摘要：本文以下游應(yīng)用制品的性能要求，重點(diǎn)分析硅鋁鋯三元包膜鈦白粉如何從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)以及產(chǎn)品具有的特征來達(dá)到應(yīng)用性能要求的。同時(shí)，用試驗(yàn)數(shù)據(jù)比較目前國(guó)外鈦白粉在涂料中應(yīng)用情況,說明硅鋁鋯三元包膜鈦白粉完全可以替代進(jìn)口的高性能金紅石性鈦白粉。

關(guān)鍵詞：鈦白粉、應(yīng)用性能、涂料、氯化法

1. 涂料用鈦白粉的物化性能

鈦白粉是二氧化鈦的俗稱，分子式為TiO₂，具有穩(wěn)定的物理、化學(xué)性質(zhì)，優(yōu)良的光學(xué)、電學(xué)性質(zhì)，以及優(yōu)異的顏料性能，是目前用途最廣、應(yīng)用效果最好的白色顏料，有著白色顏料之王的美譽(yù)，被廣泛應(yīng)用于涂料領(lǐng)域^[1-4]。鈦白粉的應(yīng)用在涂料領(lǐng)域?qū)嵸|(zhì)是將二氧化鈦顏料粒子分散在特定的介質(zhì)中，然后發(fā)揮出二氧化鈦顏料性質(zhì)。涂料對(duì)鈦白粉性質(zhì)的要求主要有耐候性、遮蓋力、分散性、白度、光澤度等，為了進(jìn)一步提高鈦白粉應(yīng)用性能, 尤其是耐候性、分散性和光澤度, 還要對(duì)二氧化鈦粒子進(jìn)行表面改性處理，改變其表面的化學(xué)成分, 提高鈦白粉的應(yīng)用性能。^[5]

2.鈦白粉產(chǎn)品的表面改性處理

二氧化鈦具有光化學(xué)活性，在陽(yáng)光照射下容易粉化變色，為了提高其抗粉化性和保色性，改善其分散性，因此必須進(jìn)行表面改性處理。通過加入無機(jī)表面改性處理劑，來提高耐候性、保色性、分散性等。通過加入有機(jī)處理劑來提高潤(rùn)濕分散性。

2.1無機(jī)包膜的鈦白粉

為了容易分散，顏料表面要沉積上松軟的水合Al₂O₃粒子。這可使范德瓦爾斯力降低幾個(gè)數(shù)量級(jí)，結(jié)果降低了粒子間的吸引力。包膜的物質(zhì)和形態(tài)是非常重要的。雖然其它氧化物也能生成細(xì)粒子無機(jī)膜，但它不能象水合Al₂O₃那樣有助于分散。

如果要求耐候性，那么TiO₂粒子就要用一種不能滲透的氧化物膜包覆，以防油漆中可降解的有機(jī)基料與具有光化學(xué)活性的TiO₂表面之間接觸。包膜層的完整性越好，耐候性越高。包膜劑常常是SiO₂，雖然無定形的ZrO₂、SnO₂、P₂O₅等配套使用也具有良好的效能。為保持分散性，這種致密不滲透層必須在松散的氧化鋁層以下。換句話說，不管以何種組合方式，最外層都需要包覆一層水合Al₂O₃膜來改善在分散介質(zhì)中的分散性。

2.2有機(jī)包膜的鈦白粉

有機(jī)包膜主要是改進(jìn)鈦白在各種介質(zhì)中的分散性能，其機(jī)理是改變鈦白的表面性質(zhì)。有機(jī)處理劑和鈦白顆粒表面的連接主要有二種方式，一種是物理吸附，另一種方式是化學(xué)吸附，即它與鈦白表面的羥基反應(yīng)而連接起來，使鈦白粉變?yōu)樵魉H油。

3. 硅鋁鋯三元包膜國(guó)產(chǎn)氯化法金紅石型鈦白粉應(yīng)用性能測(cè)試及與國(guó)外同類產(chǎn)品性能比較

3.1耐光、耐候性測(cè)試

硅鋁鋯三元包膜型產(chǎn)品是一種用鋯、硅、鋁致密包膜的產(chǎn)品，其耐光、耐候性較好, 為了證實(shí)其耐光、耐候性, 進(jìn)行了氙燈老化試驗(yàn)。采用鈦白粉成品按一定配方制備成水性純丙乳液涂料，制備成濕膜厚度為100μm的樣板，自然晾干，采用分光色差儀進(jìn)行老化實(shí)驗(yàn)前后的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)試。氙燈老化實(shí)驗(yàn)條件：溫度：40℃；光照強(qiáng)度：300W/m²；濕度：60%；時(shí)間：100h。實(shí)驗(yàn)結(jié)果判定標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 1766-2008。測(cè)試結(jié)果見表1 ，耐候性判定結(jié)果見表2。

表1 耐候性檢測(cè)結(jié)果

Table 1 test results of weatherability

注：CR-101為硅鋁鋯三元包膜氯化法鈦白粉；R-960、R-902+、KR-2310、CR-828為進(jìn)口知名品牌鈦白粉。

通過對(duì)測(cè)試的5種牌號(hào)樣品進(jìn)行其總色差值ΔE*的分析，其值都小于1.5，變色程度無變化，評(píng)定為0級(jí)，按照GB/T 1766-2008 色漆和清漆 涂層老化的評(píng)級(jí)方法，作出以下分析如表2

表2 耐候性判定結(jié)果

Table 2 results of weather resistance

從表1、2可以看出硅鋁鋯三元包膜型氯化法金紅石型鈦白粉產(chǎn)品的耐候性與進(jìn)口知名鈦白粉R-960、R-902+、KR-2310、CR-828相當(dāng)。

