摘要：粉末涂料具有良好的環保特性和優異的涂裝效果。本文就如何選用適合粉末涂料用的鈦白粉顏料進行介紹，建議考慮鈦白粉的下列性質：（1）鈦白粉的種類；（2）鈦白粉的表面處理；（3）鈦白粉的粒徑分布；（4）鈦白粉的pH值；（5）鈦白粉的含水量。

關鍵詞：鈦白粉，粉末涂料，表面處理，粒徑分布

一、引言

隨著國內對環保力度的加大，涂料工業逐漸往高固含量涂料，水性涂料上發展。粉末涂料作為無溶劑型高固含量涂料的代表^[1]，其揮發性有機物 (volatile organic compounds即 VOC)排放量遠低于傳統的溶劑型涂料，部分產品已經做到了零VOC 排放；涂料利用率高，涂裝過程中產生固體廢棄物很少，能防止空氣污染及火災，是一種環境友好型涂料。

粉末涂料是由聚酯樹脂、聚氨酯、聚丙烯酸、環氧樹脂等聚合物與顏料、添加劑等均勻混合而成^[2]。粉末涂料施工簡便，一般只需要一道涂層即可達到使用要求，在涂裝工藝控制優良的情況下，漆膜基本不產生孔隙，有耐酸堿性，耐蝕性性能；粉末涂裝設備體積小，占地面積少，成套裝置綜合投資小于傳統溶劑型涂料；粉末涂料不是易燃品，在使用、貯存和運輸上更為安全方便、簡單經濟；過量噴涂的涂料粉末還可以回收再利用；粉末涂料由于上述等優點，自發明以來就受到了廣泛的關注。粉末涂料的涂裝工藝可分為粉末流化床涂裝法、靜電噴涂法、靜電振蕩法、電流化床法、低容量靜電云霧室法、粉末電泳法和火焰噴涂法等。靜電粉末噴涂法由于粉末利用率高、容易實現自動化、并且在工件尖端和粗糙面均能形成平滑的涂膜，目前應用最為廣泛。以粉體涂料涂裝為主的行業包括；家具制造業，家電廚具制造業，鋼管工業、汽車工業、農業機械工業，消防器材、電機工業及建筑工業等。

二、鈦白粉的性質

鈦白粉的主要成分為TiO₂，是目前應用效果最好的白色顏料^[3-7]。由于它有較高的折射率，偏折光線的能力較其它的白色顏料大，所以在涂料應用中有著較佳的遮蓋力。常見白色顏料的折射率見表1。以鈦白粉制備的涂料功能是覆蓋基材，美化基材，保護基材，避免光、熱及水汽影響而使基材生銹、腐蝕。總而言之，鈦白粉在工業界的基本效能就是“覆蓋-美化-保護”。

表1常見白色顏料的折射率

三、鈦白粉在粉末涂料中的重要作用

在粉末涂料的研發配方設計中，大都把樹脂和交聯劑的配合視為粉末涂料的主要性能發揮所必須考慮的方向；所以都致力于樹脂和交聯劑的開發。但這不表示鈦白粉就不那么重要，可以任意調整更換。

鈦白粉對粉末涂料的生產，涂裝及涂膜性質都有著影響。在生產過程中，鈦白粉分散性的好壞直接影響混合的效果，也影響在壓出加工生產中熱熔體的分散性及產能的高低。在涂膜加熱硬化過程中，鈦白粉的表面性質也會影響熱熔體的流動性，硬化速度及過度烘烤時產生的黃變性。在涂膜表現性上，鈦白粉更影響涂膜的遮蓋力、光澤性及耐候性。

所以在研制粉末涂料時，考慮如何選用合適的鈦白粉。選用鈦白粉時，建議考慮鈦白粉的下列性質：（1）鈦白粉的種類（2）鈦白粉的表面處理（3）鈦白粉的粒徑分布（4）鈦白粉的pH值（5）鈦白粉的含水量。

（1）鈦白粉的種類

商用鈦白粉可分為銳鈦型和金紅石型鈦白粉兩大類。二氧化鈦的晶體特性和物理常數見表2。由于化學結構的不同，雖同屬鈦白粉，但其表現性則有所不同。使用銳鈦型鈦白粉制成涂料，在日光下，容易產生粉化的現象。較用金紅石型鈦白粉則抗粉化性較優。所以在鈦白粉類別的選用上，建議用金紅石型鈦白粉。

表2 二氧化鈦的晶體特性和物理常數

（2）鈦白粉的表面處理

為了鈦白粉在不同粉末涂料體系下發揮特殊功能，必須在鈦白粉生產中進行不同的表面包覆處理。如為了表現分散性，光澤性用水合氧化鋁（氫氧化鋁）處理；為了增強耐候性而用水合二氧化硅、水合氧化鋯的表面處理。為了加強濕潤效果和生產的流動性，而用多元醇類，胺類或硅烷、硅醚類的有機表面處理。

鈦白粉的白度決定于鈦白粉中二氧化鈦含量的多少；表面處理劑的含量越多，鈦白粉中二氧化鈦含量就相對降低，因而影響鈦白粉的白度。所以希望粉末涂料涂膜時有較高白度，則選用表面處理劑含量較低的鈦白粉更適合。

