摘要:鈦白粉是一種品質(zhì)優(yōu)良的白色粉末顏料 , 具有良好的光散射能力 , 因而白度好、著色力高、遮蓋力強(qiáng) , 同時(shí)具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性和較好的耐候性、無(wú)毒無(wú)味、對(duì)人體無(wú)刺激作用 , 廣泛應(yīng)用于涂料、塑料、造紙及油墨等工業(yè)領(lǐng)域。在溶劑型涂料中 , 鈦白粉作為白色的著色顏料 , 是涂料次要成膜物質(zhì) , 它不僅賦予被涂物體表面光亮潔白的色彩 , 而且對(duì)涂料的耐候性、抗粉化能力以及流變性起到一定的作用。鈦白粉的油分散性在溶劑性涂料和塑料方面都非常關(guān)注 , 它的優(yōu)劣會(huì)大大影響生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設(shè)備和產(chǎn)品質(zhì)量。以下從鈦白粉表面性質(zhì)出發(fā) , 結(jié)合溶劑型涂料的組成 , 探討鈦白粉在溶劑型涂料中的分散機(jī)理 , 并分析其影響因素 , 提出改進(jìn)措施。
關(guān)鍵字:鈦白粉 溶劑 涂料 樹(shù)脂 


1 　前言 

鈦白粉是一種品質(zhì)優(yōu)良的白色粉末顏料 , 具有良好的光散射能力 , 因而白度好、著色力高、遮蓋力強(qiáng) , 同時(shí)具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性和較好的耐候性、無(wú)毒無(wú)味、對(duì)人體無(wú)刺激作用 , 廣泛應(yīng)用于涂料、塑料、造紙及油墨等工業(yè)領(lǐng)域。在溶劑型涂料中 , 鈦白粉作為白色的著色顏料 , 是涂料次要成膜物質(zhì) , 它不僅賦予被涂物體表面光亮潔白的色彩 , 而且對(duì)涂料的耐候性、抗粉化能力以及流變性起到一定的作用。鈦白粉的油分散性在溶劑性涂料和塑料方面都非常關(guān)注 , 它的優(yōu)劣會(huì)大大影響生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設(shè)備和產(chǎn)品質(zhì)量。以下從鈦白粉表面性質(zhì)出發(fā) , 結(jié)合溶劑型涂料的組成 , 探討鈦白粉在溶劑型涂料中的分散機(jī)理 , 并分析其影響因素 , 提出改進(jìn)措施。這為改善鈦白粉在溶劑型涂料中的分散性提供理論依據(jù) , 有一定的參考意義。 

2 　鈦白粉表面性質(zhì) 

鈦白粉是一種既不溶于水 , 又不溶于油的無(wú)機(jī)化合物 , 但在水或油的介質(zhì)中能夠進(jìn)行分散。鈦白粉粒徑很小 , 有很高的比表面能 , 因而在單一的固相中呈現(xiàn)出極強(qiáng)的凝聚特性 , 來(lái)降低表面能 , 形成比較穩(wěn)定的亞態(tài)聚集粒子。研究表明 , 二氧化鈦表面吸附空氣中的水 , 會(huì)與水生成堿性的 “ 端 ” 氫氧基和酸性的 “ 橋 ” 氫氧基 , 從檢測(cè)出 Zeta 電位來(lái)分析 , 其表面電負(fù)性很強(qiáng) ( 銳鈦型鈦白粉 Zeta 電位大約是 -50mv) , 形成同一電荷的吸附層 , 有很強(qiáng)的吸附作用 , 鈦白粉在兩相中又表現(xiàn)出很強(qiáng)的高分散性和強(qiáng)烈的表面吸附作用。 

3 　鈦白粉在溶劑型涂料中的分散機(jī)理 

3 . 1 　溶劑型涂料的基本組成 

溶劑型涂料主要包括成膜基料油或者樹(shù)脂 , 分散介質(zhì)揮發(fā)性有機(jī)溶劑和顏料。其中成膜基料是涂料的主要成膜物質(zhì) , 而顏料是賦予物體著色和遮蓋的作用 , 屬于次要成膜物質(zhì)。分散介質(zhì)就是使成膜基料和顏料很好地分散 , 形成粘稠的液體。因此 , 鈦白粉在溶劑型涂料中的分散機(jī)理 , 就是討論鈦白粉在成膜基料和分散介質(zhì) ( 揮發(fā)性有機(jī)溶劑 ) 混合漆料中的潤(rùn)濕和分散過(guò)程。 3 . 2 　鈦白粉、樹(shù)脂和溶劑油之間的相互作用 溶劑油能夠?qū)��?shù)脂完全溶解 , 形成混合漆料 , 鈦白粉強(qiáng)烈的表面吸附作用 , 可以將樹(shù)脂和溶劑油所吸附。鈦白粉在涂料分散過(guò)程中 , 要求樹(shù)脂盡可能多地、牢固地吸附在鈦白粉的表面 , 而溶劑油盡可能不吸附上去 , 這樣有利于溶劑油對(duì)樹(shù)脂的溶解能力 , 提高樹(shù)脂的溶解度 , 同時(shí)和鈦白粉形成的涂料穩(wěn)定化程度高。因此 , 鈦白粉、樹(shù)脂和溶劑油之間相互影響 , 相互制約 , 任何一種組分的異常都會(huì) 影響整個(gè)體系的性能。 

