钛白粉在化纤中的应用教材课件

钛白粉在化纤中的应用钛白粉在化纤中的应用n n一、化纤行业概述及发展趋势一、化纤行业概述及发展趋势n n二、化纤用钛白粉的质量需求二、化纤用钛白粉的质量需求n n三、化纤用钛白粉品牌三、化纤用钛白粉品牌n n四、化纤中钛白粉实际应用四、化纤中钛白粉实际应用n n五、国产钛白粉使用分析五、国产钛白粉使用分析n n六、纳米钛白粉在纤维中应用六、纳米钛白粉在纤维中应用一化纤行业概述及发展趋势一化纤行业概述及发展趋势n n（一）概述概述 化学纤维是用天然或合成高分子化合物经化学加工而制得的纤维。它分为两大类：1再生纤维 用天然高分子化合物为原料，经化学处理和机械加工而制得得纤维，如：粘胶纤维、醋酸纤维等。2合成纤维 用石油、天然气、煤等为原料，经一系列的化学反应，制成合成高分子化合物，再经加工而制得的纤维。目前世界上生产的合成纤维品种繁多，据统计有几十种，其中主要有：涤纶、锦纶、腈纶、丙纶等。合成纤维主要有:锦纶-聚酰胺6纤维-尼龙66 聚酰胺66纤维-尼龙6涤纶-聚酯纤维腈纶-聚丙烯腈纤维丙纶-聚丙烯纤维合成纤维的性能优异，强度高、耐磨、易洗快干、耐酸碱、防蛀等，用途广泛，原料来源丰富，生产又不受气候或土壤条件的影响，所以合成纤维工业自建立以来，得到了迅速的发展。（二）行业现状及发展趋势（二）行业现状及发展趋势1.国外现状 20世纪50年代合成纤维兴起，1950-1988年间，全球化纤产量增长了18倍，其中化学纤维由6.9万吨增至3000多万吨，化学纤维占全部纤维产量的55。n n从世界人均纤维消耗量看，1950年为3.75公斤，其中82为天然纤维。2000年达到9.0公斤，天然纤维占42，化学纤维占58。表1 近几年世界化纤产量 单位 万吨品种1998199920002001年均增长率01980100再生纤维素纤维278262279269.2-1.1-3.5合成纤维2840.92980.33191.83150.1+3.5-1.3 涤纶1653.91775.31907.11927.9+5.2+1.1 锦纶379.2380.0406.8367.5-1.05-9.3 腈纶265.6251.3267.0255.5-1.3-4.3 丙纶515.5544.4579.6566.4+3.2-2.3其它26.829.431.332.7+6.84.5化纤合计3119.03242.33470.83419.3+3.1-1.5 表2 世界主要化纤品种生产能力 单位 万吨品种200020012002年均增长率再生纤维素纤维262.0279.0269.01.3合成纤维3747395840363.8 涤纶2210234324164.5 锦纶542529517.3-2.4 腈纶330329322.3-1.2 丙纶632720735.17.8化纤合计4009423743053.6从世界主要化纤品种的地区分布看，亚洲占70，北美和西欧约个占13，其余地区约占4，化纤生产的重心已转移到亚洲，我国产量占世界产量的1/3。2.国内现状n n2003年我国纺织品和服装出口总值达804.84亿元,同比增长27.72%,占全国外贸出口总值的18.36%。n n据海关统计，2003年全国累计进口化学纤维184.66万吨,与上年同比增长4.35%。其中：合成纤维175.04万吨,与上年同比增长2.52%。粘胶纤维8.62万吨,与上年同比增长38.23%。