杜邦钛白粉完全手册

杜邦钛白粉完全手册一、简介为什么钛白粉要分这么多规格?钛白粉颜料不溶于其所分散的涂料基料中，因此其功能特性如：化学、光学和物理特性主要决定于颜料的粒子大小及其表面的化学成份，而这些特性又是可以改变的，一般常以二氧化二铝和二氧化硅作处理剂，沉淀在粒子表面而形成包膜、并对其沉淀的形式、数量和方法都要精心的加以控制。表面有沉淀层的颜料，具有增进一种或多种重要的操作特性的功能，例如在水和许多有机液体内的分散作用，耐粉化性，遮盖力效率，因热或光还原所引起的褪色性等都会有所改善。遗憾的是，一种简单的表面处理配方，不能生产出对各种油漆都具有最大使用价值的颜料，因而生产上要分许多规格。如果认为油漆中的二氧化钛颜料，其性能之超卓是由于二氧化钛含量高所致，那是不恰当的，例如二氧化钛含量最少为80—88％的Ti—Pure®在高颜／填料含量的平光乳胶漆中的遮盖效率显然超过二氧化钛含量更高的品级。二、光学理论1、折射和绕射图1由离子引起的光线折射二氧化钛和其他的白色颜料的遮盖效率主要是利用光的反射。因为白色颜料可强烈地使光线反射或曲折，出现反射现象。如果油漆薄膜中有足够的白色颜料，则入射漆膜表面的光几乎可以完全的反射回来，(除了很少部分是由颜料所吸收之外)于是涂膜就会呈不透明状，洁白而光泽。光线通过和绕过颜料粒子时，粒子对光线的折射和绕射造成光线的散射或弯曲。图1a反射散射图l显示折射现象，其中球形表示二氧化钛粒子，由于漆膜中颜料粒子及基料折射率之不同、故当光线穿越后、必然产生曲折现象。图2显示绕射现象。行进路线靠近二氧化钛粒子的光线受到弯曲、而分开散射到许多方向。这一现象说明颜料在其临近区域对光的散射能力数倍于其粒子横截面内。图2小粒子周围的光线衍射（绕射）2、折射率图3表示两个含颜料漆膜的横切面，演示了折射率的差别怎样影响光的散射和盖遮力。在含有高折射率颜料的漆膜中(上图)光线比在含有低折射率颜料的漆膜中弯曲较多(下图)，所以射入漆膜之光线所经过的路径长度较短，因而不能深入。实际上两种漆膜都呈白色不透明状，因为其皆没有存在吸收光线的粒子，所以全部入射的光线亦都会返回表面。然而，如果漆膜厚度如虚线(X)所示，而且放在黑色背景上，那么，含有低折射率颜料的漆膜能使部分光线进入黑色背景而被吸收，则漆膜就不会完全不透明，与白色的漆膜相比较，则呈现灰色。图3光线在漆膜中的行经路线3、为什么要用二氧化钛要了解金红石型二氧化钛(Rutile)、为什么在遮盖上能有这么大的优点,只需将金红石型二氧化钛与锐钛型(Anatase)二氧化钛的折射率和其它商用白色颜料以及油漆基料的折射率相比较则可以看出来(表一)。一般来说颜料的折射率和周围的介质之折射率差别越大，光线的折射就越大。表一油漆制造所使用的某些颜料和基料的折射率白色颜料折射率基料或介质硅藻土1.45真空1.0000二氧化硅1.41-1.49空气1.0003碳酸钙1.63水1.3330重晶石1.64聚醋酸乙烯酯树脂1.47陶土（白土）1.65大豆油1.48硅酸镁1.65精制亚麻仁油1.48立德粉1.84乙烯树脂1.48氧化锌2.02压克力树脂1.49氧化锑2.09-2,25桐油1.52硫化锌2.37氧化大豆油醇酸树脂1.52-1.53锐钛型二氧化钛2.55苯乙烯丁二烯树脂1.53金红石二氧化钛2.7370/15/15醇酸/三聚氰胺/尿素1.5475/25醇酸/三聚氰胺1.554、干膜平光遮盖很有趣的是，当空气渗入漆膜内。如调制颜料含量高的油时，基料本身的平均折射率减少，颜料和周围介质之间的折射率差别加大，光线散射增多。室内油漆的配制者利用这种效应(有时称为干膜平光遮盖)，以增进二氧化化钛的遮盖效率。5、二氧化钛粒子大小如果要有效地散射光线，二氧化钛颜料粒子的直径应该略小于散射光线波长的一半，因为肉眼对黄一绿光(大约0.55微米)最敏感，涂料用二氧化钛颜料的平均直径在0.2和0.3微米之间。6、散射能力和粒子大小图6中的曲线是用很稀的系统，以理论推导出的，曲线表明R型二氧化钛对蓝色、绿色和红色光线的相对散射能力为粒子大小的函数。在0.2微米处，各波长光线散射的总和就增至最大。当粒子增加至0.25和0.30微米之间时，蓝色光线的散射迅速减少，但绿色和红色光线的散射却相对地不变。在0.15微米处对应于蓝色光线的最大散射，光谱中红和绿范围内的光线散射就显著下降。＜图6＞相对光线散射率与R型钛白粉粒径大小的关系7、颜色和粒子大小在着色至完全遮盖的不吸光白色漆膜内，改变颜料的粒子大小，对颜色没有影响，因为碰到表面的光线全部反射，图7代表这样的一种白色漆膜，用图解形式说明了这一点。蓝光线的波长和散射光程度最短，红光线的波长和散射光程度最长，这两种光线全部反射，视觉效应相同，好象全部光线的光程长度都相同。