关键词：金红石型二氧化钛；遮盖力；影响因素；颜料体积浓度；折射率
引言
金红石型二氧化钛是一种性能优异的白色颜料，由于其出色的性能，如高遮盖力、高耐侯性、高光泽等，越来越受到涂料配方者的青睐。
金红石型二氧化钦的折射率为2.75[1]，是所有白色颜料中折射率最大的一种，因此具有最强的遮盖力。影响金红石型二氧化钛遮盖力的因素除本身折射率、粒径、粒径分布和分散性等因素外，涂料中其他成分对金红石型二氧化钛遮盖力也有很大的影响。
1实验部分
1.1 主要原材料
主要原材料见表1。
| 名称 | 型号或规格 | 产地或供应商 |
| 金红石型二氧化钛 | Lomon R一996 | 四川龙蟒 |
| 水浆钛白 | Lomon R一6018 | 四川龙蟒 |
| 纯丙乳液 | Etersol 1I13 | 台湾长兴 |
| 苯丙乳液 | Etersol 6512一I | 台湾长兴 |
| 醋叔乳液 | Etersnl 3501 | 台湾长兴 |
| 溶剂型醇酸树脂 | 389一8 | 江苏三木 |
| 溶剂型丙烯酸树脂 | BS121 | 江苏三木 |
| 分散剂(油性) | Texaphor 963 | 深圳海川 |
| 分散剂(油性) | Texaphor 3241 | 深圳海川 |
| 分散剂(水性) | HYDROPALAT 100 | 深圳海川 |
| 分散剂(水性) | HYDROPALAT 1080 | 深圳海川 |
| 分散剂(水性) | HY DROPALAT 5040 | 深圳海川 |
| 分散剂(水性) | HYDROPALAT 3204 | 深圳海川 |
| 润湿剂(水性) | HYDROPALAT 436 | 深圳海川 |
| 消泡剂(油性) | Perenol E1 | 深圳海川 |
| 消泡剂(水性) | FOAMSTAR A36 | 深圳海川 |
| 消泡剂(水性) | FOAMSTAR 309A | 深圳海川 |
| 消泡剂(水性) | FOAMSTAR 8034E | 深圳海川 |
| 防腐剂(水性) | LFM | 深圳海川 |
| 成膜助剂 | C40 | 深圳海川 |
| 流平剂(油性) | Perenol F40 | 深圳海川 |
| 流平剂(水性) | DSX 2000 | 深圳海川 |
| 增稠剂(水性) | THICKLEVELLING 625 | 深圳海川 |
| 纤维素 | HS30000YP | 香港红日 |
| 重质碳酸钙 | 325目 | 市售 |
| 滑石粉 | 1250目 | 市售 |
| 高岭土 | 1250目 | 市售 |
| 硅灰石 | 1250目 | 市售 |
1.2 主要设备
JSF-400搅拌砂磨分散多用机；C84-11反射率测定仪；CM-3500D色度仪；LS800激光粒度分析仪。
1.3 配方
1.3.1不同颜料体积浓度的溶剂型丙烯酸涂料
不同PVC溶剂型丙烯酸涂料配方见表2。
| 表2 不同PVC的溶剂型丙烯酸涂料配方 |
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浆料组成:丙烯酸树脂BS121，19.8%； Lomon R-996，54.2 %；Texaphor 963，1 .2%；Perenol E1，0. 4 %；Perenol F40，0.4%；醋酸丁酯，24%。
1.3.2 溶剂型(丙烯酸和醇酸)涂料
溶剂型涂料配方见表3。
| 表3溶剂型涂料配方 |
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1.3.3 水性乳胶漆
苯丙和纯丙乳胶漆配方见表4。
| 表4 水性乳胶漆配方 |
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1.3.4 不同粒径重质碳酸钙醋叔乳胶漆
表5为不同粒径重质碳酸钙醋叔乳胶漆配方。