表3 近几年我国化纤产量 单位 万吨品种19981999200020012002增长率0298增长率0201再生纤维素纤维47.547.256.460.8668.29.512.0合成纤维467.4553.2639.7764.3923.018.520.8 涤纶357.5448.3510.2628.8772.221.222.8 腈纶41.042.447.553.459.49.711.3 锦纶29.531.936.842.047.512.612.9 丙纶21.325.528.528.729.98.84.1 维纶1.82.52.83.13.215.8.4.8化纤合计514.9600.4694.2825.2991.217.820.1表4 近几年我国化纤分品种进口量 单位 万吨品种19981999200020012002年均增长率纤维素纤维6.86.8.6.86.96.80.0合成纤维152.1129.2154.0135.2165.32.1 涤纶99.883.8102.580.694.4-1.4 腈纶38.025.735.337.642.32.7 锦纶6.711.114.315.920.932.9 丙纶0.92.50.70.50.5-15.2其它6.66.15.45.77.22.2进口化纤总计158.9136.0160.8142.1172.12.0表观消费量673.8736.4855.0967.31163.314.6进口量占消费量23.618.518.814.714.8-12.3n n2002年我国涤纶约10万吨，粘胶纤维5.5万吨，锦纶3.7万吨，共计出口化纤不到24万吨，只占产量的2.4。n n品种多样，差别化、功能化产品日渐增多，如细旦、超细旦、高收缩、高强力、复合纺丝及产品、阳离子改性、抗菌、远红外、吸湿、抗紫外线、阻燃等。表5 近三年我国纤维加工量和化纤使用量 单位 万吨年份200020012002年均增长率纤维加工量12101420165016.8化纤使用量836976113916.7化纤占纤维加工量的69.168.869.03世界化纤品种发展的基本趋势n n产业用化学纤维将成为新的经济增长点和消费热点。n n在合成纤维中涤纶仍然是合成纤维的主体。n n高性能纤维的研制、开发和产业化将成为化学纤维的投资热点和竞争焦点。4化纤用钛白粉市场及发展趋势化纤用钛白粉市场及发展趋势n n钛白粉在化纤工业中主要用作消光剂，目前估计全世界的年消耗量在8万吨-10万吨左右，国内使用量约1万吨左右。表7世界纤维用钛白粉需求(KT)19951996199820002005聚 酯36.239.343.848.664.4尼 龙11.411.511.912.513.3腈 纶7.37.78.49.111.6粘 胶9.19.310.110.511.8丙 纶2.02.22.22.52.9总 量66.069.876.483.2104.0表8 中国纤维用钛白粉需求(KT)19951996199820002005聚 酯3.934.866.156.9611.66尼 龙0.650.70.820.881.18腈 纶0.630.740.910.971.57粘 胶0.770.881.11.171.76丙 纶0.020.020.020.020.03总 量67.291016.2占总量百分数910111216二化纤用钛白粉的质量需求化纤用钛白粉的质量需求1简述简述化学纤维由于分子排列整齐，纤维表面光滑，有一定的透明度，在光线照射下，反射光线很强，能产生极光，使纤维具有肉眼看起来不愉快的强烈光泽。n n由于钛白粉在所有的白色颜料中具有特殊的光学和物理性能，被认为是化学纤维最理想的消光材料，作为消光剂已广泛应用于化学纤维的生产中。