高能预警
钛白粉是性能较好、应用领域较广的白色颜料，在涂料、塑料、装饰纸、油墨和着色橡胶等制品中有着广泛应用，钛白粉主要由晶相二氧化钛（TiO2，金红石和锐钛矿型）颗粒组成，由于其颗粒微细（~nm），表面活性高，所以团聚现象十分严重，导致它的颜料性能不能有效发挥，使用效率降低，从而加大了钛白粉生产和应用中存在的资源、环境与成本价格等制约问题。
通过制备与钛白粉性能相似的复合颜料，并在制品中填充应用是缓解上述制约问题的有效措施，其中，以特定的白色矿物为基体，通过在其表面包覆TiO2制备矿物-TiO2复合颜料具有良好的发展前景，同时还有利于非金属矿物资源的高效利用。按照这一目标，采用钛盐（TiOSO4等）水解包覆方法制备了高岭土、重晶石和云母表面包覆TiO2复合颗粒，采用液相机械力化学法制备了煅烧高岭土、重晶石、绢云母和白炭黑包覆TiO2复合颜料。
但上述这些矿物基体的折射率均较低，所以对形成复合颜料的协同作用不强。
硅灰石是结构式为Ca3[Si3O9]或CaSiO3的一种偏硅酸盐矿物，其资源丰富，性能优良，应用领域广泛。硅灰石的折光指数（1.63）高于许多白色矿物，表面易生成OH-等活性基团，这些特征都有助于在制备以硅灰石为基体，通过表面包覆TiO2的复合颜料中形成协同效应。本实验采用液相机械力研磨方式，通过硅灰石与TiO2湿法共混研磨手段实现TiO2颗粒在硅灰石表面的包覆，对所制备的硅灰石-TiO2复合颜料的性能、微观结构进行表征，对制备过程主要影响因素进行试验研究。
实验方法
1.硅灰石-TiO2复合颜料的制备：
将预先研磨的硅灰石基体与预先分散的TiO2悬浮体均混，然后置于GSDM-S3型超细搅拌磨中研磨制得复合物浆料，复合物浆料脱水、干燥、打散即制得硅灰石-TiO2复合颜料，其工艺流程见图1。
硅灰石-TiO2共研磨的目的是：
(1)使硅灰石和TiO2颗粒得到分散和表面活化，进而促进二者在水介质中的水化及羟基化等反应；
(2)通过研磨过程输入较高能量，提高硅灰石与TiO2颗粒间的碰撞几率，克服二者排斥作用的能垒以接近到颗粒表面官能团相互作用的范围，促进硅灰石与TiO2颗粒间实现牢固结合。
2、硅灰石-TiO2复合颜料颗粒结构与性能表征：
硅灰石-TiO2复合颜料的性能通过测试吸油量、遮盖力进行表征，其中，吸油量按国家标准GB/T.15-（颜料和体质颜料通用试验方法第15部分：吸油量的测定）进行测定；遮盖力按国家行业标准HG/T-6（颜料遮盖力测定法）进行测定。相对遮盖力（E）是指硅灰石-TiO2复合颜料遮盖能力相对于TiO2遮盖能力的比例，按下式求出：
E=HT/HCT＊%
式中：HCT和HT分别是硅灰石-TiO2复合颜料和纯TiO2颜料的遮盖力，即颜料完全遮盖住单位面积底板所用的最小量，g/m2。显然，E值与复合颗粒中TiO2比例（E0，%）之差（ΔE=E-E0）可表示TiO2通过复合使遮盖力在其自身比例基础上的提升，从而反映颗粒复合的贡献。
结果与讨论
1硅灰石-TiO2复合颜料制备过程各因素的影响
1.1硅灰石基体研磨时间的影响：
硅灰石系硅酸盐类矿物，链状结构，主要解理面（平行()面，沿纵向表面）上为Si-O断键，因平衡该断键，硅灰石在水介质中易发生表面水解羟基化现象而产生一定数量的Si-OH活性基团，这些羟基基团即可成为与TiO2表面羟基通过氢键，或彼此脱羟缩合作用实现牢固结合的基础。对硅灰石矿物进行预先研磨，不仅能使所制备的复合颗粒材料满足在应用时的粒度要求，也可使基体颗粒表面产生一定程度的活性以促进其与TiO2的复合反应。
硅灰石不同研磨时间产物的粒度（D50和D90）及对以研磨产物为基体所制备硅灰石-TiO2复合颜料（TiO2比例40%）性能的影响，见图2。
从图2可看出，硅灰石研磨30min，其粒度迅速下降，研磨时间再增加，D90小幅下降，D50保持不变。随硅灰石研磨时间增加，硅灰石-TiO2复合颜料吸油量持续增大，至研磨90min时平稳；复合颜料遮盖力呈先减小后增大现象。结果说明硅灰石基体适度研磨有利于提高颜料性能，以预先研磨30min为最佳。
1.2复合体系pH值的影响：
