周海洋，王玲，马鹏飞
（镇江泛华检测科技有限公司，江苏镇江，21200）
摘要：钛白粉被认为是目前世界上性能最好的一种白色颜料，广泛应用于涂料、塑料、造纸、印刷油墨、化妆品等工业。分散性是钛白粉的重要指标之一，当钛白粉被分散在涂料体系中，其分散程度对涂层性能的影响是至关重要的。本实验将钛白粉在涂料中分散到不同程度，将不同分散程度的浆料制成涂层，通过检测涂层的各个指标，找出钛白粉分散程度对涂层性能的影响规律。
关键词：钛白粉、分散程度、涂层性能
Analysis of the influence of titanium dioxide dispersion on coating performance
Zhou Hai-yang，Wang Ling，Ma Peng-fei
(Zhenjiang fanhua Detection Technology Co., Ltd., Zhenjiang 21200，Jiangsu)
Abstract: titanium dioxide is considered as one of the best white pigments in the world. It is widely used in coating, plastics, papermaking, printing ink, chemical fiber and other industries. Dispersion is one of the important indexes of titanium dioxide. When titanium dioxide is dispersed in the coating system, its dispersion degree is crucial to the coating performance. The titanium dioxide dispersion in the coating to different degrees, the different degrees of dispersion of the coating film, by testing each index of the coating, to find out the effect of titanium dioxide dispersion on the coating performance.
Keywords：Titanium dioxide, degree of dispersion, coating performance
0引言
钛白粉是商品二氧化钛的俗称，分子式为TiO2，是涂料中使用最广泛的颜料。在涂料应用中，首先要将钛白粉分散在涂料体系中，再将分散后的浆料制成涂层，分散程度对涂层性能起着重要影响[1]。本文通过实验，浅析钛白粉分散程度对其涂层方面的影响，包括光泽、对比率、颜色、着色力力。
钛白粉颜料是一种微细粒子，粒径分布在0.1-0.45μm之间，已经属于超细粒子的范畴。颜料粒子的这种超细状态使它易于分散到它不溶的介质中，并和介质之间具有一定的作用力而构成一个体系。但是由于自身表面自由能很高，粒子之间有聚集倾向以缩小表面积，减少自由能。粒子与粒子结合在一起形成更大的凝聚体，这样粒子的直径就扩大了很多。因此，将钛白粉应用于涂料体系时，要通过分散将凝聚体打碎，使钛白粉均匀分散到体系中。
本实验通过振荡研磨分散将同一个钛白粉试样分散在丙烯酸树脂漆基中，控制分散时间的长短，将钛白粉分散到不同程度，测量分散后浆料的细度来表示钛白粉分散程度。用不同分散程度的丙烯酸浆料制成涂层，检测涂层的光泽、对比率、颜色及着色力。将数据归纳汇总，通过数据比对，得到钛白粉不同分散程度对涂层光泽、对比率、颜色和着色力的影响。
1实验部分
1.1 主要仪器
油漆调制机（振荡频率670-680次/min，振动幅度±15°）；
刮板细度计（0-25μm、0-50μm、0-100μm）；
漆膜涂布机（可调速）与不同规格的湿膜制备器；
分光光度计Datacolor600（准确度小于读数的0.5%，重复性小于读数的0.5%）；
反射率测定仪C84-III（精度在1.5%以内）；
多角度光泽仪BYK4446。
1.2 主要实验材料
国内外市场上的钛白粉(R1-国外金红石型钛白粉，R2、R3、R4-国内金红石型钛白粉)；
热塑性丙烯酸树脂漆基（固含27%）；
玻璃瓶（195ml）和玻璃珠（直径2-3mm）；
黑白卡片纸（白区反射率80±2%，黑区反射率不大于3%）；
镜面玻璃板（厚度3mm，尺寸约15×20㎝）。
1.3 实验步骤
1.3.1 浆料制备
将丙烯酸树脂漆基（固含27%）加入装有玻璃珠的玻璃瓶内，再加入定量的钛白粉试样R1，使钛白粉在浆料中质量比占10.7%。准备8个装有同样钛白粉R1与丙烯酸树脂漆基的玻璃瓶。
