[01045004]高耐候性钛白粉关键技术研究及产业化

钛白粉有“白色颜料之王”的美誉，广泛用于涂料、塑料、纸张、化纤、橡胶、油墨和化妆品等行业中。钛白粉是重要的化工产品和原料，其产量和质量是国家经济发展水平的重要衡量指标。钛白粉同时具有较强的光催化活性，会降解与其复合的有机基体，耐候性较差。工业上通常在钛白粉表面包覆氧化硅、氧化铝膜层，以提高钛白粉的耐候性。由于对成膜过程机制和控制等关键科学问题缺乏深入研究，我国钛白粉产品质量长期停留在中低档水平。2008年4月起，安徽安纳达钛业股份有限公司与清华大学就“高耐候性钛白粉关键技术研究及产业化”开展项目合作，共同研究开发高耐候性钛白粉产业化技术。通过深入研究钛白粉包硅、包铝的过程机制和控制原理，突破传统的包膜思路，提出以碱性硅盐和酸性铝盐互为沉淀剂、互为包膜剂，实现致密均匀连续包膜，获得耐候性能优异的钛白粉，消除了包硅过程的酸液消耗和包铝过程的碱液消耗，形成了硅铝复合包膜工艺，大幅度降低了物耗能耗、缩短了包膜时间，简化了包膜过程的参数控制。通过设计反应釜结构，强化反应釜内的微观混合环境和宏观流体流动，构建理想的成膜环境，获得致密均匀连续的包膜。针对复合包膜过程中“滤饼流稀”问题，研究揭示了滤饼触变变稀的流变学机制，通过钛白粉表面修饰有效地解决了“滤饼流稀”问题，形成了高耐候性致密复合膜钛白粉生产技术，在年产4万吨金红石型钛白粉装置上成功实现产业化，为市场提供紧缺的高耐候性金红石型钛白粉，实现了产品向高技术含量、高附加值的转变，产品替代进口，显著提高了钛白行业生产的整体技术水平。耐候性的定量评价是长期困扰钛白粉质量提升的瓶颈之一，目前采用的老化实验如人工老化法和涂层自然气候曝露法等，受自然环境和操作因素影响，误差较大，难以量化评价，且检测时间长（数月以至数年）。本项目根据钛白粉光催化活性导致耐候性差的内在机制，研究确定钛白粉光催化罗丹明B的降解机制和动力学，从理论和实验上证明用罗丹明B光催化降解定量评价钛白粉耐候性的可行性和有效性，建立了钛白粉耐候性定量检测方法和装置，确立了耐候性检测的操作参数、操作制度和误差分析，形成了钛白粉耐候性检测的规范方法，该方法设计科学、快速高效、准确可靠。能够及时反馈产品的耐候性指标，有力地推进了钛白粉产品和技术的研发升级。本项目形成了创新的专利技术 “一种致密复合膜钛白粉的表面处理方法（201010120761.2已授权）”、“一种改进的钛白粉表面处理方法（201210442826.4）”、“一种金红石型钛白粉耐候性的检测方法及装置（201210444640.2）”。本项目研究发表高水平学术论文7篇，其中SCI收录论文3篇，均为本领域最高水平的学术期刊。高耐候性钛白粉生产技术2011年1月实现了产业化，2011-2013年共生产高耐候性钛白粉13.2万吨，净增加利润20154万元，取得了显著的经济效益。本项目研发的高耐候性钛白粉关键技术，为生产高档钛白粉产品提供了有力的技术支撑，显著提升我国钛白粉行业及其下游产业链参与国际竞争的能力，具有显著的社会效益。