鈦白粉在化纖中的應用教材課件

鈦白粉在化纖中的應用一、化纖行業(yè)概述及發(fā)展趨勢二、化纖用鈦白粉的質(zhì)量需求三、化纖用鈦白粉品牌四、化纖中鈦白粉實際應用五、國產(chǎn)鈦白粉使用分析六、納米鈦白粉在纖維中應用

一．化纖行業(yè)概述及發(fā)展趨勢

（一）概述

化學纖維是用天然或合成高分子化合物經(jīng)化學加工而制得的纖維。它分為兩大類：

1．再生纖維

用天然高分子化合物為原料，經(jīng)化學處理和機械加工而制得得纖維，如：粘膠纖維、醋酸纖維等。2．合成纖維

用石油、天然氣、煤等為原料，經(jīng)一系列的化學反應，制成合成高分子化合物，再經(jīng)加工而制得的纖維。目前世界上生產(chǎn)的合成纖維品種繁多，據(jù)統(tǒng)計有幾十種，其中主要有：滌綸、錦綸、腈綸、丙綸等。

合成纖維主要有:錦綸---聚酰胺6纖維-尼龍66

聚酰胺66纖維-尼龍6滌綸---聚酯纖維腈綸---聚丙烯腈纖維丙綸---聚丙烯纖維合成纖維的性能優(yōu)異，強度高、耐磨、易洗快干、耐酸堿、防蛀等，用途廣泛，原料來源豐富，生產(chǎn)又不受氣候或土壤條件的影響，所以合成纖維工業(yè)自建立以來，得到了迅速的發(fā)展。（二）行業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1.國外現(xiàn)狀

20世紀50年代合成纖維興起，1950-1988年間，全球化纖產(chǎn)量增長了18倍，其中化學纖維由6.9萬噸增至3000多萬噸，化學纖維占全部纖維產(chǎn)量的55％。從世界人均纖維消耗量看，1950年為3.75公斤，其中82％為天然纖維。2000年達到9.0公斤，天然纖維占42％，化學纖維占58％。表1近幾年世界化纖產(chǎn)量單位萬噸品種1998199920002001年均增長率％01／9801／00再生纖維素纖維278262279269.2-1.1-3.5合成纖維2840.92980.33191.83150.1+3.5-1.3

滌綸1653.91775.31907.11927.9+5.2+1.1

錦綸379.2380.0406.8367.5-1.05-9.3

腈綸265.6251.3267.0255.5-1.3-4.3

丙綸＊515.5544.4579.6566.4+3.2-2.3其它26.829.431.332.7+6.84.5化纖合計3119.03242.33470.83419.3+3.1-1.5

表2世界主要化纖品種生產(chǎn)能力

單位

萬噸品種200020012002年均增長率％再生纖維素纖維262.0279.0269.01.3合成纖維3747395840363.8

滌綸2210234324164.5

錦綸542529517.3-2.4

腈綸330329322.3-1.2

丙綸632720735.17.8化纖合計4009423743053.6從世界主要化纖品種的地區(qū)分布看，亞洲占70％，北美和西歐約個占13％，其余地區(qū)約占4％，化纖生產(chǎn)的重心已轉移到亞洲，我國產(chǎn)量占世界產(chǎn)量的1/3。2.國內(nèi)現(xiàn)狀2003年我國紡織品和服裝出口總值達804.84億元,同比增長27.72%,占全國外貿(mào)出口總值的18.36%。據(jù)海關統(tǒng)計，2003年全國累計進口化學纖維184.66萬噸,與上年同比增長4.35%。其中：合成纖維175.04萬噸,與上年同比增長2.52%。粘膠纖維8.62萬噸,與上年同比增長38.23%。表3近幾年我國化纖產(chǎn)量

單位

萬噸品種19981999200020012002增長率02／98％增長率02／01％再生纖維素纖維47.547.256.460.8668.29.512.0合成纖維467.4553.2639.7764.3923.018.520.8

滌綸357.5448.3510.2628.8772.221.222.8

腈綸41.042.447.553.459.49.711.3

錦綸29.531.936.842.047.512.612.9

丙綸21.325.528.528.729.98.84.1

維綸1.82.52.83.13.215.8.4.8化纖合計514.9600.4694.2825.2991.217.820.1表4近幾年我國化纖分品種進口量

單位

萬噸品種19981999200020012002年均增長率％纖維素纖維6.86.8.6.86.96.80.0合成纖維152.1129.2154.0135.2165.32.1

