Диоксид титана является лучшим на сегодняшний день белым неорганическим пигментом и широко используется в покрытиях, пластмассах, чернилах, производстве бумаги, резины, химических волокон и косметики.
Эффективность диоксида титана как пигмента обусловлена в первую очередь его оптическими свойствами, на которые влияют главным образом его поверхностные характеристики. Ядро частиц TiO₂ играет минимальную роль в определении производительности пигмента.
Обычный карбонат кальция значительно дешевле, его стоимость составляет всего несколько сотен или несколько тысяч юаней за тонну, в то время как стоимость диоксида титана может достигать 17 000 юаней за тонну. Перспектива замены или частичной замены диоксида титана карбонатом кальция представляет собой существенную возможность экономии средств.
Группа ученых под руководством профессора Дин Хао из Китайского университета геологических наук (Пекин) разработала стратегию повышения эффективности TiO₂ путем создания упорядоченной композитной структуры, объединяющей минералы и Частицы TiO₂. Результатом этого исследования стали четыре инновационных процесса, которые улучшают пигментные свойства TiO₂ и обеспечивают его экологически чистое производство.
1. Метод жидкофазного механического измельчения
Этот процесс включает активацию твердых частиц посредством механического измельчения в жидкой среде (преимущественно воде), вызывая реакцию интерфейса между карбонатом кальция и субмикронными частицами TiO₂. Результатом являются покрытые композитные частицы.
К основным преимуществам этого метода относятся:
- Не использовать токсичные химикаты
- Отсутствие образования сточных вод, отработанного газа или твердых отходов.
- Низкое потребление энергии, себестоимость переработки менее 1000 юаней за тонну.
2. Метод карбонизации
В этом методе частицы TiO₂ добавляются в эмульсию гидроксида кальция [Ca(OH)₂], после чего следует реакция карбонизации с газом CO₂. В результате этого процесса создается композитный пигмент CaCO₃-TiO₂.
Используя недорогой карбонат кальция и газофазную технологию осаждения, которую легче контролировать, этот метод позволяет снизить потребление TiO₂, сохраняя при этом производительность пигмента. Этот подход также помогает снизить затраты на конечные пользователи.
3. Метод гидрофобной агломерации.
В этой технике TiO₂ служит первичной сборочной единицей, а CaCO₃ действует как гостевая частица. Гидрофобные силы на поверхности частиц в системе на водной основе приводят к объединению частиц TiO₂ и CaCO₃. Это приводит к построению хорошо организованного и стабильного распределения покрытия TiO₂ на поверхности частиц CaCO₃.
Метод экологически чистый и энергоэффективный, не производит отходов. Кроме того, полученный композитный пигмент проявляет гидрофобные свойства, что делает его высокосовместимым с органическими системами.
4. Термическая деполимеризация и технология прочных композитов
Этот сухой процесс включает термическую деполимеризацию, модификацию, покрытие и промежуточную изоляцию для создания продуктов постобработки TiO₂. Полученный композитный пигмент минерал-TiO₂ демонстрирует высокую и стабильную дисперсию частиц TiO₂, что улучшает его пигментные свойства.
Композитный пигмент CaCO₃-TiO₂, полученный этим методом, обладает схожими основными пигментными свойствами с коммерческим диоксидом титана, включая цвет, поглощение масла, укрывистость и светостойкость, но по более низкой цене. Это делает его привлекательным вариантом для отраслей, которые традиционно полагались на диоксид титана, предлагая им многообещающую альтернативу с широким рыночным потенциалом.
