摘要：粉末涂料具有良好的環(huán)保特性和優(yōu)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(jìn)行介紹，建議考慮鈦白粉的下列性質(zhì)：（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(guān)鍵詞：鈦白粉，粉末涂料，表面處理，粒徑分布

一、引言

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

粉末涂料是由聚酯樹脂、聚氨酯、聚丙烯酸、環(huán)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(dá)到使用要求，在涂裝工藝控制優(yōu)良的情況下，漆膜基本不產(chǎn)生孔隙，有耐酸堿性，耐蝕性性能；粉末涂裝設(shè)備體積小，占地面積少，成套裝置綜合投資小于傳統(tǒng)溶劑型涂料；粉末涂料不是易燃品，在使用、貯存和運(yùn)輸上更為安全方便、簡單經(jīng)濟(jì)；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(yōu)點，自發(fā)明以來就受到了廣泛的關(guān)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(xiàn)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(yīng)用最為廣泛。以粉體涂料涂裝為主的行業(yè)包括；家具制造業(yè)，家電廚具制造業(yè)，鋼管工業(yè)、汽車工業(yè)、農(nóng)業(yè)機(jī)械工業(yè)，消防器材、電機(jī)工業(yè)及建筑工業(yè)等。

二、鈦白粉的性質(zhì)

鈦白粉的主要成分為TiO₂，是目前應(yīng)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(yīng)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(hù)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(yè)界的基本效能就是“覆蓋-美化-保護(hù)”。

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

鈦白粉對粉末涂料的生產(chǎn)，涂裝及涂膜性質(zhì)都有著影響。在生產(chǎn)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(chǎn)中熱熔體的分散性及產(chǎn)能的高低。在涂膜加熱硬化過程中，鈦白粉的表面性質(zhì)也會影響熱熔體的流動性，硬化速度及過度烘烤時產(chǎn)生的黃變性。在涂膜表現(xiàn)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(zhì)：（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(shù)見表2。由于化學(xué)結(jié)構(gòu)的不同，雖同屬鈦白粉，但其表現(xiàn)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(chǎn)生粉化的現(xiàn)象。較用金紅石型鈦白粉則抗粉化性較優(yōu)。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(shù)

（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(fā)揮特殊功能，必須在鈦白粉生產(chǎn)中進(jìn)行不同的表面包覆處理。如為了表現(xiàn)分散性，光澤性用水合氧化鋁（氫氧化鋁）處理；為了增強(qiáng)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(qiáng)濕潤效果和生產(chǎn)的流動性，而用多元醇類，胺類或硅烷、硅醚類的有機(jī)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(shè)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(qiáng)化鈦白粉在樹脂體系中的光學(xué)性質(zhì)，如光澤度、遮蓋力等。而氧化鋁本身的結(jié)晶性也有助于光澤度的提升。若要設(shè)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(jù)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(jié)構(gòu)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(xiàn)上，因其結(jié)構(gòu)寬松，避免過度的擁擠而產(chǎn)生空間效應(yīng), 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(jié)構(gòu)減少TiO₂表面上活性鈦離子與外界環(huán)境高分子聚合物的結(jié)構(gòu)，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(nèi)型鈦白粉，不用應(yīng)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(qū)分，但詳細(xì)的表面包覆化學(xué)及結(jié)構(gòu)特性，則必須與相關(guān)的科學(xué)技術(shù)人員討論，才能進(jìn)一步了解如何根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計來選擇適當(dāng)?shù)拟伆追邸?/span>

（3）鈦白粉的粒徑分布

鈦白粉的粒徑大小，決定涂膜的色調(diào)。鈦白粉在制造時會為了要產(chǎn)生最佳的光學(xué)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(lán)光的程度愈大，所以涂膜會表現(xiàn)出“藍(lán)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(zhì)殘留在在鈦白粉中。所以在粉末涂料生產(chǎn)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(tǒng)分散劑，增粘劑的表現(xiàn)。在粉末涂料則依所選用樹脂中游離酸濃度或促進(jìn)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(huán)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(guān)，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(huán)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(fā)生“粉體塵爆”的危險，可加強(qiáng)通風(fēng)設(shè)備的設(shè)施，保持空氣流通，降低室內(nèi)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(shè)計要求特性。在某些特性上能充分表現(xiàn)，但在其他方面可能會有負(fù)面的效果, 所以在選擇鈦白粉時，必須考慮產(chǎn)品的特性。

在評價鈦白粉是否選用適當(dāng)，常分為三大性質(zhì)來對比：

（1）粉體性質(zhì)包括：粉體的細(xì)度分布、粉體流動性、膠化活性。

（2）涂膜光學(xué)表現(xiàn)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(jī)械性質(zhì)包括：硬度測試、耐溶劑性測試、柔曲性測試、沖擊性測試。

五、結(jié)語

粉體涂料配方設(shè)計中，常根據(jù)不同的需求而調(diào)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(yè)內(nèi)提供另一個研發(fā)的角度。對鈦白粉的生產(chǎn)，鈦白粉新產(chǎn)品的開發(fā)，鈦白粉產(chǎn)品在粉末涂料中的應(yīng)用具有參考意義。

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作者：楊振，昆明冶金研究院