钛白粉光学特性.doc

钛 白 粉 光 学 特 性选择商用二氧化钛品级时，必须考虑的有遮盖能力、着色强度，色相和光泽等基本特性，分别叙述如下。 遮盖力和着色强度 油漆的遮盖能力可以定义为其遮盖背景对比颜色的能力。遮盖效应主要是由于二氧化钛导致的散射，或由于有色物质的存在而引起的吸收或这两种原因以使入射光强度减退时，就出现遮盖现象。图12表示完全和不完全的遮盖。图12漆膜的遮盖作用A 光散射引起的完全遮盖B 光吸收引起的完全遮盖C 不完全遮盖 着色强度也是严格测定二氧化钛在油漆中散射光效率的一种方法，只要白色或有色颜料不发生絮凝作用，着色强度总是与覆盖能力相平行的。当白色油漆用绿色、蓝色或黑色颜料着色到反射率大约50成6O时，着色强度就表示二氧化钛的光散作用，相对于有色颜料的光吸收能力。当二氧化钛或有色颜料都不发生絮凝作用时，有最大覆盖能力的二氧化钛就使浅色油漆呈现最浅的颜色和最大的反射率。为了确实肯定絮凝作用不会得出使人误解的着色强度效果，应对浅色油漆进行指触试验。这种试验很简单，就是在部分将干未干浅色油漆样板上进行手指摩擦试验。颜 色 如前所述，二氧化钛颜料单独用于完全覆盖时的无色漆料中时，它固定的颜色与其底彩完全无关，但是，有很多环境条件可以引起不理想的颜色效应，表2示出其中的某些原因。表2 导致不理想颜色效应之某些原因 1. 污染一包括因分散阶段中一些意外而造成的加工设备磨损。 2. 二氧化钛与其他油漆成份(例如苯酚类，强还原剂)反应的有色产物。 3. 不渗透氧的漆膜曝露在紫外光下，蓝色、紫色或灰色的褪色作用。 4. 过分受热一漆料褪色。 5. 遮益不充分一底材透露出来。 表示白色油漆的颜色有一种最通用的表示方法，即亮度(绿色滤色片之反射率)和黄度指数，其中： 有时，采用紧密的二氧化钛颜料的干亮度。二氧化钛底彩 底彩是二氧化钛对有色漆之颜色的种作用，它是粒子大小、分数品质和颜料量的函数。底彩通常也可以认为是灰色油漆中，蓝色反射率对红色反射率的比例。或是二氧化钛和碳黑介硅酮油中的比例。如果这些条件都相同，粒于小的二氧化钛(0.2微米)更能有效地散射蓝光线，而有效蓝的色相。 颜色和底彩有时糊互混淆不清。黄色漆含有蓝色相的二氧化钛，这是完全可能的，因为这是表2列出的不职想效应之一。而且，按照前一章介绍的方法测定时，蓝色底彩的二氧化钛颜料和黄色底彩的二氧化钛在颜色上相同，这是很常见的。光泽 评价涂料的光泽虽然不完全客观，但不同观测人员作出的视觉分级通常有合理的相互关系。讨论光泽的肉眼观察结果时，往往发现评价光泽时至少会使用下述巾的项条件。 像的清晰度(双眼注视在板后的虚像上) 表面的可见度或外观(双眼注视在板的表面上) 光像和暗像的对比亮度。 对经室外暴晒或老化了的涂层进行原始光泽及光泽保留度之分级，一般也使用仪器在入射光一个或几个角度测量镜面反射率。钛白粉分散程度和粒径分布颜料特性 基本上，光泽是树脂基料的一种性质。但是，要认识基料的光泽性，就必须避免在油漆膜含有足以产生显微表面粗糙的颜料粒子(往往称为微粒)。要选择适当的二氧化钛品级，颜料分散的正确配方，正确的研磨方式以及设计得好的研磨步骤，这些条件对达到最后光泽度起很大作用，见图13。还有烤漆在制造，储存应用和固化期中会遇到各种条件都能影响最后光泽。表3列出其中的某些因素。表3影响光泽的某些因素制 造研磨的细度。研磨机类型也许影响研磨细度，但在很小的粒度范围内，不容易测出。原料的种类。颜料与基料的比例。储 存颜料逐渐润湿或发生凝聚作用。沉降的粗粒子重新掺合性能差。引起粗里生成皂物成晶体。粘度逐渐的增加。应 用底材的平滑度。