钛白粉增量剂介绍

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钛白粉增量剂介绍(一)

为了节省昂贵的钛白粉，降低成本，长期以来人们都积极地研究和开发利用高效价廉的体质颜料进行部分取代钛白粉。早在20世纪20年代，世界钛白粉工业刚刚起步，1920年就生产了l 000 t含锐钛型TiO2 25％、硫酸钙75％的钛一钙型复合颜料。当时曾一度流行，一直使用了几十年。这种钛一钙型复合颜料，在溶剂型涂料中性能还可以，但不适用于水性体系，因为硫酸钙在水中会长大，令人无法接受，而且痕量的钙离子和硫酸根离子，会使乳胶漆絮凝。

也有资料报道，1920年生产的是含锐钛型钛白粉25％和硫酸钡75％的钛一钡型复合颜料，由于钛一钡型复合颜料具有比其他历史更悠久的白色颜料(如铅白和锌白)高得多的遮盖性能，并且也不与当时油漆中主要成分的天然植物油起反应，即使暴露于含硫大气中也不脱色，因而这种复合颜料很快就成功地推向了市场。

自1973年世界第一次石油(能源)危机发生以来，鉴于TiO2颜料价格大幅度上涨(1973年以前世界TiO2价格每吨仅500美元)，迫使使用TiO2颜料较多的发达国家积极研究在涂料工业修改配方，尽量选用价廉物美的体质颜料取代TiO2。

经过几年的努力，到20世纪70年代末，特别是80年代初以来，一批能部分取代颜料钛白粉的体质颜料被推向市场，供涂料配方设计人员选用。应该说近20年以来，世界TiO2消费结构中，涂料所消费的比例下降了约5个百分点(美国下降得更多)。其原因之一就是涂料配方中采用TiO2代用颜料，使单位涂料的TiO2用量有所下降。在这方面，美国特别显著。

人们所开发的TiO2代用颜料种类甚多，粗略地加以分类，主要有微细化的天然和人工合成的无机体质颜料、有机高分子聚合物塑性颜料、有机高分子聚合物中空微球不透明颜料等。这些代用品之所以能部分取代TiO2，主要是因为它们能使涂膜中的TiO2性能(主要是遮盖性能)得到更充分的发挥，故可用更少量的TiO2，便能达到它在早先配方中的功能，即等于这些代用颜料使TiO2发生了“增量”。因此，能部分取代TiO2的体质颜料被称为TiO2增量剂。

迄今为止，TiO2增量剂主要用于水性建筑乳胶漆中取代部分TiO2，这是因为这种涂料应用量大，单位涂料中TiO2含量又高，有取代的潜力；在溶剂型涂料中，虽也可以部分取代TiO2，但应用并不太广泛；而低颜料体积浓度、高光泽、高耐久性的高档涂料，一般不考虑TiO2的部分取代问题，但必须适当节省TiO2。

用增量剂来部分取代涂料中的TiO2时，必须坚持的原则是不能降低涂料的性能，如建筑涂料的不渗透性、耐磨擦性等。

节约代用TiO2的基本途径有以下两条。

第一，利用微细化体质颜料的空间位隔能力，将TiO2颜料粒子均匀整齐地分布于涂膜中，不发生群集效应，使更多的TiO2粒子能起到入射光的散射中心作用。这时，微细化体质颜料也即TiO2增量剂，其作用如同一个个隔离定位剂。因此，这样的增量剂又称定位型增量剂。显然，为了起到隔离定位的作用，。TiO2增量剂的粒径必须与TiO2的粒径能相匹

配；它必须具有良好的分散性。

第二，在颜料体积浓度(PVC)超过临界颜料体积浓度(CPVC)的涂膜中，由于TiO2增量剂的加入，增大了空气一颜料界面，使涂膜中含有一定体积的空气泡，以产生干遮盖力(利用空气与TiO2增量剂之间的折射率之差所产生的遮盖力)。这就是近年来出现的空气微泡遮盖原理。白云、积雪、浪花、啤酒沫等之所以显示不透明的白色，是因为空气泡与介质之间存在折射率之差，从而发生了空气微泡遮盖。将适量空气引入涂膜中，是第二种途径的实质。

在溶剂型涂料中节约代用TiO2，主要利用第一种途径，而在水性建筑乳胶漆中节约代用TiO2，则主要利用第二种途径，但也利用第一种途径。

大白粉(碳酸钙)在湿的状态下涂刷在墙上时，由于大白粉和水的折射率相差不多，所以看起来遮盖力很差。但干了以后，由于涂膜的空气取代了水，此时两者的折射率之差变大了，所以干后看起来遮盖力大大提高。

本来涂料中的颜料粒子应被漆基所润湿，为了增加遮盖力，可以增添一部分低遮盖力的体质颜料。例如，在建筑涂料中掺入体质颜料作适当的填充，其用量超过临界颜料体积浓度时，形成有一些颜料粒子被空气包围，不被漆基润湿，反而提高了这部分颜料的遮盖力。用低遮盖力的体质颜料代替高遮盖力、价格较高的TiO2，既降低成本，又不影响遮盖力。增加体质颜料后甚至可以做成不平整涂层，更增加“质”感。

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钛白粉增量剂介绍(七)
1．1 0滑石粉

    微细级滑石粉在总φp为50％的聚乙酸乙烯乳胶漆中可节代30％TiO2，乳胶漆成本下降，但遮盖力和白度基本不降，达到了成本和性能的平衡。挪威工业非金属矿物生产商在1993年的一个展览会上展出了各种微细级滑石粉，用于节代TiO2。我国建材工业部标准JC 299一1982《涂料用滑石粉》的技术要求见表13。



