鈦白粉廠家分析鈦白粉在溶劑型涂料的研究

1 鈦白粉廠前言

鈦白粉是一種品質(zhì)優(yōu)良的白色粉末顏料,具有良好的光散射能力,因而白度好、著色力高、遮蓋力強(qiáng),同時(shí)具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性和較好的耐候性、無毒無味、對人體無刺激作用,廣泛應(yīng)用于涂料、塑料、造紙及油墨等工業(yè)領(lǐng)域。在溶劑型涂料中,鈦白粉作為白色的著色顏料,是涂料次要成膜物質(zhì),它不僅賦予被涂物體表面光亮潔白的色彩,而且對涂料的耐候性、抗粉化能力以及流變性起到一定的作用。鈦白粉的油分散性在溶劑性涂料和塑料方面都非常關(guān)注,它的優(yōu)劣會大大影響生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設(shè)備和產(chǎn)品質(zhì)量。以下從鈦白粉表面性質(zhì)出發(fā),結(jié)合溶劑型涂料的組成,探討鈦白粉在溶劑型涂料中的分散機(jī)理,并分析其影響因素,提出改進(jìn)措施。這為改善鈦白粉在溶劑型涂料中的分散性提供理論依據(jù),有一定的參考意義。

2 鈦白粉表面性質(zhì)

鈦白粉是一種既不溶于水,又不溶于油的無機(jī)化合物,但在水或油的介質(zhì)中能夠進(jìn)行分散。鈦白粉粒徑很小,有很高的比表面能,因而在單一的固相中呈現(xiàn)出極強(qiáng)的凝聚特性,來降低表面能,形成比較穩(wěn)定的亞態(tài)聚集粒子。研究表明,二氧化鈦表面吸附空氣中的水,會與水生成堿性的“端”氫氧基和酸性的“橋”氫氧基,從檢測出Zeta電位來分析,其表面電負(fù)性很強(qiáng)(銳鈦型鈦白粉Zeta電位大約是-50mv),形成同一電荷的吸附層,有很強(qiáng)的吸附作用,鈦白粉在兩相中又表現(xiàn)出很強(qiáng)的高分散性和強(qiáng)烈的表面吸附作用。

3 鈦白粉在溶劑型涂料中的分散機(jī)理

3.1 溶劑型涂料的基本組成

溶劑型涂料主要包括成膜基料油或者樹脂,分散介質(zhì)揮發(fā)性有機(jī)溶劑和顏料。其中成膜基料是涂料的主要成膜物質(zhì),而顏料是賦予物體著色和遮蓋的作用,屬于次要成膜物質(zhì)。分散介質(zhì)就是使成膜基料和顏料很好地分散,形成粘稠的液體。因此,鈦白粉在溶劑型涂料中的分散機(jī)理,就是討論鈦白粉在成膜基料和分散介質(zhì)(揮發(fā)性有機(jī)溶劑)混合漆料中的潤濕和分散過程。

3.2 鈦白粉、樹脂和溶劑油之間的相互作用溶劑油能夠?qū)渲耆芙?形成混合漆料,鈦白粉強(qiáng)烈的表面吸附作用,可以將樹脂和溶劑油所吸附。鈦白粉在涂料分散過程中,要求樹脂盡可能多地、牢固地吸附在鈦白粉的表面,而溶劑油盡可能不吸附上去,這樣有利于溶劑油對樹脂的溶解能力,提高樹脂的溶解度,同時(shí)和鈦白粉形成的涂料穩(wěn)定化程度高。因此,鈦白粉、樹脂和溶劑油之間相互影響,相互制約,任何一種組分的異常都會影響整個體系的性能。

