摘要：從鈦白粉表面性質(zhì)出發(fā)，研究了鈦白粉在溶劑型涂料中的分散機(jī)理，分析了影 響鈦白 粉分散性的因素和提高分散性的途徑。  

    1 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(wú)毒無(wú)味、對(duì)人 體無(wú)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(duì)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(huì)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，并分析其影口向因素，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(wú)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(lái)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(huì)與水生成堿性的“端”氫氧基和酸性的“橋”氫氧基，從檢測(cè)出Zeta 電位來(lái)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(shù)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(rùn)濕和分散過(guò)程.

    3.2 鈦白粉、樹(shù)脂和溶劑油之間的相互作用 溶劑油能夠?qū)?shù)脂完全溶解，形成混合漆料，鈦白粉強(qiáng)烈的表面吸附作用，可以 將樹(shù)脂和溶劑油所吸附。鈦白粉在涂料分散過(guò)程中，要求樹(shù)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(duì)樹(shù)脂的溶解能 力，提高樹(shù)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(shù) 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(huì)影響整個(gè)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(duì)整個(gè)體系形成強(qiáng)烈的雙電層效應(yīng)，來(lái)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(shù)脂所吸附，而聚合物又 被溶劑油所溶劑化，因此，吸附的樹(shù)脂均帶有溶劑化長(zhǎng)鏈，這些溶劑化長(zhǎng)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(gè)被溶劑化長(zhǎng)鏈包裹的鈦白粉顆粒 靠近時(shí)，溶劑化長(zhǎng)鏈相互穿插，穿插的過(guò)程中，穿插區(qū)域的聚合物樹(shù)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(kāi)，達(dá)到鈦白粉在樹(shù)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(lái)解釋。

    4 影響鈦白粉分散的因素 在溶劑型涂料中，當(dāng)樹(shù)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(guò)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(cè)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(shuō)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(huì) 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(jiàn)表1鈦白粉平均粒徑和粒度分布對(duì)油分散性的影響。 

    表l 平均粒徑和粒度分布對(duì)油分散性的影響 

鈦白粉產(chǎn)地 平均粒徑nm 分布寬度 油分散性/μm

    攀枝花 273.5 0.102 35

    河南 467.7 0.323 75

    云南 378.2 0.502 85 

表1對(duì)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(duì)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(cè)，細(xì)度在(40～30)p．m，當(dāng)峰寬在0．2時(shí)，細(xì)度大約在60gm，若分布寬度大于 0.3，基本上該產(chǎn)品在溶劑型涂料中無(wú)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(wú)機(jī)離子，會(huì)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(shù)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(jiàn)表2鈦白粉可溶性物質(zhì)對(duì)油分散性的影響。

    表2 鈦白粉可溶性物質(zhì)對(duì)油分散性的影響

    樣品 凈化水 水溶眭物質(zhì)/% 分布寬度 油分散性/μm

    試樣1 去離子水 0.45 0.122 40

    試樣2 生產(chǎn)水 0.82 0.150 60

    試樣3 去離子水 0.35 0.102 30 

    從表2的數(shù)據(jù)可以知道，水溶性物質(zhì)對(duì)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(shù)脂的油不足，樹(shù)脂溶劑化程度降 低，影響鈦白粉對(duì)樹(shù)脂的吸附，導(dǎo)致分散性和分散穩(wěn)定性降低。

    5 提高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(duì)水解工藝和技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，保 證生成的原級(jí)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(zhǎng)。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(jí)效果好的氣流粉碎機(jī)，進(jìn)一步對(duì)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(guò)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(huì)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(duì)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(shù)脂溶劑化的長(zhǎng)鏈，這樣更有利于鈦白粉和樹(shù)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(guó)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(duì)于銳鈦型鈦白粉可通過(guò) 表面處理來(lái)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。國(guó)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(yǔ) 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。