3 . 3 　溶劑型涂料中鈦白粉的分散機(jī)理 

在溶劑型涂料中 , 溶劑油一般是非極性溶劑或者極性很弱的溶劑 , 電性很微弱 , 在鈦白粉表面形成的雙電層很薄弱 , 不足以對(duì)整個(gè)體系形成強(qiáng)烈的雙電層效應(yīng) , 來(lái)降低表面能 , 達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。在這種體系中 , 鈦白粉將聚合物樹(shù)脂所吸附 , 而聚合物又被溶劑油所溶劑化 , 因此 , 吸附的樹(shù)脂均帶有溶劑化長(zhǎng)鏈 , 這些溶劑化長(zhǎng)鏈在鈦白粉顆粒表面整齊排列 , 形成一定區(qū)域的屏蔽層。當(dāng)兩個(gè)被溶劑化長(zhǎng)鏈包裹的鈦白粉顆粒靠近時(shí) , 溶劑化長(zhǎng)鏈相互穿插 , 穿插的過(guò)程中 , 穿插區(qū)域的聚合物樹(shù)脂濃度升高 , 和鄰近區(qū)域形成滲壓差 , 由于滲壓差的作用 , 迫使溶劑油向壓差低的區(qū)域流出 , 迫使顆粒分開(kāi) , 達(dá)到鈦白粉在樹(shù)脂和溶劑油的混合漆料中分散的目的。 

因此 , 鈦白粉在溶劑型涂料中的分散機(jī)理可依據(jù)表面吸附屏蔽效應(yīng)來(lái)解釋。 

4 　影響鈦白粉分散的因素 

在溶劑型涂料中 , 當(dāng)樹(shù)脂和溶劑油確定后 , 鈦白粉在混合漆料中的分散及分散穩(wěn)定化程度決定于其本身的應(yīng)用性能和表面特性。

4 . 1 　鈦白粉平均粒徑和粒度分布 


鈦白粉平均粒徑和粒度分布是反映鈦白粉顏料性能和應(yīng)用性能的綜合性指標(biāo)。通過(guò)大量的試驗(yàn)表明 , 當(dāng)鈦白粉粒徑小于 200nm 的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)在 30 % 左右時(shí) , 檢測(cè) Zeta 電位大約在 -70mv ; 若質(zhì)量百分?jǐn)?shù)小于 20 % 時(shí) , Zeta 電位大約在 -40mv , 這說(shuō)明鈦白粉的粒徑情況嚴(yán)重影響其表面電性 , 從而影響表面吸附性能。但粒徑不能太小 , 否則會(huì)影響其它顏料性能 , 因此必須控制合適的粒度范圍 , 一般地控制粒度在 (0 . 15 ～ 0 . 3) μ m 。 

見(jiàn)表 1 鈦白粉平均粒徑和粒度分布對(duì)油分散性的影響。 

表 1 　平均粒徑和粒度分布對(duì)油分散性的影響 



表 1 對(duì)不同粒度分布的鈦白粉進(jìn)行了油分散性的試驗(yàn) , 發(fā)現(xiàn)平均粒徑和粒度分布的寬度 ( 質(zhì)量百分?jǐn)?shù)正態(tài)分布圖 ) 對(duì)鈦白粉油分散性影響很大。根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì) , 可以得出以下的結(jié)論 ; 當(dāng)鈦白粉粒度分布寬度在 0 . 1 以下時(shí) , 用刮板細(xì)度計(jì)進(jìn)行檢測(cè) , 細(xì)度在 (40 ～ 30) μ m , 當(dāng)峰寬在 0 . 2 時(shí) , 細(xì)度大約在 60 μ m , 若分布寬度大于 0 . 3 , 基本上該產(chǎn)品在溶劑型涂料中無(wú)法使用 , 必須采取處理措施。因此粒度分布要求盡可能地均勻 , 增大產(chǎn)品的研磨強(qiáng)度 , 減小分布寬度 , 提高油分散性。

4 . 2 　鈦白粉中可溶性物質(zhì) 