3.3 溶劑型涂料中鈦白粉的分散機(jī)理

在溶劑型涂料中,溶劑油一般是非極性溶劑或者極性很弱的溶劑,電性很微弱,在鈦白粉表面形成的雙電層很薄弱,不足以對整個體系形成強(qiáng)烈的雙電層效應(yīng),來降低表面能,達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。在這種體系中,鈦白粉將聚合物樹脂所吸附,而聚合物又被溶劑油所溶劑化,因此,吸附的樹脂均帶有溶劑化長鏈,這些溶劑化長鏈在鈦白粉顆粒表面整齊排列,形成一定區(qū)域的屏蔽層。當(dāng)兩個被溶劑化長鏈包裹的鈦白粉顆?？拷鼤r(shí),溶劑化長鏈相互穿插,穿插的過程中,穿插區(qū)域的聚合物樹脂濃度升高,和鄰近區(qū)域形成滲壓差,由于滲壓差的作用,迫使溶劑油向壓差低的區(qū)域流出,迫使顆粒分開,達(dá)到鈦白粉在樹脂和溶劑油的混合漆料中分散的目的。

因此,鈦白粉在溶劑型涂料中的分散機(jī)理可依據(jù)表面吸附屏蔽效應(yīng)來解釋。

4 影響鈦白粉分散的因素

在溶劑型涂料中,當(dāng)樹脂和溶劑油確定后,鈦白粉在混合漆料中的分散及分散穩(wěn)定化程度決定于其本身的應(yīng)用性能和表面特性。

4.1 鈦白粉平均粒徑和粒度分布

鈦白粉平均粒徑和粒度分布是反映鈦白粉顏料性能和應(yīng)用性能的綜合性指標(biāo)。通過大量的試驗(yàn)表明,當(dāng)鈦白粉粒徑小于200nm的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)在30%左右時(shí),檢測Zeta電位大約在-70mv;若質(zhì)量百分?jǐn)?shù)小于20%時(shí),Zeta電位大約在-40mv,這說明鈦白粉的粒徑情況嚴(yán)重影響其表面電性,從而影響表面吸附性能。但粒徑不能太小,否則會影響其它顏料性能,因此必須控制合適的粒度范圍,一般地控制粒度在(0.15～0.3)μm。見表1鈦白粉平均粒徑和粒度分布對油分散性的影響。

表1對不同粒度分布的鈦白粉進(jìn)行了油分散性的試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)平均粒徑和粒度分布的寬度(質(zhì)量百分?jǐn)?shù)正態(tài)分布圖)對鈦白粉油分散性影響很大。根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),可以得出以下的結(jié)論;當(dāng)鈦白粉粒度分布寬度在0.1以下時(shí),用刮板細(xì)度計(jì)進(jìn)行檢測,細(xì)度在(40～30)μm,當(dāng)峰寬在0.2時(shí),細(xì)度大約在60μm,若分布寬度大于0.3,基本上該產(chǎn)品在溶劑型涂料中無法使用,必須采取處理措施。因此粒度分布要求盡可能地均勻,增大產(chǎn)品的研磨強(qiáng)度,減小分布寬度,提高油分散性。

4.2 鈦白粉中可溶性物質(zhì)

在鈦白粉中可溶性物質(zhì)含量的高低,也嚴(yán)重影響鈦白粉的應(yīng)用性能。鈦白粉在混合漆料分散體系中,可溶性鹽一般都是極性很強(qiáng)的無機(jī)離子,會使鈦白粉表面的電荷抵消一部分,但又不能形成強(qiáng)大的雙電層,反而削弱了鈦白粉表面的吸附作用,迫使樹脂不能夠牢固地吸附在鈦白粉顆粒表面,降低了分散穩(wěn)定化程度,導(dǎo)致鈦白粉在溶劑型涂料中返粗。另外,在一些絕緣性油漆涂料中,可溶性物質(zhì)的偏高,減小了體系的電阻率,降低被涂物體表面的絕緣性能,同時(shí)涂料的電化學(xué)特性明顯,降低了耐化學(xué)性和耐腐蝕性。見表2鈦白粉可溶性物質(zhì)對油分散性的影響。

