鈦白粉被稱(chēng)為白色顏料之王，具有折射率高、消色力強、遮蓋力大、分散性好、白度高、無(wú)毒等特性，廣泛應用于涂料、塑料、油墨、造紙、化纖、陶瓷等行業(yè)。其中涂料用量最大，約占鈦白粉總量的57%。
 

1.鈦白粉在涂料中的應用特性

　　鈦白粉是涂料用最多的一種白色顏料，其產(chǎn)量占無(wú)機顏料的70%以上，消費量占白色顏料總消費量的95.5%。目前，世界上約60%的鈦白粉用于制造各種涂料，特別是金紅石型鈦白粉，大部分被涂料工業(yè)所消耗。
　　用鈦白粉制造的涂料，色彩鮮艷，遮蓋力高，著(zhù)色力強，用量省，品種多，對介質(zhì)的穩定性起保護作用，并能增強漆膜的機械強度和附著(zhù)力，防止裂紋，防止紫外線(xiàn)和水分透過(guò)，延長(cháng)漆膜壽命，多彩花紋涂料中幾乎每一個(gè)圖案的配色都離不開(kāi)鈦白粉。
 

（1）粉末涂料
 
　　不同種類(lèi)不同用途的涂料對鈦白粉有不同的要求，如粉末涂料就要求用分散性好的金紅石型鈦白粉。銳鈦型鈦白粉消色力低，光化學(xué)活性強，用于粉末涂料中，涂膜容易出現黃變。而硫酸法生產(chǎn)的金紅石型鈦白粉具有價(jià)格適中、分散性好，遮蓋力和消色力好等優(yōu)點(diǎn)，非常適合用于戶(hù)內粉末涂料，而戶(hù)外粉末涂料用鈦白粉除了要求分散性、遮蓋力和消色力好外，還要求具有很好的耐候性，因此，戶(hù)外粉末涂料用鈦白粉一般為氯化法生產(chǎn)的金紅石型鈦白粉。
 
（2）水性涂料
 
　　水性涂料是指涂料配方中的揮發(fā)性物質(zhì)絕大部分是水的涂料，隨著(zhù)人們環(huán)保意識的增強和環(huán)保法規的日趨嚴格，水性涂料已經(jīng)普及。和溶劑型涂料一樣，要求鈦白粉白度和分散性好，遮蓋力、消色力和耐候性高，雜質(zhì)含量低等。
　　目前市場(chǎng)上的鈦白粉大多都是通用型的鈦白粉，既可以用于溶劑型涂料，又可以用于水性涂料，但是，畢竟水性涂料和溶劑型涂料存在本質(zhì)上的差別，這些通用型的鈦白粉在水性涂料中分散效不是很好，因此，為了使鈦白粉能在水性涂料中很好的分散，要有針對性的選擇鈦白粉表面處理方式。
 
（3）建筑涂料
 
　　建筑涂料要求耐酸、耐堿、抗水、防潮，不論在粗糙或光滑的基層表面均要有良好的附著(zhù)力。用于建筑涂料的鈦白粉除了要求具有以上提及的好的光學(xué)性能和顏料性能外，最重要的是要求鈦白粉具有高的耐候性，抗粉化能力強，尤其是外墻用建筑涂料。
 
2.鈦白粉各項指標對涂料性能的影響
 
（1）白度
 
　　鈦白粉作為一種優(yōu)質(zhì)的涂料用白色顏料，其白度至關(guān)重要，是涂料要求的關(guān)鍵質(zhì)量指標之一，鈦白粉白度差，會(huì )直接影響涂膜的外觀(guān)。
　　影響鈦白粉白度的最主要因素是其中有害雜質(zhì)的種類(lèi)和含量，因為鈦白粉對雜質(zhì)非常敏感，尤其是金紅石型鈦白粉，所以，即使是微量的雜質(zhì)，也會(huì )對鈦白粉白度產(chǎn)生明顯的影響。
　　氯化法工藝生產(chǎn)的鈦白粉白度往往比硫酸法工藝生產(chǎn)的好，這是因為氯化法工藝生產(chǎn)鈦白粉所用的原料四氯化鈦已經(jīng)蒸餾凈化，本身雜質(zhì)含量少，而硫酸法工藝所用的原料雜質(zhì)含量高，只能通過(guò)洗滌和漂白等工藝技術(shù)來(lái)除掉雜質(zhì)。
　　鈦白粉粒子的形狀、大小和粒徑分布，以及鈦白粉出現不理想的晶體結構和混晶現象也會(huì )影響其白度。為了使鈦白粉具有最佳的白度，要求鈦白粉為球形顆粒，表面光滑圓潤，不帶棱角，不團聚，粒徑分布控制在0.15-0.35μm。
 