复合体系pH值对硅灰石-TiO2复合颜料（TiO2比例40%）性能的影响，见图3。由图3可看出，pH值由6增大至7，复合颜料遮盖力和吸油量值均呈现下降趋势，当pH值再逐渐增大至9时，遮盖力和吸油量均又显著提高，然后趋于平稳。显然，pH值为7时复合颜料性能最佳。硅灰石和TiO2颗粒分别在不同pH值的水介质中表面电动电位（ζ电位）值，见图4。从图4可看出，二者在pH值4~8.5范围呈电荷相反状态，即TiO2荷负电，硅灰石荷正电，并在pH值为7时二者ζ电位差最大。根据水介质中颗粒表面双电层作用力计算公式，可得出在pH值为7条件下硅灰石和TiO2颗粒间吸引作用最强，显然这可促进二者的相互接触，有利于包覆复合，这可很好地解释pH值为7时复合颜料性能最好的现象（图3）。当pH值大于8时，二者表面电位均为负值，颗粒间的双电层作用力呈现相互排斥作用，所以复合效果变差，与图3结果一致。
1.3复合过程机械力的影响：
制备硅灰石-TiO2复合颜料过程反映机械力因素的搅拌磨转速和球料比对复合颗粒产物（TiO2比例40%）颜料性能的影响，见图5。
从图5可看出，随搅拌磨转速增加，所得复合颜料的遮盖力先增大后减小，吸油量值逐渐增大；随球料比提高，复合颜料吸油量先增大后降低，其中在球料比为5:1时达最高值，说明复合效果差。复合产物遮盖力则随球料比从0至4.5:1范围增加而显著降低，球料比超过4.5:1，遮盖力小幅增加后又降低。
由于球料比4.5:1条件下复合颜料遮盖力值最小，吸油量也保持较低值，所以认为该条件的复合效果为最佳。同时也说明，在湿法机械研磨制备硅灰石-TiO2复合颜料过程中，球料比应保持合理值。由此可总结出，在湿法机械研磨制备硅灰石-TiO2复合颜料工艺中，研磨过程所传递的机械力对复合过程具有重要影响，以保持适度为佳。
2硅灰石-TiO2复合颜料的性能与结构
2.1不同比例TiO2复合颜料性能：
采用湿法机械研磨方法所制备的硅灰石与不同比例TiO2复合颜料的主要颜料性能，见表1。包括吸油量、白度和遮盖力、相对遮盖力（E）及提升比例（ΔE）。为了对比和评价，将硅灰石和TiO2原料（钛白粉）的指标也一并列入。
结果显示，硅灰石原料（TiO2复合比例0%）的遮盖力值高达.65g/m2，说明基本没有遮盖能力，而硅灰石与TiO2各比例复合产物遮盖力大多小于20g/m2，并与TiO2接近，这说明复合颗粒呈现TiO2性质，而硅灰石的性质被弱化，推测应为TiO2在硅灰石表面包覆所致。结果还显示，随TiO2比例的增加，硅灰石-TiO2复合颗粒的遮盖力值逐渐降低，表明遮盖性能逐渐提高，其中TiO2复合量45%时，遮盖力值为17.97g/m2，相对遮盖力（E）为81.08%，相比于所含TiO2按自身比例的贡献值提升（ΔE）36.08%；硅灰石-TiO2复合颜料的吸油量在TiO2复合量35%至45%较低，在30%和50%条件下较高，显然，TiO2含量45%较适宜。
2.2复合颜料形貌与结构：
硅灰石原料、TiO2原料和硅灰石-TiO2复合颜料（TiO2比例50%）的SEM照片见图6。从图6可看出，硅灰石颗粒呈棒状，解理完整，表面光滑平整；TiO2颗粒呈块状，粒度大小均匀，约0.3μm，分散良好。硅灰石与TiO2复合后，表面出现均匀包覆的细小颗粒物（图6c），这使得硅灰石光滑的表面变得粗糙，显然，这是TiO2颗粒在硅灰石表面包覆所造成。由于TiO2颗粒的包覆完整，所以推断硅灰石-TiO2复合颜料应呈现出TiO2性质，即具有和TiO2相似的颜料性能，与表1硅灰石-TiO2复合颜料性能指标一致。
结论
1.采用水介质中湿法超细研磨方式制备了硅灰石-TiO2复合颜料，其性能与钛白粉相当，TiO2比例45%的复合颜料遮盖力为17.97g/m2，比TiO2按自身比例的贡献值提升36.08%。硅灰石-TiO2复合颜料的颗粒以TiO2颗粒均匀包覆在硅灰石表面为特征所形成。
2.硅灰石-TiO2颗粒复合过程中，硅灰石基体研磨时间、复合体系pH值和研磨机械力是影响硅灰石与TiO2颗粒复合及颜料性能的重要因素，其中，硅灰石基体研磨时间30min、pH值为7和搅拌磨转速0r/min、球料比4.5:1时，复合颜料性能最佳。
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