從表2的數(shù)據(jù)可以知道,水溶性物質(zhì)對產(chǎn)品的油分散性的確有一定的影響。根據(jù)鈦白粉產(chǎn)品質(zhì)量保證要求,必須控制可溶性物質(zhì)的含量小于0.5%,因此,在鈦白粉凈化工藝中必須采用去離子水,進(jìn)行雜質(zhì)離子的清除。

4.3 鈦白粉的吸油量

實(shí)驗(yàn)表明,鈦白粉若有高的吸油量,則鈦白粉在溶劑油中肯定分散性差或者分散不穩(wěn)定,易于凝聚。高吸油量的鈦白粉在溶劑型涂料中,按照原有的配方進(jìn)行配比、研磨分散,一部分溶劑油被鈦白粉吸收,使溶解樹脂的油不足,樹脂溶劑化程度降低,影響鈦白粉對樹脂的吸附,導(dǎo)致分散性和分散穩(wěn)定性降低。

5 提高金紅石鈦白粉在溶劑型涂料中分散性的途徑

5.1 嚴(yán)格控制其粒徑及粒度分布

鈦白粉粒徑和粒度分布影響因素較為復(fù)雜,首先對水解工藝和技術(shù)進(jìn)行改進(jìn),保證生成的原級粒子均勻。其次是加強(qiáng)煅燒關(guān)鍵溫度點(diǎn)的控制,使二氧化鈦粒子均勻成長。最后進(jìn)行產(chǎn)品的粉粹,目前鈦白粉企業(yè)的粉碎工藝,多數(shù)采用雷蒙系統(tǒng),也可使用效率高、分級效果好的氣流粉碎機(jī),進(jìn)一步對鈦白粉粒度進(jìn)行控制,穩(wěn)定表面特性。

5.2 吸油量和水溶物的控制

鈦白粉吸油量主要與煅燒過程中煅燒氛圍或煅燒高溫點(diǎn)溫度有關(guān),若控制不當(dāng),會造成鈦白粉顆粒晶格缺陷和粒子形狀不規(guī)則,因此,須控制合適的煅燒溫度,調(diào)節(jié)進(jìn)料量和窯體轉(zhuǎn)速的合理匹配,減少顆粒的晶格缺陷和粒子規(guī)則的幾何外形。

5.3 表面處理

對鈦白粉表面進(jìn)行處理或者添加一定的分散劑,這種分散劑能夠牢牢地吸附在鈦白粉表面,同時(shí)能夠提供樹脂溶劑化的長鏈,這樣更有利于鈦白粉和樹脂的吸附,增大分散穩(wěn)定化程度。一般具有這種特性的分散劑組成比較復(fù)雜,大多數(shù)是多羧酸烷基銨鹽。

目前,國內(nèi)多數(shù)廠家生產(chǎn)的是低檔次的銳鈦型產(chǎn)品,在溶劑型涂料中分散性一般都很差,因此在涂料行業(yè)中應(yīng)用逐漸被金紅石產(chǎn)品所替代。對于銳鈦型鈦白粉可通過表面處理來改變其表面特性,能夠在某種程度上與金紅石產(chǎn)品的油分散性相媲美,且價(jià)格低與金紅石產(chǎn)品有一定的市場競爭力。國內(nèi)比較受青睞的表面處理劑有:有機(jī)硅、偶聯(lián)氮試劑或者一些多聚磷酸鹽等等,其中有機(jī)硅處理應(yīng)用較多,而且已經(jīng)在工業(yè)上取得成功。

6 結(jié)語

從鈦白粉表面特性出發(fā),討論了鈦白粉在溶劑型涂料中的作用和分散機(jī)理,同時(shí)分析了影響鈦白粉在溶劑型涂料中分散性的因素,并提出尋求一種改善鈦白粉在溶劑型涂料中分散性的新途徑。