Химическое модифицирование поверхности диоксида титана

Содержащиеся на поверхности диоксида титана гидроксильные группы могут иметь как кислотный, так и основной характер. Анатаз гидролизуется по схеме:

при этом его частицы заряжаются положительно.

Рутил гидролизуется по схеме:

а его частицы заряжаются отрицательно. В промышленных образцах рутила, прокаленного при 85O0C, всегда остается 3—5% (масс.) анатаза, поэтому на поверхности TiО2 могут одновременно адсорбироваться как кислоты и мыла, так и амины.

Модифицирование поверхности солями кремния, алюминия, цинка увеличивает гидрофильность поверхности, а модифицирование жирными кислотами, алифатическими аминами, солями четвертичных аммониевых оснований и особенно кремнийорганическими соединениями гидрофобизирует поверхность:

Подбирая для каждого вида пленкообразователя свои модификаторы, получают марки пигментного диоксида титана различного назначения. Так, для водоразбавляемых красок, предназначенных для наружных покрытий, рекомендуют рутил (Р-06), содержащий до 4,5% SiO2 и до 7,5% Аl2О3, а для внутренних работ— немодифицированный анатаз (A-I).

Для модифицирования высокодисперсного диоксида титана хлоридного производства гидрохимическая обработка растворами солей алюминия, кремния, цинка нецелесообразна. Для этого разработаны «сухие» методы: сжигание вместе с TiCl4 хлоридов алюминия и кремния либо чистых металлов или напыление модификаторов в вакууме.

По методу молекулярного наслоения гидратированная увлажненным воздухом поверхность диоксида титана последовательно обрабатывается парами модификаторов-хлоридов, которые вступают в реакцию с активными центрами поверхности; при этом выделяется HCl. При вторичной обработке влажным воздухом хлориды гидролизуются, и частицы TiO2 покрываются мономолекулярным слоем гидроксида металла модификатора, который при прокаливании при 800 0C превращается в оксидный слой, одновременно происходит обесхлоривание. За один цикл обработки наносится 0,1—3% модификатора, что достаточно для подавления фотоактивности. Повторяя циклы обработки, можно нарастить слой любой толщины.

Метод молекулярного наслоения может быть использован и для получения оболочковых («керновых») титановых пигментов, когда слой TiCI4 наносится на поверхность частиц наполнителей. При содержании диоксида титана на поверхности белой сажи 12 % (масс.) получается пигмент с укрывистостью 80 г/м2. Механическая смесь белой сажи и диоксида титана того же состава имеет укрывистость 160 г/м2,
т. е. расход TiO2 при использовании оболочкового пигмента можно снизить в 2 раза.