漆料掺入底材的损失。基料由底漆中被溶出。使用时剪应力的大小。由于使用特殊的上漆方法，产生了不同程度的流平性成流动性。例如喷涂后产生橘皮。灰尘沽染。漆膜厚度。分散作用溶剂损耗率，例如烘烤前的短暂时间。烘烤温度和时间。干燥期的湿度使 用 后因漆膜老化或暴露环境不同而异。分散作用 在研磨中块状物(聚集物和附聚物)、被粉碎成二氧化钛和基料的均匀混合物。而这些块状物是在制造、包装和储存期间由许多个别的的二氧化钛粉子组成。好的研磨分散，不但可以消除不理想的粗粒子，而且有助于达到最大覆盖能力、光泽度和均匀底彩。 有三个重点必须注意的是： 分散期中小不管操作情形如何，钛白粉各个粒子并未破裂。它们经由松散的块状物中破裂出来，被此分开。 “分散“一词通常意义义模糊：自己务必了解清楚，如，某些颜料分散问题实际是在表面活性剂使用不当的问题，结果使颜色均匀性差，或在不同剪切速下(例如刷子相对于滚筒)使用油漆时，使剪切强度均匀性不好。 细度计是日常用以判断这些系统的分数程度的简单仪器。 钛白粉在油性漆料内的分散通常取决于剪切速度、被研磨物的粘度以及与基料的润湿时间和程度。图14 分散过程 在水性系统中，用分散剂来改善润湿程度，必须认识到分散剂之用量和类型如何影响分散品质。过量的分散刑，特别是离子型的分散剂会相互抵消作用，因此应该避免过量使用，最适当的使用量则视所用的分散剂、二氧化钛品级和水的硬度而定。 测定分散剂用量的种P简单方法，是测定紫光制备的70/30二氧化钛/水浆料的布氏旋转帖度(Brookfield Viscosity)、这种浆料是用几种不同浓度的分散剂在高速分放机内制备的。粘度最小的一点就是分散剂最适的用量，使用这一用量的分散剂，就可以改变颜料浓度以达到所希望的研磨料流变性质。絮 凝 作 用 絮凝作用是二氧化钛粒子在流体系统中成疏生成松块状物(絮凝物)。从特性上看，这种块状物在中度剪切力下容易破裂， 但如果粒子自由进入聚合物母体后，又会很快形成块状物。絮凝作用能产生几个主要问题，其中包括 遮盖力和着色强度减弱絮凝物不像最初的二氧化钛粒子那样有效地散射。 粘度过高，流动性差，常常要搅动才使悬浮液变稀，但静置时又会发生絮凝作用。 光泽低。 絮凝问题往往是籍著探索性地加入表面活性剂或其他添加剂来解决的。 耐 候 性 耐候性是指曝露的着色涂料在外观和功能价值两方向的全部变化而言。它包括市外的使用性能的全部参数，例如颜色的保留程度，光泽、粉化、附着力(起泡、片落、脱皮)和漆膜的完整性(即细裂、片裂、浸蚀、抗腐)。这些性能主要由专家配方控制(例如选择漆料、填充剂、颜料体积浓度等等)，与所用的二氧化钛品级并无多大的关系。但是所选用的二氧化钛的耐粉化性却对颜色的保留程度和光泽，抗霉菌和灰尘引起的褪色有很大影响。耐粉化性和保光性 油漆涂料的耐候性、光泽之下降是由于组成漆膜的有机树脂表面在经受了阳光、潮气、温度变化和环境污染后出现了光化学降解、而这些有机树脂通常都是高分子聚合物，它们都对光化学侵蚀敏感。随着时间的推移而降解为一种低分子含氧易溶物，能从漆膜表面冲洗掉。这过程引起漆膜表面粗糙而使光泽下降。当这一漆膜表面有机基料被冲洗掉的程度增加时，钛白粉和其它体质填料便会凸露到表面而形成一种看上去朦嚓嚓白乎乎的外表。这就是所谓的漆膜表面粉化。换句话说，粉化并不是指钛白粉本身粉化(它本来就是粉末，根本无所谓粉化不粉化的)，而是指其所处的周围有机介质的粉化。当粉化出现后，有机树脂漆膜表面的完整性受到了破坏，这又会加速粉化的进步发展而形成并不希望的恶性循环。粉化对于色漆来说，问题尤为严重。因为一直发展下去会使原色的色品度(色调)下降，颜色变谈(褪色)，光泽下降。