涂膜光澤度除取決于樹脂及配方設計外，鈦白粉的表面包覆也扮演輔助的角色。氧化鋁的表面包覆處理有助于鈦白粉在樹脂體系中分散，因而強化鈦白粉在樹脂體系中的光學性質，如光澤度、遮蓋力等。而氧化鋁本身的結晶性也有助于光澤度的提升。若要設計半光或平光涂料，則可選擇表面有氧化硅處理的鈦白粉。一般市面上商用鈦白粉多具有氧化鋁和氧化硅的表面處理，根據光澤度的功能性有所謂的高光型鈦白粉, 有光澤型鈦白粉和平光型鈦白粉。

氧化硅的表面包覆處理有兩種方式。一種為疏松吸附式；處理后表面結構如絨毛狀松散，粉體粒徑較大，有效表面積增大，吸油量高。在功能表現上，因其結構寬松，避免過度的擁擠而產生空間效應, 有助于干膜遮蓋力提升。另一種屬于沉淀式的表面處理；此種方式是將氧化硅緊密地包裹在TiO₂顆粒外圍，猶如巧克力糖外的彩色糖衣。因其緊密結構減少TiO₂表面上活性鈦離子與外界環境高分子聚合物的結構，使其不致于黃變，褪色或粉化。所以鈦白粉又可依耐侯性的程度分為室外高耐候鈦白粉,及室內型鈦白粉，不用應用的鈦白粉包覆TEM圖如圖1。

圖1鈦白粉TEM圖

鈦白粉特性，雖可從表面包覆氧化物的處理來區分，但詳細的表面包覆化學及結構特性，則必須與相關的科學技術人員討論，才能進一步了解如何根據產品設計來選擇適當的鈦白粉。

（3）鈦白粉的粒徑分布

鈦白粉的粒徑大小，決定涂膜的色調。鈦白粉在制造時會為了要產生最佳的光學性能，常將粒徑控制在0.2微米附近，而粒徑分布曲線從 0.15 到 0.3 微米。粒徑愈小的鈦白粉，偏折藍光的程度愈大，所以涂膜會表現出“藍白” 的色相；若粒徑愈大則色相傾向“黃白”。粒徑與散色力如圖2。但有時鈦白粉粉末泛黃，則是因為在制造時純化過程未至理想，而有釩離子或鐵離子等顯色雜質殘留在在鈦白粉中。所以在粉末涂料生產時，若有特殊色相指定時，建議注意鈦白粉的粒徑大小及分布。除鈦白粉的分散性影響遮蓋外，鈦白粉的粒徑大小也影響遮蓋力，趨勢如圖3。

圖2粒徑與散色力

圖3粒徑與相對遮蓋力

（4）鈦白粉的pH值

鈦白粉的pH值，一般對水性涂料的影響比較顯著；因其會影響到系統分散劑，增粘劑的表現。在粉末涂料則依所選用樹脂中游離酸濃度或促進劑類別而必須考慮。一般酸催化過程，pH值偏高的鈦白粉會中和催化劑，使硬化不完全，涂膜硬度下降。pH值偏低的鈦白粉，會加速酸催化效果，使涂膜硬化過速，易造成涂膜表面缺陷。一般選用以pH值7-8較適合。

（5）鈦白粉的含水量

鈦白粉粉料多少都會吸附一些環境中的濕氣，而造成含水量的升高。而鈦白粉粉料含水量的提高會造成分散不良，流動性變差， 架橋堵塞輸送管道，涂膜表面則易造成褶皺，針孔、魚眼等缺陷。鈦白粉吸附濕氣的程度與表面處理劑濃度高低有關，一般而言，處理劑含量高的鈦白粉吸濕程度較高。所以在儲存物料時，最好能控制環境的溫度及濕度。建議倉庫溫度不超過27°C，相對濕度不超75%，為了避免發生“粉體塵爆”的危險，可加強通風設備的設施，保持空氣流通，降低室內粉塵濃度。建議粉體（包括鈦白粉，填充料等粉料）的含水量，以不超過0.5%為宜。

四、鈦白粉在粉末涂料適用性的評估方法

鈦白粉和其他原物料一樣、無法兼顧所有的設計要求特性。在某些特性上能充分表現，但在其他方面可能會有負面的效果, 所以在選擇鈦白粉時，必須考慮產品的特性。

在評價鈦白粉是否選用適當，常分為三大性質來對比：

（1）粉體性質包括：粉體的細度分布、粉體流動性、膠化活性。

（2）涂膜光學表現性包括：顏色、遮蓋力、光澤度( 20°,60°)、過度烘烤的黃變程度。

（3）涂膜機械性質包括：硬度測試、耐溶劑性測試、柔曲性測試、沖擊性測試。

五、結語

粉體涂料配方設計中，常根據不同的需求而調整。基本配方中常見的是樹脂、架橋劑、顏料、填充料和其他添加劑。鈦白粉在粉末涂料也是重要的組成部分。希望此篇的敘述，能給涂料、鈦白粉行業內提供另一個研發的角度。對鈦白粉的生產，鈦白粉新產品的開發，鈦白粉產品在粉末涂料中的應用具有參考意義。

參考文獻

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作者：楊振，昆明冶金研究院