滌綸99.883.8102.580.694..4-1.4

腈綸38.025.735.337.642.32.7

錦綸6.711.114.315.920.932.9

丙綸0.92.50.70.50.5-15.2其它6.66.15.45.77.22.2進口化纖總計158.9136.0160.8142.1172.12.0表觀消費量673.8736.4855.0967.31163.314.6進口量占消費量％23.618.518.814.714.8-12.32002年我國滌綸約10萬噸，粘膠纖維5.5萬噸，錦綸3.7萬噸，共計出口化纖不到24萬噸，只占產(chǎn)量的2.4％。品種多樣，差別化、功能化產(chǎn)品日漸增多，如細旦、超細旦、高收縮、高強力、復合紡絲及產(chǎn)品、陽離子改性、抗菌、遠紅外、吸濕、抗紫外線、阻燃等。表5近三年我國纖維加工量和化纖使用量

單位

萬噸年份200020012002年均增長率％纖維加工量12101420165016.8化纖使用量836976113916.7化纖占纖維加工量的％69.168.869.03．世界化纖品種發(fā)展的基本趨勢

產(chǎn)業(yè)用化學纖維將成為新的經(jīng)濟增長點和消費熱點。在合成纖維中滌綸仍然是合成纖維的主體。高性能纖維的研制、開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化將成為化學纖維的投資熱點和競爭焦點。4．化纖用鈦白粉市場及發(fā)展趨勢鈦白粉在化纖工業(yè)中主要用作消光劑，目前估計全世界的年消耗量在8萬噸-10萬噸左右，國內(nèi)使用量約1萬噸左右。表7世界纖維用鈦白粉需求(KT)

19951996199820002005聚酯36.239.343.848.664.4尼龍11.411.511.912.513.3腈綸7.37.78.49.111.6粘膠9.19.310.110.511.8丙綸2.02.22.22.52.9總量66.069.876.483.2104.0表8中國纖維用鈦白粉需求(KT)19951996199820002005聚酯3.934.866.156.9611.66尼龍0.650.70.820.881.18腈綸0.630.740.910.971.57粘膠0.770.881.11.171.76丙綸0.020.020.020.020.03總量67.291016.2占總量百分數(shù)910111216二．化纖用鈦白粉的質(zhì)量需求

1．簡述

化學纖維由于分子排列整齊，纖維表面光滑，有一定的透明度，在光線照射下，反射光線很強，能產(chǎn)生極光，使纖維具有肉眼看起來不愉快的強烈光澤。

由于鈦白粉在所有的白色顏料中具有特殊的光學和物理性能，被認為是化學纖維最理想的消光材料，作為消光劑已廣泛應用于化學纖維的生產(chǎn)中。2．鈦白粉的選擇雖然金紅石型鈦白粉的折射率比銳鈦型高，但金紅石型粒子硬度大，容易磨損噴絲孔和切絲刀，因而在化學纖維中一般選擇銳鈦型鈦白粉作為消光劑。

表1白色顏料與化學纖維的折射率白色顏料折射率化學纖維折射率硫酸鋇1.64醋酸纖維1.37氧化鋅2.00粘膠纖維1.546氧化銻2.19酮氨纖維1.572硫化鋅2.37尼綸-61.558鋅鋇白2.00尼綸-661.558二氧化鈦（銳鈦型）2.57聚酯纖維1.725二氧化鈦（金紅石型）2.71聚丙烯晴1.5153．鈦白粉的質(zhì)量要求

化纖用鈦白粉除具備白色顏料的基本性質(zhì)外，對它的粒徑、粒徑分布、分散性、白度及雜質(zhì)含量等還有一些特殊的要求。(1)粒徑及粒徑分布由于可見光波長為400-700nm，所以鈦白粉粒徑選擇在0.15-0.35μm范圍時，在化學纖維中的消光效果最佳。當粒徑太大時（如大于0.5μm以上），會降低鈦白粉對短波光的散射能力，影響鈦白粉在纖維中的消光效果。同時粒徑大，會使過濾性能變差，容易堵塞噴絲板，對紡絲造成不利影響。當粒徑太小時（如小于0.1μm），發(fā)生光的衍射，光會從顆粒的周圍通過，不發(fā)生反射，晶體顆粒會變?yōu)橥该鳡顟B(tài)，鈦白粉喪失消光能力。通常鈦白粉的粒徑控制在最佳消光尺寸（0.3μm左右），要求90%以上鈦白粉粒徑應小于1μm，最重要的是盡量不含有5μm以上的粗粒子。（2）分散性化纖用鈦白粉要求在水中的分散性好，對于有些品種還需求在乙二醇、硫氰酸鈉等溶液中有較好的分散性能，并不與這些化學物質(zhì)起反應，

