生產技術領域，尤其是汽車陰極電泳涂 料專用二氧化鈦顏料的生產方法。
【背景技術】
[0002] 二氧化鈦顏料是最好的白色顏料，它具有白度高、不透明性高、物理化學性質穩定 等優點，廣泛應用于涂料、塑料、造紙等行業。二氧化鈦顏料的商業化生產方法有硫酸法和 氯化法兩種工藝，在硫酸法生產二氧化鈦顏料的工藝中，將鈦精礦溶解在硫酸中生成以硫 酸氧鈦為主的硫酸鹽混合物，經過浸取制得黑鈦液再去除溶液中的鐵等雜質，經水解生成 不溶性的水合二氧化鈦，經過進一步洗滌除雜，在回轉式煅燒窯中煅燒生成銳鈦型或金紅 石型二氧化鈦顏料。在氯化法生產二氧化鈦顏料的工藝中，干燥后的二氧化鈦原料與焦炭 和氯氣一起送入氯化爐中，生成四氯化鈦，經過精餾除雜后的精制四氯化鈦與氧氣一起進 入氧化爐中，在11〇〇 °C~1500 °C高溫下發生氧化反應，生成金紅石型二氧化鈦顏料顆粒。
[0003] 不論是硫酸法還是氯化法生產的二氧化鈦顏料，都需要經過表面處理，以改善顏 料粒子在應用環境中與樹脂的相容性，提高其分散性，進而表現出最佳的遮蓋力、光澤、白 度、涂膜平整度等性能。二氧化鈦顏料的表面處理劑一般分為無機表面處理劑和有機表面 處理劑兩大類，無機表面處理劑主要作用是改善二氧化鈦顏料的分散性和耐候性能，常用 的無機表面處理劑有氧化鋁、氧化鋯、二氧化硅等;有機表面處理劑的主要作用是改善二氧 化鈦顏料與樹脂的親合力，賦予顏料親水或疏水等性能。
[0004] 電泳涂料是一種僅適用于電泳涂裝法的專用水溶性涂料，在水中能離解為帶電荷 的水溶性成膜聚合物，并在直流電場作用下，泳向相反電極(被涂面)在其表面上析出。根據 電泳涂料所用大分子樹脂帶電荷性質的不同，電泳涂料分為陽極電泳涂料與陰極電泳涂 料，陰極電泳涂料具有泳透力高，涂裝時庫侖效率高，涂膜耐堿性強，防腐效果好等優點，已 經成為汽車工業防腐底漆的標準用漆。
[0005] 含有羥基、氨基、醚基、酰胺基等高分子聚合物，經過有機酸中和后形成胺鹽，而采 用此類胺鹽樹脂作為主體樹脂，再配以適當的顏料、填表及助劑、溶劑經研磨分散而制成的 涂料，以水作為溶劑進行稀釋，形成陽離子型水溶劑，中和劑為有機酸，如甲酸、乙酸、乳酸 等，以被涂工件作為陰極，采用電泳涂裝的方式進行施工，從而獲得致密的涂膜，該種類的 涂料稱為陰極電泳涂料。最常用的陰極電泳涂料是環氧樹脂型陰極電泳涂料，近幾年開發 的有環氧丙烯酸、丙烯酸樹脂型陰極電泳涂料，電泳涂料以水作溶劑，樹脂多數呈弱堿性或 弱酸性，所以電泳涂料使用的顏料與溶劑性漆用的顏料有所不同，電泳涂料對顏料的要求 尚。
[0006] 顏料的物理性質如相對密度、酸堿性、極性都會影響陰極電泳涂料的性質，在電泳 涂料的制造過程中，如果顏料的物理性質差異較大，即使強烈攪拌，也只能暫時分散在色漿 中，長時間儲存往往會出現沉淀、浮色等問題，所以電泳涂料用的顏料，必須在水介質中保 持著較高的化學穩定性。一般認為，部分水解及能分離出二價或多價金屬離子的顏料均不 適于電泳涂料，它能使大分子樹脂沉淀析出，水溶性電解質離解后壓縮顏料表面存在的雙 電層引起聚集，使顏料產生沉淀，而且電解質還將導致電泳時電解反應加劇，致使漆膜產生 大量的針孔，不但增加了電解消耗，還降低了電泳涂料的泳透力，同時，電解產生的新生態 氧還會加速漆液的老化。由于電泳涂料槽液的固體含量較低，其黏度接近于水的黏度，顏料 中的粗粒子容易導致槽液沉淀和涂膜水平面粗糙，顏料的粒度不同，電泳涂料在各平面上 的沉積也不相同，尤其是水平面的上下部差距相當明顯，隨著顏料粒度分散度的提高，濕漆 膜的電阻也會大大提高，從而提高電泳涂料的泳透力。陰極電泳涂料所用的樹脂多數是多 胺型的，用酸中和才能溶解于水，所以陰極電沉積涂料不能使用堿性的顏料，或遇酸易分解 的顏料。
[0007] 現代化的汽車工業具有高度集中，生產連續化的特點，用于防腐功能的陰極電泳 涂料施工高度連續，電泳槽的容積可以達到六百多立方米，更新周期可以長達三年以上，如 果出現質量問題，經濟損失非常嚴重，為此對于汽車陰極電泳涂料專用二氧化鈦顏料的要 求近乎苛刻。國內二氧化鈦顏料生產起步較晚，產品主要集中在通用型領域，對于汽車陰極 電泳涂料領域用顏料的研究較少，目前國內的汽車電泳涂料用二氧化鈦顏料主要依賴進 口，國外大型的二氧化鈦生產商都有專門針對汽車陰極電泳涂料的專用二氧化鈦顏料牌 號，但是其生產工藝技術都是嚴格保密，目前關于汽車陰極電泳涂料專用二氧化鈦顏料方 面的專利并沒有相關的報道。