| 表5 不同粒径重质碳酸钙醋叔乳胶漆配方 |
 注:市售325目重质碳酸钙，水分散后进行沉降分离，上层为重钙1，中间层为重钙2，下层为重钙3、分离后，用激光粒度仪测试中位粒径，测试结果(D50)分别为3.66µm,7.42µ,m和12. l5µm。 |
1.3.5 不同填料的纯丙乳胶漆
表6为含不同填料的纯丙乳胶漆配方。
| 表6 不同填料的纯丙乳胶漆配方 |
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| 注:① Lomon RS -6018为四川龙蟒水浆二氧化钛(二氧化钛含量72%); |
| ② 括号内为体积、为了保证二氧化钛的体积浓度一致，3种填料的质量不一样但体积相同； |
| ③ 配方11，12，13分别是配方8，9，10的基础上添加水浆二氧化钛。 |
1.3.6 不同填料的苯丙乳胶漆
表7为不同填料的苯丙乳胶漆配方。
| 表7 不同填料的苯丙乳胶漆配方 |
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1.4 测试方法
对比率测试:GB 9270－88 ；涂布率测试:GB/T13452. 3－92 ；粒径测试:激光粒度分析仪；基料折射率测试:基料溶剂挥发后，制成三棱镜测定折射率。
2 结果与讨论
2.1 二氧化钛遮盖力与PVC的关系
颜料体积浓度(PVC)影响二氧化钛粒子之间的距离。低PVC涂料中二氧化钛粒子之间的距离大；高PVC涂料二氧化钛粒子之间的距离小，粒子排列拥挤。当粒子之间的距离比光波半波长还小时，单个粒子不再具有独立散射中心的功能，反而降低遮盖效率[2]。在1.3.1不同PVC丙烯酸涂料配方中，二氧化钛遮盖力、涂料涂布率与PVC的关系见图1和图2o
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| 图1遮盖力与PVC的关系 |
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| 图2涂布率与PVC的关系 |
从图1可知，在PVC低于20%时，随PVC增加，二氧化钛的遮盖力增大；在PVC高于20%时，随PVC增加，二氧化钛遮盖力下降；在PVC为20%时，二氧化钛的遮盖力最高。最佳PVC与二氧化钛粒径、基料折射率等因素有关。
从图2可知，PVC低于30%时，随PVC增加，涂布率增加；PVC在30%至50%之间时，随PVC增加，涂布率基本不变。
从图1和图2分析可知，在PVC高于50%时，随PVC的增加，二氧化钛遮盖力和涂布率都增加，这是因为PVC高于50%时，基料不能包覆二氧化钛颗粒，空气取代一部分基料形成岛状空气团，产生新的散射中心。由于空气的折射率为1. 00，小于基料的折射率，由式(1)可知，空气代替基料后，np-nb的值变大，因此遮盖力增加；并且PVC越高，空气取代基料就越多，遮盖力也越高，这就是通常所说的空气干遮盖效应，这也是含填料的高PVC涂料设计的依据。
综合以上分析，在只含二氧化铁颜料的涂料配方中，最佳PVC的选择在20%-30%之间。
2. 2 金红石型二氧化钛遮盖力与基料折射率的关系
遮盖力、颜料折射率、基料折射率之间的关系见式(1)[2]
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np—颜料折射率；
nb—基料的折射率；
m—为I,orentz指数，m=0.4(np-nn) 。
从式(l)可以看出，当颜料一定时，基料折射率越小，遮盖力越大。不同基料折射率测试结果见表8
| 表8 不同基料的折射率 |
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从表8可以看出，在乳胶漆体系中，纯丙乳液比苯丙乳液折射率小，在溶剂型基料中，溶剂型丙烯酸比醇酸树脂的折射率小。因此，在同样的配方(PVC,二氧化钛含量相同)中，纯丙乳胶漆比苯丙乳胶漆的遮盖力要强，溶剂型丙烯酸涂料比溶剂型醇酸涂料的遮盖力要强配方1 ~ 4对比率(遮盖力)测试结果见表9。
