金红石型二氧化钛在涂料中遮盖力的影响因素

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摘　要：从涂料颜料体积浓度(PVC)、基料折射率、填料粒径、填料折射率四个方面探讨了金红石型二氧化钛在涂料中遮盖力的影响因素。 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 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　 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 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 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 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 图1遮盖力与PVC的关系 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] 式中　HP—遮盖力； 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 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 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]。       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

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结论可靠吗