一种二氧化钛表面包覆均匀性和分散性的表征方法

摘要

本发明提供了一种二氧化钛表面包覆均匀性和分散性的表征方法。所述均匀性的表征方法包括以下步骤：（1）获得待测二氧化钛样品表面多个不同测量点的化学成分；（2）分析并得到所述多个不同测量点的化学成分中同一包覆层化学元素含量的最大值和最小值之间的差值，所述差值越小，二氧化钛表面包覆均匀性越好。所述分散性的表征方法包括：采用本发明的二氧化钛表面包覆均匀性的表征方法，获得二氧化钛样品表面不同测量点的化学成分中同一包覆层化学元素含量的最大值和最小值之间的差值，在其他条件相同的情况下，所述差值越小，二氧化钛的分散性越好。本发明的方法具有简单实用、可操作性强、快速准确等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及二氧化钛表面包覆层性能的检测领域，具体的讲，涉及到一 种硫酸法和氯化法生产钛白粉过程中，钛白表面包覆均匀性和分散性的表征 方法。

背景技术

二氧化钛(俗称“钛白”)由于具有折射率高、消色力强、遮盖力大、白度 好等优点，广泛用于涂料、塑料、造纸以及油墨等领域。由于二氧化钛特别 是金红石型二氧化钛的光催化活性，在使用过程中会催化降解与之接触的有 机成分，使之产生失光、粉化脱落等现象，严重降低产品的各种性能和使用 寿命。因此，必须对二氧化钛进行表面处理，即在TiO₂粒子表面包覆一层光 化学惰性好的物质做屏障，从而降低TiO₂的光化学活性，随之提高耐候性、 分散性、光泽及遮盖力等性能。

在硫酸法金红石钛白粉生产和氯化法钛白生产中，都要对TiO₂进行表面 处理。表面处理分为无机包膜和有机包覆，在国内外商品钛白粉生产中，能 用于无机包膜的化学物质为铝、硅、锆等，在一般的包膜工艺中，先在TiO₂粒子表面包覆一层致密的SiO₂、ZrO₂以提高其耐候性和光泽，再包覆一层 Al₂O₃以提高其分散性和遮盖力等性能。

一般的，影响钛白粉耐候性、分散性（或称油分散性）、光泽等性能主要 为包膜层的致密性和均匀性，如SiO₂膜的致密性严重影响产品的耐候性。均 匀性即为包膜层在TiO₂表面分布的均匀性，若膜层在表面分布均匀，产品分 散性、耐候性较好，若膜层在表面分布不均匀，产品的分散性、耐候性将变 差。因此，检测钛白表面包覆均匀性对充分发挥钛白粉的应用性能非常重要， 而目前还未见其表征方法的报道，虽在钛白生产过程中，钛白分散性是常规 的检测指标，有固定的表征方法，但是分散性并不能直接反应钛白包覆的均 匀性。

因此，亟需一种简单实用、可操作性强、快速准确检测钛白表面包覆均 匀性的方法。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的之一在于解决上述现有技术 中存在的一个或多个问题。

本发明的目的之一在于提供一种能准确检测二氧化钛表面包覆均匀性的 方法，该方法通过利用扫描电镜所联用的X射线能谱仪检测钛白表面不同点 的化学成分的方法来判断其包覆的均匀性。

本发明的一方面提供了一种二氧化钛表面包覆均匀性的表征方法。所述 表征方法包括以下步骤：（1）获得待测二氧化钛样品表面多个不同测量点的 化学成分；（2）分析并得到所述多个不同测量点的化学成分中同一包覆层化 学元素含量的最大值和最小值之间的差值，所述差值越小，二氧化钛表面包 覆均匀性越好。

本发明的另一方面提供了一种二氧化钛分散性的表征方法。所述分散性 表征方法包括：采用本发明的二氧化钛表面包覆均匀性的表征方法，获得二 氧化钛样品表面不同测量点的化学成分中同一包覆层化学元素含量的最大值 和最小值之间的差值，在其他条件相同的情况下，所述差值越小，二氧化钛 的分散性越好。

与现有技术相比，本发明具有简单实用、可操作性强、快速准确等优点。

附图说明

通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变 得更加清楚，其中：

图1是本发明二氧化钛表面包覆均匀性的表征方法示例1中1#样品的扫 描电镜低倍形貌图，其中，图上标示了测量点的位置分布。

图2是本发明二氧化钛表面包覆均匀性的表征方法示例2中2#样品的扫 描电镜低倍形貌图，其中，图上标示了测量点的位置分布。

图3是本发明二氧化钛表面包覆均匀性的表征方法示例3中3#样品的扫 描电镜低倍形貌图，其中，图上标示了测量点的位置分布。

图4是本发明二氧化钛表面包覆均匀性的表征方法示例4中4#样品的扫 描电镜低倍形貌图，其中，图上标示了测量点的位置分布。

具体实施方式

在下文中，将结合附图和示例性实施例详细地描述根据本发明的二氧化 钛表面包覆均匀性及分散性的表征方法。

根据本发明一方面的二氧化钛表面包覆均匀性的表征方法包括以下步 骤：（1）获得待测二氧化钛样品表面多个不同测量点的化学成分；（2）分析 并得到所述多个不同测量点的化学成分中同一包覆层化学元素含量的最大值 和最小值之间的差值，所述差值越小，二氧化钛表面包覆均匀性越好。