在運輸、貯存、使用時鈦白粉要特別注意防潮濕，防酸堿，防止不必要電解質(zhì)的混入。由于在儲存、運輸過程中，鈦白粉受到堆壓、受潮等因素影響，不可避免地會使部分顆粒絮凝在一起，因此在化學纖維工廠使用前，鈦白粉必須進行分散處理。

（3）純度

纖維用鈦白粉不僅要求白度要好，更重要的是要求雜質(zhì)含量要低，這樣才能保證纖維的外觀白度好、鈦白粉的分散性好。（4）化學性質(zhì)穩(wěn)定

在化學纖維中加入鈦白粉，要求不與原液起反應，在使用時易分散，不凝聚、不堵塞和磨損管道、噴絲孔和切絲刀，消光后不影響纖維的強度和紡絲后加工。（5）化纖用鈦白粉標準目前國際標準中尚無化纖用鈦白粉的標準，僅日本工業(yè)標準中收錄有化學纖維用鈦白粉標準，該標準中的指標可供我國相關行業(yè)借鑒。表2日本工業(yè)標準

JISK1409-1994化學纖維用鈦白粉

項

目

品

質(zhì)

項

目

品

質(zhì)白度/%96以上鈣/%0.01以下著色力容許極限與用戶商定的標樣相比±50①

粗粒子數(shù)（長徑5μm以上的數(shù)）10個以下水分/%0.5以下硫酸不溶物/%0.3以下二氧化鈦含量/%98以上灼燒減量/%0.3以下pH值6.0-8.0篩余物（325目）/%0.03以下鐵/%0.008以下水分散性/%90以上三．化纖用鈦白粉品牌

表4纖維級鈦白粉主要的生產(chǎn)廠家公

司硫酸法年生產(chǎn)能力（T）鈦樂賽公司（Tioxide）425,000薩奇賓公司

(Sachtleben)65,000康諾斯公司

(Kronos)140,000日本富士鈦公司(FujiTitan)15,000日本鈦工業(yè)公司(TitanKogyo)15,000表5不同牌號的二氧化鈦適用不同的化纖產(chǎn)品

國別廠商牌號比重TiO2%粒度(μ)用途日本富士鈦TA-1003．9980．2-0．3聚酯最好，其次粘膠絲，尼龍TA-2003．9980．2-0．3醋酸纖維，丙烯晴，人造絲TA3003．9980．2-0．3醋酸纖維，丙烯晴，粘膠，聚酯TA-2103．9980．2-0．3醋酸纖維，丙烯晴TA-5003．8940．2-0．3尼龍德國薩奇賓LW-S3．9980．28聚酯最好，其次尼龍LW-S-U3．9980．28聚酯最好，其次尼龍FF-S3．9-0．34丙烯晴FF-S-U-053．9-0．29聚酯LOCR-S3．8-0．35尼龍LOCR-S-U3．9960．31尼龍、丙烯晴，聚酯，醋酸纖維、粘膠LOCR-S-M950．31尼龍德國康諾斯10713．8980．18聚丙烯酸纖維10743．8980．18尼龍10753．8980．18聚酯，醋酸纖維、聚烯烴10773．8980．18聚酯、粘膠10803．8980．18聚酯22203．8980．18金紅石型、聚烯烴23003．8980．18金紅石型、聚氨酯世界化學A-1503．998合成纖維意大利蒙特蒂松A-35195合成纖維法國AT-33．898AT-43．796合成纖維AT-63．898西德拜耳A-23．999消光強度600，丙烯晴，聚酯，醋酸纖維A-N-23．896消光強度600，聚酰胺，聚酯，晴綸A-SE-23．893消光強度600，聚酰胺四．化纖中應用：因此，消光劑用量不易過高，應視需要的消光程度而定，一般來說，鈦白粉加入量在0.1-0.3%時為半消光，加入量為0.5-2.5%時為全消光。