2钛白粉的选择钛白粉的选择n n虽然金红石型钛白粉的折射率比锐钛型高，但金红石型粒子硬度大，容易磨损喷丝孔和切丝刀，因而在化学纤维中一般选择锐钛型钛白粉作为消光剂。表1白色颜料与化学纤维的折射率白色颜料折射率化学纤维折射率硫酸钡1.64醋酸纤维1.37氧化锌2.00粘胶纤维1.546氧化锑2.19酮氨纤维1.572硫化锌2.37尼纶-61.558锌钡白2.00尼纶-661.558二氧化钛（锐钛型）2.57聚酯纤维1.725二氧化钛（金红石型）2.71聚丙烯晴1.5153钛白粉的质量要求钛白粉的质量要求n n 化纤用钛白粉除具备白色颜料的基本性质外，对它的粒径、粒径分布、分散性、白度及杂质含量等还有一些特殊的要求。(1)粒径及粒径分布n n由于可见光波长为400-700nm，所以钛白粉粒径选择在0.15-0.35m范围时，在化学纤维中的消光效果最佳。n n 当粒径太大时（如大于0.5m以上），会降低钛白粉对短波光的散射能力，影响钛白粉在纤维中的消光效果。n n同时粒径大，会使过滤性能变差，容易堵塞喷丝板，对纺丝造成不利影响。当粒径太小时（如小于0.1m），发生光的衍射，光会从颗粒的周围通过，不发生反射，晶体颗粒会变为透明状态，钛白粉丧失消光能力。n n通常钛白粉的粒径控制在最佳消光尺寸（0.3m左右），要求90%以上钛白粉粒径应小于1m，最重要的是尽量不含有5m以上的粗粒子。（2）分散性分散性n n化纤用钛白粉要求在水中的分散性好，对于有些品种还需求在乙二醇、硫氰酸钠等溶液中有较好的分散性能，并不与这些化学物质起反应，n n在运输、贮存、使用时钛白粉要特别注意防潮湿，防酸碱，防止不必要电解质的混入。由于在储存、运输过程中，钛白粉受到堆压、受潮等因素影响，不可避免地会使部分颗粒絮凝在一起，因此在化学纤维工厂使用前，钛白粉必须进行分散处理。（3）纯度纯度n n 纤维用钛白粉不仅要求白度要好，更重要的是要求杂质含量要低，这样才能保证纤维的外观白度好、钛白粉的分散性好。（4）化学性质稳定化学性质稳定n n 在化学纤维中加入钛白粉，要求不与原液起反应，在使用时易分散，不凝聚、不堵塞和磨损管道、喷丝孔和切丝刀，消光后不影响纤维的强度和纺丝后加工。（5）化纤用钛白粉标准化纤用钛白粉标准n n目前国际标准中尚无化纤用钛白粉的标准，仅日本工业标准中收录有化学纤维用钛白粉标准，该标准中的指标可供我国相关行业借鉴。表2 日本工业标准 JIS K1409-1994化学纤维用钛白粉 项 目 品 质 项 目 品 质白度/%96以上钙/%0.01以下着色力容许极限与用户商定的标样相比50 粗粒子数（长径5m以上的数）10个以下水分/%0.5以下硫酸不溶物/%0.3以下二氧化钛含量/%98以上灼烧减量/%0.3以下pH值6.0-8.0筛余物（325目）/%0.03以下铁/%0.008以下水分散性/%90以上三化纤用钛白粉品牌三化纤用钛白粉品牌表4纤维级钛白粉主要的生产厂家公 司硫酸法年生产能力（T）钛乐赛公司（Tioxide）425,000萨奇宾公司 (Sachtleben)65,000康诺斯公司 (Kronos)140,000日本富士钛公司(Fuji Titan)15,000日本钛工业公司(Titan Kogyo)15,000表表5 不同牌号的二氧化钛适用不同的化纤产品不同牌号的二氧化钛适用不同的化纤产品国别厂商牌号比重TiO2%粒度()用途日本富士钛TA-100399802-03聚酯最好，其次粘胶丝，尼龙TA-200399802-03醋酸纤维，丙烯晴，人造丝TA300399802-03醋酸纤维，丙烯晴，粘胶，聚酯TA-210399802-03醋酸纤维，丙烯晴TA-500389402-03尼龙德国萨奇宾LW-S3998028聚酯最好，其次尼龙LW-S-U3998028聚酯最好，其次尼龙FF-S39-034丙烯晴FF-S-U-0539-029聚酯LOCR-S38-035尼龙LOCR-S-U 