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硅鋁鋯三元包膜氯化法鈦白粉應用性能分析
2019年11月22日 發布 分類:粉體加工技術 點擊量:201
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摘要:本文以下游應用制品的性能要求,重點分析硅鋁鋯三元包膜鈦白粉如何從設計到生產以及產品具有的特征來達到應用性能要求的。同時,用試驗數據比較目前國外鈦白粉在涂料中應用情況,說明硅鋁鋯三元包膜鈦白粉完全可以替代進口的高性能金紅石性鈦白粉。

關鍵詞:鈦白粉、應用性能、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,具有穩定的物理、化學性質,優良的光學、電學性質,以及優異的顏料性能,是目前用途最廣、應用效果最好的白色顏料,有著白色顏料之王的美譽,被廣泛應用于涂料領域[1-4]。鈦白粉的應用在涂料領域實質是將二氧化鈦顏料粒子分散在特定的介質中,然后發揮出二氧化鈦顏料性質。涂料對鈦白粉性質的要求主要有耐候性、遮蓋力、分散性、白度、光澤度等,為了進一步提高鈦白粉應用性能, 尤其是耐候性、分散性和光澤度, 還要對二氧化鈦粒子進行表面改性處理,改變其表面的化學成分, 提高鈦白粉的應用性能。[5]

2.鈦白粉產品的表面改性處理

二氧化鈦具有光化學活性,在陽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,因此必須進行表面改性處理。通過加入無機表面改性處理劑,來提高耐候性、保色性、分散性等。通過加入有機處理劑來提高潤濕分散性。

2.1無機包膜的鈦白粉

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數量級,結果降低了粒子間的吸引力。包膜的物質和形態是非常重要的。雖然其它氧化物也能生成細粒子無機膜,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基料與具有光化學活性的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ZrO2SnO2P2O5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中的分散性。

2.2有機包膜的鈦白粉

有機包膜主要是改進鈦白在各種介質中的分散性能,其機理是改變鈦白的表面性質。有機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,另一種方式是化學吸附,即它與鈦白表面的羥基反應而連接起來,使鈦白粉變為憎水而親油。

3. 硅鋁鋯三元包膜國產氯化法金紅石型鈦白粉應用性能測試及與國外同類產品性能比較

3.1耐光、耐候性測試

硅鋁鋯三元包膜型產品是一種用鋯、硅、鋁致密包膜的產品,其耐光、耐候性較好, 為了證實其耐光、耐候性, 進行了氙燈老化試驗。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,采用分光色差儀進行老化實驗前后的實驗數據測試。氙燈老化實驗條件:溫度:40℃;光照強度:300W/m2;濕度:60%;時間:100h。實驗結果判定標準:GB/T 1766-2008。測試結果見表1 ,耐候性判定結果見表2。

1 耐候性檢測結果

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為進口知名品牌鈦白粉。

通過對測試的5種牌號樣品進行其總色差值ΔE*的分析,其值都小于1.5,變色程度無變化,評定為0級,按照GB/T 1766-2008 色漆和清漆 涂層老化的評級方法,作出以下分析如表2

2 耐候性判定結果

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品的耐候性與進口知名鈦白粉R-960、R-902+、KR-2310、CR-828相當。

3.2 分散性測試

硅鋁鋯三元包膜型產品經過三羥甲基丙烷(TMP有機表面處理的,其分散性較好,為進一步證實其分散性能,進行如下對比實驗:(1)稱取等質量的鈦白粉和丙烯酸樹脂;(2)用高速分散機在1500r/min分散20min;(3)用刮板細度計測定其分散細度。表3為幾種鈦白粉的分散性。

3鈦白粉的分散性

Table 3 dispersion of titanium dioxide

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

3.3 遮蓋力對比

為進一步證實其遮蓋力,進行如下對比實驗:(1)稱取等質量的鈦白粉和丙烯酸樹脂;(2)用高速分散機在1500r/min分散20min;(3)制備成濕膜厚度為100μm的樣板,自然晾干,采用分光色差儀進行遮蓋力實驗數據測試[6]。表4為幾種鈦白粉的遮蓋力數據。

4鈦白粉的遮蓋力數據

Table 4 hiding power of titanium dioxide

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

3.4 光澤度對比

物體的光澤度是指物質對透射來的光線的反射能力,反射能力越強,光澤度越高。在實際生產中,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。

5鈦白粉在漆膜中光澤度數據

Table 5 titanium dioxide in the film gloss data

5為幾種鈦白粉在相同涂料中的光澤度。從表5的對比數據看出,硅鋁鋯三元包膜產品在漆膜的光澤方面,與進口知名鈦白粉R-960比光澤度高,與進口知名鈦白粉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粒子,是由二氧化鈦團聚構成的。鈦白粉的粒徑形貌也是影響鈦白粉應用性質的一個重要因素。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。

1鈦白粉透射電鏡(TEM)圖

Fig. 1 TEM image of titanium dioxide

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,與進口知名鈦白粉R-960、R-902+、KR-2310、CR-828的相比,中值粒徑略偏細,說明硅鋁鋯三元包膜的產品的底相更偏藍色底相。

3.6 吸油量對比

顏料的吸油量是指每100g顏料,在達到完全濕潤時需要用油的最低質量,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,也是一個評價顏料優劣的指標,吸油量低的顏料有較高的顏料體積濃度(PVC),可以充分發揮顏料的各種光學性能。

7 鈦白粉吸油量數據

Table 7 oil absorption data of titanium dioxide

:測試方法按GB-5211.15-88進行檢測。

7為幾種鈦白粉在相同涂料中的光澤度。從表7的對比數據看出,硅鋁鋯三元包膜產品在吸油量方面,優于R-960、與進口知名鈦白粉R-902+、KR-2310、CR-828的吸油量相接近。

3.結語

硅鋁鋯三元包膜鈦白粉是采用一種先進的氯化法氣相氧化技術,粒徑分布均勻,質量穩定,性能可靠的金紅石型產品,經過鋯、硅、鋁三元無機包膜和有機TMP包膜處理,成熟的后處理技術使得其具有良好的分散性、耐候性、高光澤性等應用性能,是一種用途廣泛的通用型產品,可用于涂料、油墨等領域,其質量和應用性能達到國際知名產品的水平。

參考文獻

[1] 陳朝華,劉長河.鈦白粉生產及應用技術[M].北京:化學工業出版社,2005:28-72

[2] 鄧捷,吳立峰.鈦白粉應用手冊[M].北京:化學工業出版社,2005:1-35

[3] 耿耀宗.現代水性涂料工藝·配方·應用[M].北京:中國石化出版社,2013:186-198

[4] 汪云華,李海艷,張笑盈,王磊,李保金,龍翔.后處理工藝對氯化法金紅石型鈦白粉性能的影響研究[J].無機鹽工業,2015,47(3):16-18

[5] 殷海源,丁祥偉,陳貴山,李文生.R-215二氧化鈦性能介紹[J].涂料工業,2005,35(1):59-61.

[6] 李海艷,汪云華,王磊,李保金,崔慶雄,龍翔.分光光度計測試金紅石型鈦白粉遮蓋力的方法研究[J].中國粉體技術,2015,21(2):21-23

粉體圈 作者:易辰


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