3.2 分散性測(cè)試

硅鋁鋯三元包膜型產(chǎn)品經(jīng)過三羥甲基丙烷（TMP）有機(jī)表面處理的，其分散性較好，為進(jìn)一步證實(shí)其分散性能，進(jìn)行如下對(duì)比實(shí)驗(yàn)：（1）稱取等質(zhì)量的鈦白粉和丙烯酸樹脂；（2）用高速分散機(jī)在1500r/min分散20min；（3）用刮板細(xì)度計(jì)測(cè)定其分散細(xì)度。表3為幾種鈦白粉的分散性。

表3鈦白粉的分散性

Table 3 dispersion of titanium dioxide

從表3可以看出，硅鋁鋯三元包膜產(chǎn)品的分散性能較好，為50μm，與進(jìn)口知名鈦白粉對(duì)比，分散性比R-960、R-902+、KR-2310好，比CR-828的分散性略差。

3.3 遮蓋力對(duì)比

為進(jìn)一步證實(shí)其遮蓋力，進(jìn)行如下對(duì)比實(shí)驗(yàn)：（1）稱取等質(zhì)量的鈦白粉和丙烯酸樹脂；（2）用高速分散機(jī)在1500r/min分散20min；（3）制備成濕膜厚度為100μm的樣板，自然晾干，采用分光色差儀進(jìn)行遮蓋力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)試^[6]。表4為幾種鈦白粉的遮蓋力數(shù)據(jù)。

表4鈦白粉的遮蓋力數(shù)據(jù)

Table 4 hiding power of titanium dioxide

從表4可以看出，硅鋁鋯三元包膜產(chǎn)品的遮蓋力性能較好，為97.78%，與進(jìn)口知名鈦白粉R-960、R-902+、KR-2310、CR-828的遮蓋力相接近。

3.4 光澤度對(duì)比

物體的光澤度是指物質(zhì)對(duì)透射來的光線的反射能力，反射能力越強(qiáng)，光澤度越高。在實(shí)際生產(chǎn)中，鈦白粉顏料只是涂料組份中的一種，顏料本身無光澤，涂膜才有光澤，但顏料特征影響決定了涂膜的光澤度。

表5鈦白粉在漆膜中光澤度數(shù)據(jù)

Table 5 titanium dioxide in the film gloss data

表5為幾種鈦白粉在相同涂料中的光澤度。從表5的對(duì)比數(shù)據(jù)看出，硅鋁鋯三元包膜產(chǎn)品在漆膜的光澤方面，與進(jìn)口知名鈦白粉R-960比光澤度高，與進(jìn)口知名鈦白粉R-902+、KR-2310、CR-828的光澤度相接近。

3.5 顆粒形貌、粒徑分布比較

鈦白粉的顆粒是指由氧化工序過程中形成的原級(jí)粒子，是由二氧化鈦團(tuán)聚構(gòu)成的。鈦白粉的粒徑形貌也是影響鈦白粉應(yīng)用性質(zhì)的一個(gè)重要因素。圖1為幾種鈦白粉透射電鏡（TEM）圖，從圖1可以看出，硅鋁鋯三元包膜的為橢圓球型，粒徑分布均勻，與進(jìn)口知名鈦白粉R-960、R-902+、KR-2310、CR-828的透射電鏡圖類似，同為橢圓球型。

圖1鈦白粉透射電鏡（TEM）圖

Fig. 1 TEM image of titanium dioxide

表6鈦白粉的中值粒徑

Table 6 median particle size of titanium dioxide

通過馬爾文激光粒度儀MS2000測(cè)試幾種鈦白粉的中值粒徑如表6。從表6，可以看出，硅鋁鋯三元包膜的中值粒徑為0.321μm，與進(jìn)口知名鈦白粉R-960、R-902+、KR-2310、CR-828的相比，中值粒徑略偏細(xì)，說明硅鋁鋯三元包膜的產(chǎn)品的底相更偏藍(lán)色底相。

3.6 吸油量對(duì)比

顏料的吸油量是指每100g顏料，在達(dá)到完全濕潤(rùn)時(shí)需要用油的最低質(zhì)量，常用百分率來表示。吸油量既是鈦白粉的一種重要的顏料性質(zhì)，也是一個(gè)評(píng)價(jià)顏料優(yōu)劣的指標(biāo)，吸油量低的顏料有較高的顏料體積濃度（PVC），可以充分發(fā)揮顏料的各種光學(xué)性能。

表7 鈦白粉吸油量數(shù)據(jù)

Table 7 oil absorption data of titanium dioxide

注:測(cè)試方法按GB-5211.15-88進(jìn)行檢測(cè)。

表7為幾種鈦白粉在相同涂料中的光澤度。從表7的對(duì)比數(shù)據(jù)看出，硅鋁鋯三元包膜產(chǎn)品在吸油量方面，優(yōu)于R-960、與進(jìn)口知名鈦白粉R-902+、KR-2310、CR-828的吸油量相接近。

3.結(jié)語

硅鋁鋯三元包膜鈦白粉是采用一種先進(jìn)的氯化法氣相氧化技術(shù)，粒徑分布均勻，質(zhì)量穩(wěn)定，性能可靠的金紅石型產(chǎn)品，經(jīng)過鋯、硅、鋁三元無機(jī)包膜和有機(jī)TMP包膜處理，成熟的后處理技術(shù)使得其具有良好的分散性、耐候性、高光澤性等應(yīng)用性能，是一種用途廣泛的通用型產(chǎn)品，可用于涂料、油墨等領(lǐng)域，其質(zhì)量和應(yīng)用性能達(dá)到國(guó)際知名產(chǎn)品的水平。

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粉體圈 作者：易辰