3996031尼龙、丙烯晴，聚酯，醋酸纤维、粘胶LOCR-S-M95031尼龙德国康诺斯10713898018聚丙烯酸纤维10743898018尼龙10753898018聚酯，醋酸纤维、聚烯烃10773898018聚酯、粘胶10803898018聚酯22203898018金红石型、聚烯烃23003898018金红石型、聚氨酯世界化学A-1503998合成纤维意大利蒙特蒂松A-35195合成纤维法国AT-33898AT-43796合成纤维AT-63898西德拜耳A-23999消光强度600，丙烯晴，聚酯，醋酸纤维A-N-23896消光强度600，聚酰胺，聚酯，晴纶A-SE-23893消光强度600，聚酰胺四化纤中应用：四化纤中应用：n n因此，消光剂用量不易过高，应视需要的消光程度而定，一般来说，钛白粉加入量在0.1-0.3%时为半消光，加入量为0.5-2.5%时为全消光。在钛白粉应用前，需先将钛白粉与其中的某一原料配成钛白粉悬浮液，使钛白粉充分分散均匀后加入纤维聚合物的反应体系。聚酯聚酯 首先在乙二醇中配制钛白粉浓度为65%的悬浮液，用研磨机研磨悬浮体，研磨时间为3-10小时。将研磨过的悬浮液加入乙二醇稀释至25%，后经沉降式高速离心机进行分离，3m以下的微粒子浆液送至配制槽，配制成浓度为20%的消光剂悬浮液，细度不合格的再加规定量的乙二醇继续研磨。对于间歇法缩聚，消光剂悬浮液可在缩聚时加入；对连续法缩聚，消光剂悬浮液在预缩聚前随同催化剂和稳定剂一起加入。聚酯典型的工艺流程：1-1-混合罐；混合罐；2-2-泵；泵；3-3-研磨机；研磨机；4-20%4-20%稀释中间罐；稀释中间罐；5-5-高速离高速离心机；心机；6-20%6-20%悬浮液；悬浮液；7-7-过滤；过滤；8-8-悬浮液贮罐悬浮液贮罐尼龙尼龙-6 在搅拌条件下，钛白粉与脱盐水通过研磨机研磨后配成均匀的悬浮液，经一定时间的沉降后，对悬浮液进行过滤，然后再加水和己内酰胺进行稀释，直至达到需要的浓度。在尼龙-6生产中，钛白粉是在己内酰胺中分散后参加聚合反应，在纺丝时分散到每根单丝中去。尼龙66在第一调配槽中调配成20%钛白粉悬浮液，调制过程中要不停搅拌，然后将其放入沉降槽中，使粒度较大的钛白粉沉降下来。再将沉降后的悬浮液在第二调配槽中配制成11%的悬浮液，经胶管蠕动泵输送到钛白粉贮槽中，不断搅拌，以备聚合使用。在尼龙-66生产中，钛白粉是在水中分散后在66盐后聚合过程中加入。尼龙钛白粉悬浮液配置典型的工艺流程1-混合罐；2-泵；3-研磨机；4、5-沉降分离罐；6-过滤；7-悬浮液贮罐1-1-混合罐；混合罐；2-2-泵；泵；3-3-研磨机；研磨机；4 4、5-5-沉降分离罐；沉降分离罐；6-6-过滤；过滤；7-7-悬浮液贮罐悬浮液贮罐腈纶腈纶 按照一定配比和加料顺序，将硫氰酸钠，有光原液（未加消光剂的原液）和钛白粉加入球磨机。球磨12小时后加入荧光增白剂，再球磨10分钟，用浆料输送泵，将浆料经过滤器输送到循环贮槽。在循环贮槽内搅拌器要求不断搅拌，以防钛白粉凝聚沉淀。在硫氰酸钠一步法腈纶生产过程中，钛白粉是在硫氰酸钠水溶液中分散后混入聚丙烯腈纺丝原液中，得到含有定量消光剂的均匀消光原液，从而纺的消光纤维。腈纶典型的工艺流程1-1-混合罐；混合罐；2-2-泵；泵；3-3-过滤；过滤；4 4贮罐贮罐n n粘胶纤维粘胶纤维 将钛白粉、水和六聚偏磷酸钠以一定的比例在高速混合器中制备浆料。