http://china.chemnet.com/ 2015-05-11 08:59:45 《钛白》

来源化工网；

  钛白粉作为“白色颜料”之王，具有白度高、不透明性高、物理化学性能稳定等优点，被广泛应用于涂料、塑料、造纸和油墨等领域。钛白粉在涂料领域使用量最多，占总使用量57%左右[1]。目前国内高档涂料领域使用钛白粉主要依靠进口，而国内生产钛白粉由于应用性能存在差异等原因，一般只能用于性能要求不高的中、低端领域或配合国外产品应用到较为高端的领域，很少能单独替代国外牌号产品而占领高端市场。这是由于钛白粉常规检测结果与应用体系存在差距，因此出现钛白粉生产厂家常规检测指标良好，接近或好于国外产品，但在涂料制备过程中却存在油分散性差、分散稳定性差等问题。针对这些问题，研究人员进行了大量实验探索，发现钛白粉的不同表面处理对其在溶剂型涂料中性能表现有较大影响。

  本研究对不同有机处理剂处理过的钛白粉产品进行丙烯酸体系应用性能检测，从而选择适合此领域的钛白粉，以替代国外产品。

  1实验材料及方法

  1.1实验材料丙烯酸树脂：TZB-62，江苏天竹化工科技有限公司；金红石型钛白粉：选择R1、R2、R3和R902+、R706以及美礼联RCL595产品。R1、R2、R3为锦钛产品，分别采用3种不同有机表面处理剂进行包膜，其中R1用硅烷偶联剂处理，R2用多羟基多元醇处理，R3用普通多元醇处理；国外产品用多元醇类处理。混合溶剂：天津致远化学试剂有限公司；分散剂：BYK公司。

  1.2涂料配方本研究主要采用2种方法对钛白粉的应用性能进行检测，研究钛白粉在丙烯酸体系中的不同表现。采用高速分散方式，考察钛白粉在溶剂型涂料中的分散状况，配方见表1；采用混合振动方式，检测钛白粉在漆料中的分散稳定性及遮盖力、光泽等，实验配方见表2，配方2采用与配方量等量的锆珠作为研磨介质。

表1采用高速分散实验配方

表2采用混合振动式实验配方

  1.3试验设备SK450振动式混合机：锦州市辽西利达机电设备有限公司；QSJ-高速分散机：天津力松电机有限公司；101-1B型电热恒温干燥箱：西安明克斯有限公司；CM-3600d分光光度计：日本美能达有限公司；RK-涂布器：天津中环实验仪器有限公司；BYK微型多角度光泽仪：德国毕克-加特纳公司；刮板细度计：天津精科联试验机有限公司；JA5003B电子天平：上海精密仪器有限公司。

1.4检测方法

1.4.1油分散性

  用调刀取制备好的漆料放在刮板细度计凹槽上端，用刮板快速刮片，在3 s内读取分散性数据(μm)，读数越大，表示分散性越差。本研究用“细度”表示分散性的指标。

  1.4.2分散稳定性

  将制好的漆料在常温下放置20 d，用刮板细度计检测分散状态，从而反映漆料是否存在返粗现象，未出现明显变化为分散稳定性好。

  1.4.3涂膜遮盖力

  取适量涂料放在标准的黑白卡纸的一端，使用自动涂布机快速涂布，编号,放置在55℃烘箱内20 min左右至表面干燥即可,使用分光光度计测得黑板和白板上的反射率,用对比率反映涂膜的遮盖能力。

  对比率=(黑板反射率/白板反射率)×100%，对比率越大，涂膜遮盖力越好，表示钛白粉在涂料中的遮盖力越好。

  1.4.4涂膜光泽

  用光泽仪测量上述制备好的黑白漆板光泽。

  1.4.5常规分散性

  取1 g钛白粉样品，无色浆料2 g，在平磨仪上研磨，转速25 r/min，研磨4次，最后收集起来，用刮板细度计检测细度。

  2结果与讨论

  2.1高速分散实验结果油分散性是指钛白粉在应用的树脂体系中能够分散开并能持续稳定的能力，表征钛白粉在机械等外力存在时，能够在树脂体系中分散的难易程度[2]。油分散性指标表征了钛白粉在涂料中的存在状态，只有呈现好的分散性能，才能体现钛白粉的其他性能。本文采用QSJ高速分散机，1 500 r/min进行试验。采用人工刮细度法测定高速分散后涂料的细度，结果见表3。