（2）遮蓋力
 
　　遮蓋力為每平方厘米被涂物體的表面積，在達到完全被遮蓋時(shí)，需要用顏料的最低質(zhì)量。涂同樣面積的表面，所用鈦白粉的遮蓋力越大，涂膜便可以越薄，所需的涂料量越少，則所需要鈦白粉的量也越少，如果鈦白粉遮蓋力降低，為達到同樣的遮蓋效果，所需要的鈦白粉量增加，則生產(chǎn)成本就會(huì )增加，且鈦白粉用量增加，會(huì )導致鈦白粉在涂料中難以分散均勻，出現聚集，同樣會(huì )影響涂料的遮蓋效果。
　　鈦白粉遮蓋力大小主要由其本身的折射率來(lái)決定，金紅石型鈦白粉的折射率是所有白色顏料中最大的，因此其遮蓋力也最高，銳鈦型鈦白粉次之。其次，鈦白粉粒子的形狀、大小、粒徑分布和分散程度也會(huì )影響其遮蓋力，在大于可見(jiàn)光半波波長(cháng)的范圍內，鈦白粉粒子表面越光滑，粒徑越小，表面積越大，分散越好，其遮蓋力越大。
 
（3）耐候性
 
　　涂料對鈦白粉的耐候性要求高，尤其是戶(hù)外用表面涂料，要求高耐候性或超高耐候型的鈦白粉。使用耐候性低的鈦白粉，涂膜會(huì )出現褪色、變色、粉化、開(kāi)裂、剝落等問(wèn)題。金紅石型鈦白粉的晶體結構比銳鈦型鈦白粉的結構更為緊密，光化學(xué)活性低，因而耐候性也遠高于銳鈦型鈦白粉，所以涂料用鈦白粉基本上全是金紅石型鈦白粉。
　　提高鈦白粉耐候性最主要的方法是對其進(jìn)行無(wú)機表面處理，即在鈦白粉粒子表面包覆一層或多層無(wú)機氧化物或水合氧化物，其中氧化鋯和致密氧化硅包膜是目前公認的耐候性最好的包膜方式，氧化鋯包膜技術(shù)國內已經(jīng)掌握，但致密氧化硅包膜技術(shù)仍然被國外壟斷，國內還未能攻破，有待繼續研究。
 
（4）分散性
 
　　鈦白粉為超細粒子，比表面積大，表面能高，顆粒之間容易發(fā)生聚集，在涂料中難以穩定分散。鈦白粉分散性差會(huì )直接影響其在涂料中的消色力、遮蓋力和表面光澤度等光學(xué)性能，而且還會(huì )影響涂料的貯存穩定性、流動(dòng)性、流平性、涂層耐久性、防腐蝕性和導電性等應用性能，此外，還會(huì )影響涂料的生產(chǎn)成本，因為研磨分散作業(yè)的能耗高，占涂料制造過(guò)程總能耗的大部分，且儀器設備的損耗大。
　　影響鈦白粉分散性的因素主要有鈦白粉粒徑大小、比表面積、表面自由能、表面電荷、pH值、極性、表面吸附狀態(tài)等表面性質(zhì)，此外，也與展色劑的性質(zhì)、分散劑的種類(lèi)和用量、研磨分散設備和分散工藝等因素有關(guān)。
　　為了使鈦白粉在涂料中達到最好的分散效果，使鈦白粉粒子在涂料中處于或接近于原始粒子狀態(tài)，充分體現其優(yōu)異的性能，通常在鈦白粉生產(chǎn)過(guò)程對其進(jìn)行表面處理，提高其分散性，此外，在涂料生產(chǎn)過(guò)程中也要選擇正確的潤濕分散劑、研磨分散設備和分散工藝。
 