浆料经彻底混合并通过胶体磨对大粒子钛白粉进行研磨，使钛白粉保持悬浮状态。消光粘胶丝的生产有两种工艺：n n（1）整体加入法：（2）纺前注射法：（1）整体加入法：将钛白粉配成悬浮液，在粘胶生产过程的黄化或溶解工序加入，直接借助于设备的搅拌，均匀分散于粘胶中（2）纺前注射法：借助于一套纺前注射装置，把配成悬浮液钛白粉在纺丝机前与粘胶均匀混合后注入纺丝机。粘胶典型的工艺流程1-1-混合罐；混合罐；2-2-泵；泵；3-3-研磨机；研磨机；4-4-沉降罐；沉降罐；5-5-调配罐；调配罐；6-6-过滤；过滤；7-7-悬浮液贮罐悬浮液贮罐五五.国产二氧化钛使用分析国产二氧化钛使用分析n n目前，国内聚酯生产装置使用的原料和辅料已基本自给，唯有消光剂二氧化钛几乎全部依赖进口。n n我国钛白粉工业与国外先进生产水平相比，存在生产技术落后、生产规模小、原料品位低和产品质量不稳定等问题。n n国内使用的纤维级钛白粉，主要依赖由日本和德国进口，每年钛白粉的进口量约在8000吨-10000吨。国产与进口二氧化钛质量对比项目国产进口外观白粉异物白粉水分%0340340.260.26纯度%98.298.299.199.1氧化亚铁%0.030.030.00040.0004筛残分%0.020.020.00460.0046发泡试验个14141 1凝聚粒子/个（5m）11116 6PH值6.86.87.37.3切片质量对比项目国产国产进口进口0.6530.6530.6520.652L值65.565.564.864.8B值5.55.55.65.6软化点/261.4261.4261.2261.2凝聚粒子个mg-1(10m)1.01.00 0=含量%0.270.270.310.31二甘醇含量%0.60.60.60.6羧基含量/molt-134343737铁含量/10-62.222.221.251.25灰分含量%0.480.480.50.5纺丝情况对比粒径分布/m进口国产0.850.8587.4087.4079.5479.541.801.8092.1692.1692.5392.533.103.1097.1997.1998.598.54.054.0598.9898.9899.7599.755 599.9999.9999.9999.99六、纳米钛白粉在纤维中应用n n 近十多年来最新崛起的纳米技术在纺织、化纤行业中有着广泛的应用前景，因为材料的粒径达到纳米级后，其物理、化学性能将有所变化，因而可以赋予纤维新的功能。n n将纳米微粒直接加入到纤维中去，采用性能不同的纳米微粒，可开发抗菌、阻燃、防紫外、远红外、负离子、抗静电、电磁屏蔽等各种功能性产品。n n抗菌除臭-纳米二氧化钛对绿脓杆菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等有强杀菌力，在试验中光催化抗菌剂可将细菌及其残骸一起杀灭、清除，同时还能将细菌分泌的毒素分解掉。n n抗紫外线-大气中的紫外线主要在300-400nm波段，太阳光对人体有害的紫外线也在此波段。纳米二氧化钛有在这个阶段吸收紫外光的特性，其对紫外线最大吸收率的粒径范围120-300nm。红外吸收-以纳米二氧化硅和纳米二氧化钛经适当配比制成的复合粉体作为纤维的添加剂，可制成满足国防工业要求的抗紫外线辐射、红外屏蔽纤维，高介电绝缘的功能纤维。纳米钛白粉的分散性问题依然是未来相当一段时间内急待解决的技术核心，这也是纳米钛白研究的关键技术之一，这也是保证化纤正常纺丝生产的关键。谢谢