表3不同牌号钛白粉在丙烯酸树脂涂料体系中研磨时间与细度的关系

  从表3可以看出，在国产产品中R2的细度较好，即分散性较好，更适合应用在丙烯酸树脂体系中。实验结果说明不同的有机处理剂对产品的影响较大。

  钛白粉的分散性与钛白粉和分散介质极性的平衡、钛白粉的电荷、钛白粉粒子的形状、钛白粉介质的表面张力、钛白粉的表面积与亲介质性几个方面有关，由于采用相同原料，因此钛白粉粒子的形状影响可以忽略，只考虑其他几方面原因。众所周知，多羟基醇类产品的亲水极性基团更易于被物理吸附等方式结合在钛白粉表面，而亲油的非极性基团向外与有机分散剂介质作用，降低了钛白粉介质的表面张力和表面积，改变了整个基团的润湿性，从而使R2的分散性得到提高。

  涂料生产商对入厂钛白粉的要求为最终研磨细度达到20以下。RCL595产品在30 min就能达到要求；而其他产品需研磨40 min甚至50 min才能达到要求。分析RCL595产品研磨时间短的原因，可能是由于此产品采用的多元醇处理剂与钛白粉基体结合后，与丙烯酸树脂体系更易相容，短时间内达到稳定分散效果。

  2.2振动混合头验结果分散稳定性主要表征钛白粉与树脂的相容性，相似相容或通过化学键链接，使钛白粉均匀地分散在介质体系中，保持漆料稳定的性能。

  将经过振动式混合机得到的样品涂覆在基体表面，测试不同钛白粉对遮盖力、分散稳定性以及光泽的影响。重点考察了在丙烯酸体系中不同牌号钛白粉对漆料遮盖力、细度以及光泽的影响。遮盖力板采用自动涂布机制备，保证数据准确，减少误差，试验结果列于表4中。

表4不同牌号钛白粉对丙烯酸体系涂料中各指标的结果

  从表4可以看出，通过振动式混合机充分振动20 min后细度都能达到要求，钛白粉与树脂、助剂能够充分混合，使其的光学性能、遮盖性能得到了良好表现。

  从实验结果可以看出，在丙烯酸体系涂料中，采用不同牌号的钛白粉在产品遮盖力、分散性、稳定性能及光泽都有不同的表现，其中RCL595的遮盖力最优，而R2与R902+、R706效果相当，R1、R3效果最差。光泽则是R706和R2最高，RCL595与R902+次之，R1、R3最差。从放置20 d后的细度分析，各牌号产品在丙烯酸体系中分散稳定性较好，都未出现大范围返粗现象，未出现分层、花白等现象。

  结合表3可以看出，钛白粉在涂料中的分散状态越好，则遮盖性能越高，分散性决定了钛白粉的应用性能，因此提高产品的分散性是改善钛白粉应用性能的关键。有机表面处理剂一般分为锚固基团和溶剂化链两部分。进行有机表面处理的过程中，钛白粉基体与锚固基团相结合，在表面形成一层牢固的保护层，通过溶剂化链的空间立体屏障作用，使钛白粉达到稳定分散的效果。在溶剂型涂料中，钛白粉被聚合物树脂所包覆，而聚合物又被溶剂所溶剂化。因此，包覆的树脂均带有溶剂化长链，而树脂中的溶剂化链与钛白粉表面的有机处理剂的溶剂化链有一定的相互作用，当这些链段结合得较好时，就达到钛白粉在树脂和溶剂型涂料中均匀分散的目的。多羟基醇类表面处理剂亲水基团更易于与钛白粉结合，在钛白粉表面形成保护层，亲油的有机链段与丙烯酸树脂、混合溶剂作用，较好结合时，使钛白粉达到稳定分散作用。钛白粉、树脂和溶剂之间相互影响，相互制约，任何一种组分的不同都会影响整个体系的性能[3-4]，因此选用合理的表面处理剂来增强钛白粉在丙烯酸树脂涂料中的分散性具有重要意义。一般在涂料应用领域中所使用钛白粉建议选择经醇类有机表面处理剂处理的钛白粉产品，醇类有机处理剂易于与钛白粉基体结合，与丙烯酸树脂体系发生交互作用，从而使分散作用增强。

  3结语

  (1)钛白粉常规分散性与在丙烯酸树脂涂料中的分散性存在一定差距，建议钛白粉生产厂家针对应用体系对钛白粉使用性能进行检测，找到国产钛白粉质量不过关的原因。

  (2)在丙烯酸体系中，国外牌号钛白粉性能表现更优，国产R2产品也较适合此体系，可以推荐使用。

  (3)不同有机处理剂处理的产品在丙烯酸体系中应用性能差异较大，在钛白粉生产过程中要选择合适的有机表面处理剂，满足应用体系要求。