在一个示例性实施例中，所述待测二氧化钛样品表面包覆有Al₂O₃、SiO₂、 ZrO₂中的一种或多种膜层。

在另一个示例性实施例中，所述步骤（1）包括：将待测二氧化钛样品放 入扫描电镜样品室内，拍摄低倍数下样品形貌，并同时采用X射线能谱仪对 多个测量点进行扫描，得到不同测量点的化学成分。其中，所述扫描电镜可 以为场发射扫描电镜或钨丝扫描电镜。当然，本发明获得待测二氧化钛样品 表面多个不同测量点的化学成分的方法不限于此，例如，还可以采用能够检 测出钛白表面包覆层中Al、Si、Zr等元素的X射线光电子能谱（XPS）等。

优选地，待测二氧化钛样品的质量为0.1～1g，且经过干燥处理，例如， 在100℃下干燥2～10h。控制待检测钛白的质量为0.1～1g，若质量太少，影响 检测数据精度，若质量太多，样品将超过装样台，无法测试。控制检测钛白 在105℃下干燥2～10h，若干燥时间太短，样品中含有较多水分，影响检测数 据精度，如干燥时间太长，浪费能源。

优选地，所述拍摄样品形貌和对多个测量点进行扫描时扫描电镜的放大 倍数为500倍至1000倍。若放大倍数太小，扫描时无法清楚的选择扫描点（测 量点），若放大倍数太大，扫描选取的点仅在很小的区域进行，得到扫描结果 无代表性。

优选地，所述测量点的数量至少为5个。如扫描点太少，扫描结果无代 表性；当然扫描点的数量并不是越多越好，随着测量点数量的增多，虽扫描 结果准确性增强，但浪费时间，浪费能源，工作效率低下。

本发明的另一方面提供了一种二氧化钛分散性的表征方法。所述分散性 表征方法包括：采用上述二氧化钛表面包覆均匀性的表征方法，获得二氧化 钛样品表面不同测量点的化学成分中同一包覆层化学元素含量的最大值和最 小值之间的差值，在其他条件相同的情况下，所述差值越小，二氧化钛的分 散性越好。

以下，本发明的二氧化钛表面包覆均匀性的表征方法的一个示例性实施 例可以根据以下步骤来实现。

A、开启扫描电镜及联用的X射线能谱仪。其中，扫描电镜类型为场发 射扫描电镜、钨丝扫描电镜中的一种。

B、取一定量的包覆好的钛白成品放入扫描电镜样品室内。其中，检测所 需钛白样品质量为0.1～1g，并且待检测钛白在105±5℃下干燥2～10h。

C、拍摄低倍数下样品形貌，并点扫描，得到不同扫描点的化学成分。其 中，拍摄低倍形貌并进行测量点扫描时电镜放大倍数为500倍、1000倍中的 一种。扫描点的数量为至少为5个。

D、将不同扫描点以元素单质的形式表示的化学成分，根据质量守恒的 原理，转化为以氧化物的形式表示，分析不同点的包覆层化学成分最大值和 最小值的差值，差值越小，包覆越均匀。

需要说明的是，在上述实施例中，是先将包覆层的化学元素从单质形式 转化为氧化物形式后再作差值处理，但本发明不限于此，还可以先作差值处 理后再根据质量守恒定律进行单质形式到氧化物形式的转化，上述两种方式 计算的方式不同，但两种方式得到差值的大小是一样的；当然，在本发明中 甚至可以不转化，这是因为，转化与否只影响差值的大小，而不影响用差值 表征样品包覆均匀性的规律。

为了更好地理解本发明的上述示例性实施例，下面结合具体示例对其进 行进一步说明。以下，所涉及各成分百分比均指重量百分比，下文中将不再 赘述。

在下面的示例中，用本发明方法检测4个包覆好的钛白样品的表面包覆 均匀性，样品编号分别为1#、2#、3#、4#。样品包覆类型及处理工艺如表1 示。

表1样品包覆类型及处理工艺

样品编号 包覆种类 方法 1# 锆、铝 硫酸法 2# 锆、铝 硫酸法 3# 铝 硫酸法

4# 硅、铝 氯化法

需要说明的是，目前国内商品钛白样品中ZrO₂含量较低，在1#、2#样品 中其含量为0.35～0.45%，扫描时基本不能被识别，但由于其含量很低，对钛 白表面均匀性的和分散性的检测结果的影响可以忽略。