【發明內容】
[0008] 顏料顆粒分散在液相中時其表面帶有電荷，顆粒表面所帶電荷和顏料本身相關， 也受樹脂溶液的影響，不同顏料顆粒在同一樹脂中會帶有不同的電荷，同一顏料在不同的 樹脂中也會帶有不同的電荷。陰極電泳涂料所用樹脂為水溶性環氧樹脂，二氧化鈦顏料表 面電荷性質對于涂料分散穩定性至關重要。二氧化鈦顏料表面處理通常使用的二氧化硅， 在水性體系中表面負電荷，不適合用于陰極電泳涂料領域，而本發明采用氧化鋁處理后的 二氧化鈦顏料，在陰極電泳涂料pH值范圍內有很強的正電荷，既滿足了陰極電泳涂料對粒 子表面電荷正負性的要求，也能夠產生足夠的靜電排斥作用，有利于顏料粒子的分散穩定 性。
[0009] 顏料顆粒在液相中的分散穩定性，除了取決于顆粒之間的靜電排斥作用外，也和 顏料顆粒表面吸附樹脂和分散劑形成的空間位阻有關，本發明采用氧化鋁包覆的二氧化鈦 顏料，表面的氧化鋁和涂料樹脂有極強的親合力，顏料粒子表面吸附樹脂的多少，取決于表 面羥基的數量，而表面羥基的數量主要取決于鋁包膜層的厚度和包覆工藝。
[0010] 陰極電泳涂料最基本的功能是防腐蝕性能，對氯離子、鈉離子的含量控制非常嚴 格，同時二價的陰離子和陽離子都會影響電泳涂料的穩定性，所以電泳涂料生產對顏料的 離子含量控制非常嚴格，顏料水懸浮液的電阻率通常用來表征這一特點。一般通用級二氧 化鈦顏料的電阻率在100歐米左右，電泳涂料用二氧化鈦顏料的電阻率通常控制在200歐米 以上，甚至要求大于300歐米以上，這樣高的電阻率，產品中的可溶性離子含量極低。為了滿 足這一要求，單靠延長洗滌時間會嚴重影響生產效率，本發明人在長期的研究工作中，發現 包覆勃姆石型氧化鋁的二氧化鈦漿料很容易洗滌，但是成品顏料在陰極電泳漆中的分散穩 定性較差，容易產生沉降，而包覆無定形氧化鋁的二氧化鈦漿料因為包覆層疏松多孔且物 料膠體觸變性很大，難于水洗，但是因為表面與樹脂結合的羥基較多，成品顏料在陰極電泳 漆中的分散穩定性較好。為此，經過反復試驗，探索出了先在二氧化鈦顏料表面包覆勃姆石 型氧化鋁為二氧化鈦顏料提供基本的耐候性和二氧化鈦原始顆粒之間的空間間隔，再包覆 一層少量的無定形氧化鋁以改善二氧化鈦顏料在陰極電泳漆中的分散穩定性。
[0011] 基于上述的原理和現有工藝的不足，本發明提供了一種汽車陰極電泳涂料專用二 氧化鈦顏料的生產方法，通過精確的控制二氧化鈦生產過程中的砂磨、分級工序操作、包膜 處理劑的加量和操作工藝，制備出適合汽車陰極電泳漆的二氧化鈦顏料的方法，成功地解 決了二氧化鈦顏料在陰極電泳涂料中的分散性、分散穩定性和對雜質離子的要求。
[0012] 為了實現上述發明目的，本發明采用的技術方案如下：
[0013] -種汽車陰極電泳涂料專用二氧化鈦顏料的生產方法，包括下述步驟：
[0014] (1)制備包含二氧化鈦初品的漿料:稱取5~60kg去離子水，加入分散助劑，在攪拌 下加入5~60kg未包膜的金紅石型二氧化鈦初品，制成濃度為600~800gTi02/L的二氧化鈦 漿料，再用砂磨機砂磨，使二氧化鈦達到原級粒徑；
[0015] (2)稀釋、分級：用去離子水把砂磨合格的二氧化鈦漿料濃度稀釋到300~400g/L， 再用水力旋流器分級，把溢流的合格漿料送入到包膜槽內；
[0016] (3)加熱:在包膜槽內，把漿料的溫度升到50~70°C ;
[0017] (4)加入堿性含鋁化合物：用稀硫酸調整衆料pH值為10.0~10.5，維持60~180分 鐘，再加入堿性鋁化合物的溶液到漿料中，生成勃姆石型氧化鋁包膜層，最后調節漿料pH值 至5 · 0 ~8 · 0;
[0018] (5)加入酸性含鋁化合物:用稀硫酸調整漿料pH值為6.0~7.5，維持60~180分鐘， 再加入酸性鋁化合物的溶液到漿料中，生成結無定形氧化鋁包膜層，再用稀堿液調節漿料 pH值至6.5~7.5;
[0019] (6)熟化、過濾、水洗、干燥及煅燒、粉碎:經上述步驟包覆的二氧化鈦漿料在50~ 70°C攪拌下熟化60~100分鐘，經過濾、水洗，再將濾餅干燥，汽流粉碎，即得到汽車陰極電 泳涂料專用二氧化鈦顏料