Технология модификации неорганических и органических покрытий диоксидом титана
Диоксид титана рутил представляет собой полупроводник с шириной запрещенной зоны около 3,0 эВ. Он обладает сильной фотокаталитической активностью без модификации поверхности, поэтому может образовывать высокоактивные свободные радикалы кислорода под действием солнечных ультрафиолетовых лучей. , этот свободный радикал кислорода может проявлять сильную окислительную способность, которая повреждает среду вокруг диоксида титана и влияет на срок службы продукта. Поэтому модификация поверхности является чрезвычайно важной задачей при производстве и переработке диоксида титана.
Модификация поверхности представляет собой использование модифицирующих добавок для взаимодействия с поверхностью диоксида титана, тем самым изменяя характеристики поверхности и улучшая характеристики продукта. В настоящее время модификацию поверхности диоксида титана можно условно разделить на два метода: неорганическое покрытие и органическое покрытие.
1. Неорганическое покрытие из диоксида титана
Неорганическое покрытие предназначено для покрытия поверхности частиц диоксида титана однослойной или многослойной неорганической тонкой пленкой посредством реакции седиментации, образующей барьер между частицами и средой, чтобы улучшить характеристики диоксида титана. Неорганическая модификация поверхности диоксида титана обычно осуществляется с помощью алюминиевого покрытия, силиконового покрытия, циркониевого покрытия и нескольких смешанных методов покрытия.
Для силиконового покрытия пленка, сформированная в нейтральных и слегка кислых условиях, является относительно «пушистой», в то время как пленка, сформированная в щелочных условиях, является относительно плотной, как правило, за счет гидролиза силиката натрия с образованием кремния. Затем мицеллы закрепляются на поверхности титана. двуокиси через связи Ti-O-Si, и в то же время образование связей Si-O-Si также может быть использовано для обеспечения непрерывности и однородности пленки.
Для алюминиевого покрытия связь Ti-O-Al образуется в результате реакции OH-Al и группы -OH на поверхности диоксида титана. Увеличение количества кластеров облегчает нанесение покрытия. В то же время в условиях высокого pH направленная скорость роста OH-Al занимает доминирующее положение по отношению к скорости седиментации при повышении температуры, а морфология пленки меняется от однородных и сплошных листовидных слоев до относительно рыхлых хлопьев. .
Неорганическое покрытие делится на два метода: сухое покрытие и мокрое покрытие в соответствии с различными методами обработки.
(1) Сухое покрытие из диоксида титана
При сухом покрытии галогениды металлов обычно прикрепляются к поверхности диоксида титана распылением воздуха, а после обжига и окисления вводят горячий пар, чтобы способствовать его гидролизу с образованием тонкопленочного покрытия на поверхности частиц.
(2) Влажное покрытие из диоксида титана
Мокрое покрытие в основном осуществляется в водной среде, которая также подразделяется на три типа: метод кипячения, метод нейтрализации и метод карбонизации.
2. Органическое покрытие из диоксида титана
История развития органического покрытия короче, чем у неорганического покрытия, но оно развивается очень быстро из-за характеристик небольшой дозировки (обычно всего от 0,1% до 1% веса пигмента) и большого эффекта. В лаборатории существует три основных метода нанесения органических покрытий, а именно: высокоскоростной мокрый метод диспергирования, метод вибрационного диспергирования и метод распыления в газовой порошковой машине. В процессе ежедневных экспериментов мы в основном применяем для обработки высокоскоростной мокрый метод диспергирования.
Как правило, в процессе органического покрытия часть органического агента для обработки связывается с поверхностью диоксида титана путем физической адсорбции, а другая часть реагирует с гидроксильными группами на поверхности частиц, а затем тесно соединяется с поверхность диоксида титана. Используются диспергаторы, связующие агенты, поверхностно-активные вещества и т.д.
3. Композиционное покрытие с диоксидом титана
Так как неорганическое покрытие и органическое покрытие имеют свои особенности. Вообще говоря, основной целью неорганического покрытия является снижение фотокаталитической активности диоксида титана, повышение его атмосферостойкости, тем самым увеличивая срок службы продукта, в то время как основной целью органического покрытия является улучшение дисперсионной способности продукта в устойчивость к различным средам и дисперсиям.
Эти два метода не могут заменить друг друга, поэтому в практических прикладных операциях режим работы сначала с неорганическим покрытием, а затем с органической модификацией в основном используется для модификации поверхности частиц диоксида титана для достижения цели, то есть для использования кремния, растворимого неорганического вещества. такие источники, как алюминий и цирконий (такие как диоксид кремния, оксид алюминия и т. д.), дополняют один или даже несколько слоев неорганических покрытий при соответствующих условиях температуры и pH для повышения их устойчивости к атмосферным воздействиям. Затем выберите подходящую мостиковую структуру для соединения групп жирных или ароматических кислот с высокой гидрофильностью, чтобы улучшить ее диспергируемость в воде и стабильность дисперсии.