示例1

称量0.1g1#样品经过105℃下干燥5h，同时开启场发射扫描电镜及能谱 仪预热30min后，将样品装入扫描电镜样品室进行测试，拍摄1000倍下形貌， 并选取5个点进行点扫描，将不同点中Al元素含量按照质量守恒的原理，转 化为Al₂O₃量，1#样品的扫描电镜（SEM）低倍形貌图和各个扫描点的成分 如图1和表2所示，分析表2中Al₂O₃量最大值和最小值之间的差值，分析 得知，差值为2.36%-1.53%=0.83%。另外，通过现有技术的方法检测得到1# 样品的油分散性为6.25(HG)。

表21#样品点扫描化学成分/%

测量点 O Al Ti Al₂O₃1 62.12 0.89 36.99 1.68 2 62.93 1.10 35.41 2.08 3 62.42 1.25 36.33 2.36 4 57.70 0.89 41.42 1.68 5 65.55 0.81 33.64 1.53

示例2

称量0.15g2#样品经过105℃下干燥2h，同时开启场发射扫描电镜及能 谱仪预热30min后，将样品装入扫描电镜样品室进行测试，拍摄1000倍下形 貌，并选取5个点进行点扫描，将不同点中Al元素含量按照质量守恒的原理， 转化为Al₂O₃量，2#样品的扫描电镜（SEM）低倍形貌图和各个扫描点的成 分如图2和表3所示，分析表3中Al₂O₃量最大值和最小值之间的差值，分 析得知，差值为4.00%-2.47%=1.53%。另外，通过现有技术的方法检测得到 2#样品的油分散性为5.75(HG)。

表32#样品点扫描化学成分/%

测量点 O Al Ti Al₂O₃1 56.71 1.31 41.98 2.47 2 60.62 1.52 37.86 2.87

3 47.72 1.97 50.31 3.72 4 58.99 1.54 39.48 2.91 5 57.35 2.12 40.53 4.00

示例3

称量1g3#样品经过105℃下干燥10h，同时开启钨丝扫描电镜及能谱仪 预热30min后，将样品装入扫描电镜样品室进行测试，拍摄500倍下形貌， 并选取6个点进行点扫描，将不同点中Al元素含量按照质量守恒的原理，转 化为Al₂O₃量，3#样品的扫描电镜（SEM）低倍形貌图和各个扫描点的成分 如图3和表4所示，分析表4中Al₂O₃量最大值和最小值之间的差值，分析 得知，差值为3.00%-2.44%=0.56%。另外，通过现有技术的方法检测得到3# 样品的油分散性为6.5(HG)。

表43#样品点扫描化学成分/%

编号 O Al Ti Al₂O₃1 49.03 1.52 47.86 2.87 2 53.25 1.38 45.37 2.61 3 53.30 1.59 45.11 3.00 4 51.07 1.35 47.58 2.55 5 53.90 1.29 44.81 2.44

示例4

称量0.5g4#样品经过105℃下干燥3h，同时开启场发射扫描电镜及能谱 仪预热30min后，将样品装入扫描电镜样品室进行测试，拍摄1000倍下形貌， 并选取5个点进行点扫描，将不同点中Si、Al元素含量按照质量守恒的原理， 转化为SiO₂和Al₂O₃量，4#样品的扫描电镜（SEM）低倍形貌图和各个扫描 点的成分如图4和表5所示，分析表5中SiO₂和Al₂O₃量最大值和最小值之 间的差值，分析得知，差值分别为3.27%-2.80%=0.47%，2.83%-2.41%=0.42%。 另外，通过现有技术的方法检测得到1#样品的油分散性为6.5(HG)。

表54#样品点扫描化学成分/%

编号 O Si Al Ti SiO₂Al₂O₃1 54.83 1.47 1.44 42.26 3.15 2.72 2 53.60 1.31 1.36 43.73 2.80 2.57

3 53.68 1.53 1.28 43.52 3.27 2.41 4 48.12 1.46 1.50 48.93 3.12 2.83 5 54.65 1.36 1.36 42.63 2.92 2.56

可以看出，通过本发明表征检测二氧化钛表面包覆均匀性后，若样品不 同扫描点最大值和最小值之间差值小于1.0%，其他条件相同的情况下，样品 的性能指标，特别是分散性明显较好，若差值大于1.0%，样品的分散性较差。

综上所述，本发明通过扫描电镜所联用能谱仪扫描样品不同点的化学成 分，并分析化学成分最大值和最小值之间的差值的方法，来表征二氧化钛表 面包覆的均匀性。本发明具有简单实用、可操作性强、快速准确，可较好的 指导生产和钛白应用。

尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人 员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明 的示例性实施例进行各种修改和改变。