在鈦白粉中可溶性物質(zhì)含量的高低 , 也嚴(yán)重影響鈦白粉的應(yīng)用性能。鈦白粉在混合漆料分散體系中 , 可溶性鹽一般都是極性很強(qiáng)的無(wú)機(jī)離子 , 會(huì)使鈦白粉表面的電荷抵消一部分 , 但又不能形成強(qiáng)大的雙電層 , 反而削弱了鈦白粉表面的吸附作用 , 迫使樹(shù)脂不能夠牢固地吸附在鈦白粉顆粒表面 , 降低了分散穩(wěn)定化程度 , 導(dǎo)致鈦白粉在溶劑型涂料中返粗。另外 , 在一些絕緣性油漆涂料中 , 可溶性物質(zhì)的偏高 , 減小了體系的電阻率 , 降低被涂物體表面的絕緣性能 , 同時(shí)涂料的電化學(xué)特性明顯 , 降低了耐化學(xué)性和耐腐蝕性。見(jiàn)表 2 鈦白粉可溶性物質(zhì)對(duì)油分散性的影響。 

表 2 　鈦白粉可溶性物質(zhì)對(duì)油分散性的影響 



從表 2 的數(shù)據(jù)可以知道 , 水溶性物質(zhì)對(duì)產(chǎn)品的油分散性的確有一定的影響。根據(jù)鈦白粉產(chǎn)品質(zhì)量保證要求 , 必須控制可溶性物質(zhì)的含量小于 0 . 5 % , 因此 , 在鈦白粉凈化工藝中必須采用去離子水 , 進(jìn)行雜質(zhì)離子的清除。

4 . 3 　鈦白粉的吸油量 

實(shí)驗(yàn)表明 , 鈦白粉若有高的吸油量 , 則鈦白粉在溶劑油中肯定分散性差或者分散不穩(wěn)定 , 易于凝聚。高吸油量的鈦白粉在溶劑型涂料中 , 按照原有的配方進(jìn)行配比、研磨分散 , 一部分溶劑油被鈦白粉吸收 , 使溶解樹(shù)脂的油不足 , 樹(shù)脂溶劑化程度降低 , 影響鈦白粉對(duì)樹(shù)脂的吸附 , 導(dǎo)致分散性和分散 穩(wěn)定性降低。 

5 　提高鈦白粉在溶劑型涂料中分散性的途徑 

5 . 1 　嚴(yán)格控制其粒徑及粒度分布 

鈦白粉粒徑和粒度分布影響因素較為復(fù)雜 , 首先對(duì)水解工藝和技術(shù)進(jìn)行改進(jìn) , 保證生成的原級(jí)粒子均勻。其次是加強(qiáng)煅燒關(guān)鍵溫度點(diǎn)的控制 , 使二氧化鈦粒子均勻成長(zhǎng)。最后進(jìn)行產(chǎn)品的粉粹 , 目前鈦白粉企業(yè)的粉碎工藝 , 多數(shù)采用雷蒙系統(tǒng) , 也可使用效率高、分級(jí)效果好的氣流粉碎機(jī) , 進(jìn)一步對(duì)鈦白粉粒度進(jìn)行控制 , 穩(wěn)定表面特性。

5 . 2 　吸油量和水溶物的控制 

鈦白粉吸油量主要與煅燒過(guò)程中煅燒氛圍或煅燒高溫點(diǎn)溫度有關(guān) , 若控制不當(dāng) , 會(huì)造成鈦白粉顆粒晶格缺陷和粒子形狀不規(guī)則 , 因此 , 須控制合適的煅燒溫度 , 調(diào)節(jié)進(jìn)料量和窯體轉(zhuǎn)速的合理匹配 , 減少顆粒的晶格缺陷和粒子規(guī)則的幾何外形。

5 . 3 　表面處理 

對(duì)鈦白粉表面進(jìn)行處理或者添加一定的分散劑 , 這種分散劑能夠牢牢地吸附在鈦白粉表面 , 同時(shí)能夠提供樹(shù)脂溶劑化的長(zhǎng)鏈 , 這樣更有利于鈦白粉和樹(shù)脂的吸附 , 增大分散穩(wěn)定化程度。一般具有這種特性的分散劑組成比較復(fù)雜 , 大多數(shù)是多羧酸烷基銨鹽。 

目前 , 國(guó)內(nèi)多數(shù)廠家生產(chǎn)的是低檔次的銳鈦型產(chǎn)品 , 在溶劑型涂料中分散性一般都很差 , 因此在涂料行業(yè)中應(yīng)用逐漸被金紅石產(chǎn)品所替代。對(duì)于銳鈦型鈦白粉可通過(guò)表面處理來(lái)改變其表面特性 , 能夠在某種程度上與金紅石產(chǎn)品的油分散性相媲美 , 且價(jià)格低與金紅石產(chǎn)品有一定的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。國(guó)內(nèi)比較受青睞的表面處理劑有 : 有機(jī)硅、偶聯(lián)氮試劑或者一些多聚磷酸鹽等等 , 其中有機(jī)硅處理應(yīng)用較多 , 而且已經(jīng)在工業(yè)上取得成功。 

6 　結(jié)語(yǔ) 

從鈦白粉表面特性出發(fā) , 討論了鈦白粉在溶劑型涂料中的作用和分散機(jī)理 , 同時(shí)分析了影響鈦白粉在溶劑型涂料中分散性的因素 , 并提出尋求一種改善鈦白粉在溶劑型涂料中分散性的新途徑。