将8个玻璃瓶全部装入油漆调制机振荡分散，每隔2min取下一个玻璃瓶。使8个玻璃瓶里的钛白粉分别振荡分散2min、4min、6min、8min、10min、12min、14min、16min、18min,制成不同分散程度的油漆浆料。
1.3.2分散细度的测试
按照GB/T 1724-2019《涂料细度测定法》中B法测量不同分散程度的浆料，用细度表示钛白粉分散程度，分散细度见2.1。
1.3. 3 光泽、对比率、颜色及着色力的测试
涂层光泽：在镜面玻璃板上采用GB/T 9754-2007《色漆和清漆 不含金属颜料的色漆漆膜20°、60°和85°镜面光泽的测定》标准将不同分散程度的浆料制作成涂层，检测20°光泽；
涂层对比率：将不同分散程度的浆料在标准的黑白卡纸上涂覆湿膜，恒温恒湿处理后得到17μm厚度干膜，按照GB/T 23981.1-2019《色漆和清漆 遮盖力的测定第 1 部分:白色和浅色漆对比率的测定》中反射率B法标准检测涂层对比率。
涂层颜色：将不同分散程度的浆料制成全遮盖的涂层后，按照 GB/T 11186.2-1989《涂膜颜色的测量方法 第二部分：颜色测量》标准检测涂层的颜色；
涂层着色力：将不同分散程度的浆料与标准炭黑浆混合均匀，在标准黑白卡纸上涂覆湿膜。恒温恒湿处理后，用实验室特定试样制成参照涂层（着色力为100%），测量着色力。
按照以上步骤测量剩下的国内外不同厂家的钛白粉（R2、R3和R4），得到钛白粉分散程度对涂层光泽，对比率、颜色及着色力的影响，测量数据见2.2、2.3、2.4及2.5。将数据归纳汇总，对比同一个钛白粉不同分散程度对应的涂层光泽、对比率、颜色和着色力，找出钛白粉分散程度对涂层性能指标的影响。
2 结果与讨论
2.1 不同分散时间对应的分散细度
不同钛白粉振荡分散不同时间对应的分散细度见表1。从表中看出，不同牌号的钛白粉相同的分散时间，分散细度（分散程度）各不相同，各个厂家的钛白粉分散性有好有次。振荡分散时间越久，分散细度越好，但是随着分散时间的增加，分散细度值下降越来越缓慢，说明该钛白粉的分散程度即将达到最佳值。到达该钛白粉最佳分散程度时，即使增加分散时间，细度值也不再发生变化，若是需要更佳的分散细度，则需要更换更细的研磨介质。
2.2 分散程度对涂层光泽的影响
从图1中可以看出，分散程度对涂层光泽的影响是巨大的，不同牌号的钛白粉在涂料中分散程度越好（分散细度值越小），光泽越高。但是当光泽到达一定程度后，分散程度对光泽的影响越来越小。主要是因为钛白粉在涂料中分散越好，团聚的凝聚体被完全打散，粒度分布越集中，光在涂层的反射与折射越规律，涂层的光泽越好[2]。
2.3 分散程度对涂层对比率的影响
分散程度对涂层对比率的影响见图2。分散程度对涂层对比率的影响较小，但趋势是一致的。不同类型的钛白粉在涂料中分散程度越好（分散细度值越小），对比率越高。因为分散越好，涂层中粒子分布更均匀，钛白粉的颜料性能发挥越好，能最大限度地发挥钛白粉的光散射率，其遮盖效果也越好。
2.4 分散程度对涂层颜色的影响
从表2中的数据可以看出，钛白粉分散程度越好（分散细度值越小），涂层底相的L（明亮度）值越高，b（黄蓝）值越小，CIE白度越好。主要是因为分散越好，团聚的颗粒被打散开来，颗粒粒径就越小，粒径越小的颗粒，反射蓝光就越多，底相颜色就更白更亮。
2.5 分散程度对涂层着色力的影响
从图3中可以看出，分散程度对涂层着色力的影响较大。不同类型的钛白粉在涂料中分散越好（分散细度值越小），消色力值越高。因为分散越好，钛白粉凝聚体被打散，光在涂层中的钛白粉粒子之间散射更均匀，钛白粉显示本身颜料的能力越强[3]。
3 总结
从实验结果分析，钛白粉在涂料中分散越好，团聚的颗粒被完全打开，颗粒粒度分布越集中，光在涂层中的反射与散射更规律，钛白粉的颜料性越能充分发挥，涂料形成的涂层光泽、遮盖，白度及着色力都将不同程度的提高[4]。但是有一个最佳值，当涂层光泽、遮盖、底相白度及着色力到达最佳值时，涂层性能将不再受分散影响。钛白粉的分散性受很多因素影响，比如粒度大小、颗粒形状、表面能等等，但是我们在应用钛白粉制备涂层时，可以通过机械方法将钛白粉充分分散，达到最佳点，使光泽、遮盖、白度、着色力达到最佳状态，可以减少钛白粉的用量，节约成本，提高效率[5]。
参考文献：
[1]祖庸等. 国内外钛白工业生产的现状与发展[J]. 钛工业进展, 1994, 02(11):14-16.
[2]迟维萩, 马文, 李作文. 钛白粉分散性能的研究[J]. 中国涂料, 2019, 34 (4) : 65-67.
[3]李化全. 二氧化钛的消色力[J]. 现代涂料与涂装，2004, 4(6) : 40-41.
[4]金斌. 钛白粉在溶剂型涂料中分散性的研究[J]. 中国涂料, 2004, 19 (3) : 27-29.
[5]沈浩. 涂料颜料的分散和稳定化原理及配方设计[R]. 深圳：清华大学研究院，2008
文章转载自《广东化工》2021年第49卷第8期
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