＜图7＞白漆引起的光散射图8表示；如果把吸光性颜料(例如炭黑)加入到漆膜内，光程较长的红光线有较多的机会被吸收。反射出的色调看来会更蓝。正如以前所述，随著二氧化钛粒径减小，红色光线散射则下降，蓝色增强。这样，在含有吸收光线的物质的油漆内，减小二氧化钛的粒子就会增强蓝色程度。这种现象是散射颜料所固有的，称之为底彩(色相)。＜图8＞光线在灰色漆中的散射和吸收8、颜料体积浓度PVC因为干的油漆膜是一种三元结构，所以有理由预料，各个成份之间的体积关系，对油漆性能有重要作用。颜料体积浓度是油漆内的全部颜／填料对整个不挥发物的体积比。就白色油漆来说：颜料体积浓度％=颜料体积（二氧化钛+填充料）/（颜料体积+粘合剂体积）*100%在称为临界颜料体积浓度(CPVC)的特定颜料体积浓度百分比时。油漆的许多物理性质和光学性质会突然变化。—般而言，临界颜料体积浓度可以认为是刚好有足够的粘结剂涂盖在颜料表面，填充颜料粒子之间的空隙时的颜料体积浓度。例如光泽、透气性、多孔性、遮盖力、着色强度和底彩这类性质都与颜料体积浓度有直接关系。在典型的商用颜料浓度时，各个二氧化钛粒子开始相互接近，如图9所示。这种颜料挤塞现象影响图6中曲线的高度和形状。图9在各种颜料浓度时，粒子之间的间隔9、散射系数和颜料体积浓度当二氧化钛的颜料体积浓度增加至10％以上时，由于二氯化钛粒子的聚集会使绕射光的散射效率减少。这个效应的结果会失去部分不透明度，我们可以通过在每单位面积的干漆膜中恒定钛白粉的量(降低漆膜厚度)来证明，见图10a。图10b中的曲线则表示对干膜厚度在不变的情形之下增加其颜料体积浓度，虽然会失去部分散射效率，但仍会增加其不透明度。直到增加至大约25％的颜料体积浓度为止，遮盖力会因再加入二氧化钛而减少，这是由于折射效率降低的速度比高浓度二氧化钛所能补充的速度快，这个现象会持续到临界颜料体积浓度为止，在这一点上，由于干膜平光遮盖效应，而使不透明度度再度增加。〈图10a〉恒定的TiO2散布率10、颜色和颜料体积浓度在二氧化钛的颜料体积浓度增加时，绕射效率在光谱的红色部分减少的程度最大，因而当颜料体积浓度增加时，反射光会移向较较蓝的范围处。11、二氧化钛表面处理防止二氧化钛粒子在颜料含最高的系统中拥挤的一个方法，就是在颜料灰面加上涂膜，表面涂膜作用就像物理性间隔片，保持相邻的二氧化钛粒子的问隔，使其在颜料浓度增加时，绕射光的散射效率损耗减至最小程度。单位重量或单位体积的由涂层颜料比未有涂层者含有较少的二氧化钛。而有涂层的的光线散射能力在某些颜料体积浓度高的油漆中也较高。12、颜色和颜料体积浓度在二氧化钛的颜料体积浓度增加时，绕射效率在光谱的红色部分减少的程度最大，因而当颜料体积浓度增加时，反射光会移向较较蓝的范围处。13、二氧化钛表面处理防止二氧化钛粒子在颜料含最高的系统中拥挤的一个方法，就是在颜料灰面加上涂膜，表面涂膜作用就像物理性间隔片，保持相邻的二氧化钛粒子的问隔，使其在颜料浓度增加时，绕射光的散射效率损耗减至最小程度。单位重量或单位体积的由涂层颜料比未有涂层者含有较少的二氧化钛。而有涂层的的光线散射能力在某些颜料体积浓度高的油漆中也较高。14、颜色、颜料体积浓度和粒子大小粒子大小和二氧化钛颜料体积浓度的综合效应对调色漆的颜色有很大的影响，如图11所示。也许配色不当，多半是由于使用粒子大小不当的二氧化钛以及/或者没有认识到色相（底彩）是随着二氧化钛浓度变化而改变，而不是由于着色颜料的不正确组合所致。〈图11〉钛白粉径大小和PVC对调色漆底彩的影响15、填充料许多油漆除了含有二氧化钛合基料外，也还有填充剂。这些一般成本低的材料，能发挥多种功用。在颜料含量高的油漆中高于临界颜料体积浓度，填充剂有助于干膜平光遮盖。在颜料含量中等的油漆中（低于临界颜料浓度），粒子的大小类似二氧化钛的填充剂，有着实质空间的作用，可以增加二氧化钛的遮盖效率。粒子大的填充剂会形成类似“窗”的作用并减少遮盖率。三、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。1、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。2、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。3、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。4、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。图13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。