在这种情况下，我们强建议选用具有强抗粉化性能的钛白粉规格。 图15上，显示了用钛白粉B做成的漆，经美国佛罗里达暴晒 l2年后，漆膜的光泽要远高于用钛白粉A所做漆膜的光泽同时图15下显示了钛自粉 B的红光反射率的变化率也远远低于钛白粉 A的。这是由于钛白粉 A颜填料的凸出率高于钛白粉 B。这就是说钛白粉 B的耐粉化性和保光性要远远好于钛白粉 A。 保光性和抗粉化性佛罗里达户外曝晒系列（蓝色醇酸建筑漆15%PVC） 金红石型钛白粉要比锐钛型的耐粉化性、保光性好。然而，纯 TiO2颗粒表面在有水汽和氧气的存在下是光化学活泼的，而非生来就是光化学稳定的。纯TiO2甚至可促进在其颗粒周围基料的降解。因此有必要首先将TiO2本身光稳定化。该稳定性的大小可以通过对其进行不同无机氧化物的种类及份量控制而得。即对 TiO2进行无机包膜处理。使在TiO2颗粒周围表面和有机树脂之间形成一道屏蔽网不再促进(减少)有机树脂的降解。 TiPure R706和 R96O是这一类钛白粉的杰出代表物。他们周围都有非渗性致密 SiO2表面包膜。这些 SiO2包膜能够提供最强大的光化学保护性和稳定性。图16是这种致密 SiO2的真实结构放大照片。右边外围大约 l公分淡色的就是 SiO2包膜，咖啡色的是 TiO2，左下小图外围发亮 的白色便是 SiO2，当中被包着的便是 TiO2。致密型二氧化硅包膜剖析图 R960能提供最大的耐候性和保光性，图17显示了不同杜邦钛白粉的佛罗里达曝晒情况结果。经13个月佛罗里达曝晒后TiPure的抗粉化性 R706能提供非常高的初始无雾影光泽，和长期保光性，特别适合用于对耐候性有极高要求的应用，如汽车面漆、建筑用彩色钢板涂料等。对于一个有高期望值油漆涂料配方来讲，在确定了所用树脂体系后、钛白粉选择的正确与否将起到决定性的作用。 无论足金红石型还足锐钛型钛白粉，在可见光波长范围内(400700nm)、它们对光线的反射率都很高，因而都具有很好的白度。见图18。但是在小于可见光范围如300400纳米的紫外光波长范围内，两种不同晶型的钛白粉所表现出的性能却有着很大的差别。对于金红石钛白粉(红线)在具有很强杀伤力的 UVA波段内(350400nm)它对紫外线的反射率要远远低于蓝色的锐钛型钛白粉，换句话说、它对紫外线的吸收率要大大地高于蓝色的锐钛型钛白粉。在这种情况下，它周围的成膜物有机树脂身上所要分担的紫外光线就要少得多，那么这些有机物的使用寿命也就要长。这就是为什么我们通常所说的金红石型钛自粉的耐候性要比锐钛型好很多之原因所在，这些特性都是天生的。不同光波中钛白粉德反射率 有时，人们也希望利用颜料粉化而产生“白清洗”漆膜表面(例如白色建筑漆)的效果，有几种方法供配漆人员随意选择：1. 加颜料体积浓度。2. 使用耐粉化性较低的R型二氧化钛级别。3. 使用与 R型二氧化钛颜料混合的一些A 型二氧化钛颜料。 但是上述三个办法都会减低色调和光泽的持久性。美国材料试验学会规格(ASTM) 符合美国材料试验学会 D476规格的制造商产品，载于国家油漆和涂料协会原料索引颜料部分中。表4鉴别符合 D476规格的四类油漆用 TiPure二氧化钛颜料。要求产品符合此规格的用户，在订单上指明。 多年以来，家用涂料工业上二氧化钛颜料最著名的规格是联邦规格 TTP442。最后的联邦规格丁1972年作废，而美国材料试验学会 D476成为民用机构和联邦机构采用的标淮。表4 油漆用 TiPure二氧化钛颜料的美国材料试验学会规格类型 IA型二氯化钛自由粉化 类型 IIR型二氧化钛中级耐粉化 类型 IIIR型二氧化钛