在鈦白粉應用前，需先將鈦白粉與其中的某一原料配成鈦白粉懸浮液，使鈦白粉充分分散均勻后加入纖維聚合物的反應體系。聚酯

首先在乙二醇中配制鈦白粉濃度為65%的懸浮液，用研磨機研磨懸浮體，研磨時間為3-10小時。將研磨過的懸浮液加入乙二醇稀釋至25%，后經(jīng)沉降式高速離心機進行分離，3μm以下的微粒子漿液送至配制槽，配制成濃度為20%的消光劑懸浮液，細度不合格的再加規(guī)定量的乙二醇繼續(xù)研磨。對于間歇法縮聚，消光劑懸浮液可在縮聚時加入；對連續(xù)法縮聚，消光劑懸浮液在預縮聚前隨同催化劑和穩(wěn)定劑一起加入。

聚酯典型的工藝流程：1-混合罐；2-泵；3-研磨機；4-20%稀釋中間罐；5-高速離心機；6-20%懸浮液；7-過濾；8-懸浮液貯罐尼龍-6

在攪拌條件下，鈦白粉與脫鹽水通過研磨機研磨后配成均勻的懸浮液，經(jīng)一定時間的沉降后，對懸浮液進行過濾，然后再加水和己內(nèi)酰胺進行稀釋，直至達到需要的濃度。

在尼龍-6生產(chǎn)中，鈦白粉是在己內(nèi)酰胺中分散后參加聚合反應，在紡絲時分散到每根單絲中去。尼龍66

在第一調(diào)配槽中調(diào)配成20%鈦白粉懸浮液，調(diào)制過程中要不停攪拌，然后將其放入沉降槽中，使粒度較大的鈦白粉沉降下來。再將沉降后的懸浮液在第二調(diào)配槽中配制成11%的懸浮液，經(jīng)膠管蠕動泵輸送到鈦白粉貯槽中，不斷攪拌，以備聚合使用。在尼龍-66生產(chǎn)中，鈦白粉是在水中分散后在66鹽后聚合過程中加入。

尼龍鈦白粉懸浮液配置典型的工藝流程

1-混合罐；2-泵；3-研磨機；4、5-沉降分離罐；6-過濾；7-懸浮液貯罐1-混合罐；2-泵；3-研磨機；4、5-沉降分離罐；6-過濾；7-懸浮液貯罐腈綸

按照一定配比和加料順序，將硫氰酸鈉，有光原液（未加消光劑的原液）和鈦白粉加入球磨機。球磨12小時后加入熒光增白劑，再球磨10分鐘，用漿料輸送泵，將漿料經(jīng)過濾器輸送到循環(huán)貯槽。在循環(huán)貯槽內(nèi)攪拌器要求不斷攪拌，以防鈦白粉凝聚沉淀。在硫氰酸鈉一步法腈綸生產(chǎn)過程中，鈦白粉是在硫氰酸鈉水溶液中分散后混入聚丙烯腈紡絲原液中，得到含有定量消光劑的均勻消光原液，從而紡的消光纖維。

腈綸典型的工藝流程1-混合罐；2-泵；3-過濾；4貯罐粘膠纖維將鈦白粉、水和六聚偏磷酸鈉以一定的比例在高速混合器中制備漿料。漿料經(jīng)徹底混合并通過膠體磨對大粒子鈦白粉進行研磨，使鈦白粉保持懸浮狀態(tài)。消光粘膠絲的生產(chǎn)有兩種工藝：（1）整體加入法：（2）紡前注射法：（1）整體加入法：將鈦白粉配成懸浮液，在粘膠生產(chǎn)過程的黃化或溶解工序加入，直接借助于設備的攪拌，均勻分散于粘膠中（2）紡前注射法：

借助于一套紡前注射裝置，把配成懸浮液鈦白粉在紡絲機前與粘膠均勻混合后注入紡絲機。粘膠典型的工藝流程1-混合罐；2-泵；3-研磨機；4-沉降罐；5-調(diào)配罐；6-過濾；7-懸浮液貯罐五.國產(chǎn)二氧化鈦使用分析目前，國內(nèi)聚酯生產(chǎn)裝置使用的原料和輔料已基本自給，唯有消光劑二氧化鈦幾乎全部依賴進口。我國鈦白粉工業(yè)與國外先進生產(chǎn)水平相比，存在生產(chǎn)技術落后、生產(chǎn)規(guī)模小、原料品位低和產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定等問題。國內(nèi)使用的纖維級鈦白粉，主要依賴由日本和德國進口，每年鈦白粉的進口量約在8000噸-10000噸。

國產(chǎn)與進口二氧化鈦質(zhì)量對比項目國產(chǎn)進口外觀白粉異物白粉水分%0340.26純度%98.299.1氧化亞鐵%0.030.0004篩殘分%0.020