3.非金屬礦粉體能否頂替鈦白粉“上位”？
 
　　鈦白粉是迄今為止性能最好的白色無(wú)機顏料，廣泛應用于涂料、塑料、油墨、造紙、橡膠、化學(xué)纖維和化妝品等領(lǐng)域。但是其昂貴的價(jià)格和近年來(lái)價(jià)格大幅走高的態(tài)勢讓一些下游用戶(hù)苦不堪言！如果能夠利用價(jià)格相對低廉的非金屬礦物對鈦白粉進(jìn)行替代或者部分替代，將會(huì )大幅降低生產(chǎn)成本。
　　鈦白粉的顏料性能通過(guò)光學(xué)性能體現，其光學(xué)性能主要取決于二氧化鈦粒子的表面性質(zhì)，內核幾乎不發(fā)揮作用，因此很研究人員和企業(yè)致力于開(kāi)發(fā)研究礦物/鈦白粉復合顆粒材料，以制備出高性能、低價(jià)格的鈦白粉替代品。
 
近年來(lái)，我國先后開(kāi)發(fā)了碳酸鈣、高嶺土、滑石、云母、硅灰石等礦物-TiO2復合顏料，以替代或部分替代鈦白粉，用于化妝品、涂料、造紙、塑料等行業(yè)。
 
（1）碳酸鈣
 
　　碳酸鈣來(lái)源豐富，價(jià)格低廉，本身白度高、比表面積大、遮蓋力強，也是是重要的白色顏料。檀倩等采用機械力活化的方法制備碳酸鈣-鈦白粉復合材料，該碳酸鈣-鈦白粉復合顏料的遮蓋力22.8g/m2、吸油量22.5g/100g、白度95.50%，明顯已經(jīng)具有類(lèi)鈦白粉的顏料性能。
 
（2）高嶺土
 
　　涂料用白色顏料目的是產(chǎn)生白顏色和產(chǎn)生遮蓋性的，高嶺土雖不能替代鈦白粉，但可產(chǎn)生協(xié)同作用，提高鈦白粉的有效利用率，減少用量，這時(shí)對高嶺土的白度和細度要求非常嚴格。
 

▲英格瓷PVC裝飾用漆中高嶺土部分替代鈦白粉方案

　　2018年3月，英格瓷（Imerys）提出了以高嶺土部分替代鈦白粉，減少20%鈦白粉用量的方案，可有效解決在在涂料和油墨領(lǐng)域鈦白粉的替代性問(wèn)題。
　　另外，巴斯夫也表示：其Ultrex顏料添加劑也具有良好的著(zhù)色力和遮蓋力，是性?xún)r(jià)比高的鈦白粉替代品。該產(chǎn)品是以超細化煅燒高嶺土為主要成分的顏料，廣泛用于平光、蛋殼光、低光和特殊涂料；也適用于高白度的油墨、塑料及其他領(lǐng)域。
 
（3）硅灰石
 
　　硅灰石是一種偏硅酸鹽礦物，其折光指數（1.63）高于許多白色礦物，表面易生成OH-等活性基團，這些特征都有助于在制備以硅灰石為基體，通過(guò)表面包覆TiO2的復合顏料中形成協(xié)同效應。
 

　　陳婉婷等采用水介質(zhì)中濕法超細研磨方式制備了硅灰石-TiO2復合顏料，其性能與鈦白粉相當TiO2比例45%的復合顏料遮蓋力為17.97g/m2，比TiO2按自身比例的貢獻值提升36.08%。硅灰石-TiO2復合顏料的顆粒以TiO2顆粒均勻包覆在硅灰石表面為特征所形成。
　　目前來(lái)看，非金屬礦粉體材料暫不能完替代鈦白粉，但通過(guò)制備與鈦白粉性能相似的礦物-TiO2復合顏料，可明顯緩解鈦白粉生產(chǎn)和應用中存在的資源、環(huán)境與成本價(jià)格等問(wèn)題，同時(shí)還有利于非金屬礦物資源的高效利用。
 
來(lái)源：鈦白粉在涂料中的應用概述，作者：肖勇麗；機械力活化制備碳酸鈣/TiO2復合顆粒材料及表征，作者：檀倩等；機械研磨方法制備硅灰石-TiO2復合顏料實(shí)驗研究，作者：陳婉婷、丁浩等
編輯整理：粉體技術(shù)網(wǎng)
 

2018年第四期礦物精細加工與應用技術(shù)高級研修班
 2018年12月2日-4日 廣州

培訓大綱：
1、非金屬礦粉體精細加工技術(shù)
2、非金屬礦粉體表面改性技術(shù)
3、非金屬礦粉體在涂料中的應用技術(shù)
4、非金屬礦粉體如何打開(kāi)涂料行業(yè)市場(chǎng)
5、專(zhuān)題技術(shù)沙龍
6、聯(lián)誼晚宴

 
報名咨詢(xún)和交流：18701083278（微信同號）


 

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