| 表9 对比率测试结果 |
 注：①水性体系涂布率为10m2/L的对比率(GB/T9755-1998 )油性体系涂 布率为20m2/L的对比率(GB9270-88 )。 |
2. 3 填料对金红石型二氧化钛遮盖力的影响
2. 3. 1 填料粒径对金红石型二氧化钛遮盖力的影响
填料(体质颜料)在中高PVC涂料配方中大量使用，它既可以降低成本，也对涂料的流变性、涂膜的力学性能等方面产生影响，但填料的粒径太大时会影响二氧化钛的遮盖力。配方5~7对比率(遮盖力)测试数据说明细粒径填料可以提高二氧化钛的遮盖力。含不同粒径碳酸钙涂料的对比率(遮盖力)测试结果见表10。
| 表10 不同重质碳酸钙配制的涂料对比率 |
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在表10数据中，3个配方相同，配方7对比率很低，表明大粒径填料不利于二氧化钛的遮盖力。填料对遮盖力的影响可以用图3表示
| 表10 不同重质碳酸钙配制的涂料对比率 |
 图3 填料粒径对二氧化钛分布的影响 |
从图3可看出，在涂膜中，细粒径填料使二氧化钛分布更均匀；大粒径填料使二氧化钛聚集，降低了二氧化钛的遮盖力。
2.3.2 金红石型二氧化钛遮盖力与填料折射率的关系
填料在涂膜中对遮盖力有两个方面的影响，一方面，填料本身具有一定的遮盖力，由式(1)可知，填料折射率越大，其遮盖效应越强；另一方面，在涂膜中，填料相当于基料，式(1)也可看出，填料(相当于基料)的折射率越低，遮盖力越强。在一个配方中，选用低折射率还是高折射率的填料，要看哪一个方面起主要作用。配方8~19对比率(遮盖力)测试数据见图4和图5。
 图4 不含钛白粉只含填料的纯丙和苯丙体系中的对比率 |
从图4中可知，填料折射率的大小关系为：硅灰石>高岭土>滑石粉。3种填料的折射率见表11[3]。
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 图5 含金红石型二氧化钛的纯丙和苯丙体系的对比率 |
图5中，3种填料粒径接近(均为l250目)，粒径因素的影响很小。在含二氧化钛纯丙乳胶漆体系中，涂料遮盖力大小关系为：硅灰石>高岭土>滑石粉，因此，填料本身的遮盖效应起主要作用，折射率越大其遮盖作用越强。在含二氧化钛苯丙乳胶漆体系中，涂料遮盖力大小关系为：滑石粉>硅灰石>高岭土，由此可见，滑石粉基料效应大于其本身的遮盖效应。
从3种填料和纯丙乳液、苯丙乳液的折射率可以看出，3种填料的折射率均大于纯丙乳液的折射率，而滑石粉的折射率小于苯丙乳液的折射率。由此可见，当填料的折射率大于基料的折射率时，填料本身的遮盖效应占主导因素，折射率越大其遮盖作用越强；当填料的折射率小于基料的折射率时，填料的基料效应起主导因素，低于基料折射率的填料有更强的遮盖效应。
填料的折射率一般在1. 45－1. 65之间，基料的折射率一般在1. 45－1. 60之间。当涂料选用低折射率的基料时，选用高折射率的填料可以提高二氧化钛的遮盖力；当涂料选用高折射率的基料时，选用低于基料折射率的填料可以提高二氧化钛的遮盖力。
3 结语
从以上讨论可以看出，在一个涂料配方中，选择适当的二氧化钛体积浓度(PVC)，可以使二氧化钛的遮盖力达到最佳化；另外，正确选择基料、填料也有助于体现二氧化钛的最佳遮盖效率。
参考文献
[1] Thomas Brock Michael Groteklaes Peter Mischke. European Coatings
Handbook 2001：119,121
[2] 唐振宁.钦白粉的生产与环境治理.北京：化学工业出版社，
2000：20
[3] 武利民.涂抖技术基础.北京：化学工业出版社，1999：183一188