1．11三水合氧化铝

    某公司开发的三水合氧化铝增量剂(中位数粒径0.25 μm)，可在乳胶漆和溶剂型色漆中取代TiO215％(体积分数)，而且在高固体分涂料中对降低VOC含量很有效。

2 有机聚合物增量剂

    20世纪70年代以来，国外利用乳液技术，开发了许多用于部分取代TiO2的有机高分子聚合物增量剂，其基本途径都是将空气泡引入涂膜中，形成干遮盖力。现在介绍几种已经商品化的有机聚合物增量剂。

2．l Sprind rifI聚合物珠

    这是Tioxide公司于20世纪70年代中期开发的，它是由苯乙烯和不饱和聚酯构成的3～15 mm珠状物，其内部含有TiO2和一部分空气。以质量计，TiO2为43％，聚合物为57％：以体积计，TiO2为0.5％，聚合物为28.5％，空气为65％。它可用于制备丙烯酸或苯乙烯一丙烯酸共聚物的平光和缎光乳胶涂料，节省TiO2用量。

2．2塑性颜料

    塑性颜料是20世纪70年代由SCM公司开发并实现商品化生产的。1975年首批用这种聚合物增量剂代替部分TiO2制备的乳胶漆，成功地投放市场，其制备工艺取得了美国和其他15个国家的专利。

  塑性颜料是通过乳液聚合法制备的亚微米、不成膜的聚苯乙烯聚合物粒子，是以54.2％固体分的乳液形式存在的。其平均粒径为0.24 μm，比乳胶漆专用型TiO2的粒径还要小。由于这种聚合物粒子微细而又呈球形，它在涂膜中的规则填充排列，形成微孔，达到空气微泡遮盖的目的，可节代TiO230％左右。

  用这种塑性颜料与基料(乙酸乙烯和顺丁烯二酸二丁酯共聚物，平均粒径0.6 μm，固体分55％)、TiO2、碳酸钙配漆，加入稳定剂和控制起泡剂，调节黏度适中，采用丁基卡必醇乙酸酯(BCA)作聚结剂，当塑性颜料用于提高PVC时，乳胶漆的技术经济效果均显著，其配方见表14。

表1 4标准配方与塑料颜料配方



漆膜检验结果表明，漆膜中存在的微孔，小于1.5 mm的累积分布率达17％，大多数孔径都小于1.5 μm。微孔浓度随PVC增大而变大，而塑性颜料粒子在涂膜表面紧密填充，因此，可以在高PVC体系中达到良好的不渗透性。

    用塑性颜料配制乳胶漆时，要通过试验，不能把它看作是TiO2的简单添入式代用颜料。

2．3不透明聚合物中空微球

    20世纪70年代，美国Rhom＆Hass公司不惜投入巨资，经多年的努力，终于在80年代推出了新型不透明聚合物中空微球体质颜料，这种聚合物增量剂与塑性颜料一样，也是以乳液形式存在。其中空微球粒子为球形，粒子大小均一，表面光滑平整，外壳为力学强度很高的苯乙烯一丙烯酸共聚物。其中OP-62粒子外径为0.4 μm，内径0.3 μm，微球内部充满水，涂膜在干燥过程中，球内的水不可逆地逸散出去，空气取而代之，从而形成了有微泡的涂膜。

OP-62视配方的不同，在每100 L中可取代5.99~11.98 kg TiO2。OP系列产品的另一个优点是可降低基料用量和提高涂料的φp，因此有相当的经济效益。采用OP-62的好处如下：①配方的范围广泛；②具有外用耐久性；⑧内用涂料具有可洗涤性；④容易使用；⑤降低TiO2和／或基料用量；⑥降低原材料成本或增加涂膜的应用性能。

    专家们认为，不透明聚合物中空微球体质颜料的开发成功，是近40年来改变涂料工业的三大成就之一(另两大成就分别是采用合成乳液聚合物代替醇酸基料和发现缔合型增稠剂，使由分散体聚合物配制成的乳胶漆具有像溶液一样的流变性)。

    总之，开发化工新产品能力极强的美国杜邦公司的技术专家们，经过30多年的科学研究工作，迄今仍没有找到一种能全部取代TiO2的代用品，只能部分节代。人们普遍认为，TiO2这种优异的白色颜料，从历史上看，它成功地取代了铅白和立德粉，成了几乎是独一无二的白色颜料；在可预见的将来，它不会被完全取代，它具有久远的生命力。

    20世纪70年代末以来，国内外兴起的一股TiO2取代热，其实并不是真正意义上的“取代”，而是通过高效增量剂，找回了一部分TiO2所失去的性能(特别是遮盖力)。60年代的一份文献上说，由于粒子控制技术和分散工艺不够先进，白色颜料因为发生聚集而有大约三分之二的遮盖力没有发挥出来。后来，尽管世界TiO2颜料制造和应用技术水平大为提高，但它远没有能够达到理想的分散水平，因此浪费遮盖力仍然不少，这就给TiO2增量剂的发展创造了条件。降低涂料配方中TiO2用量的根本出路是提高TiO2的分散性能，使其粒子在涂膜中的分布逐步趋于理想状态，即每一个粒子都能起到入射光的散射点的作用。

    我们看到，越是TiO2消费量高的国家，特别是建筑涂料消费量很大的国家或地区(如北美和西欧)，在开发TiO2代用颜料方面越积极。这说明，只有TiO2用量大了，才有节代的现实意义。在我国，多年前TiO2用量较低，涂料生产厂家的生产规模很小，节代TiO2还不是迫在眉睫之事。但是近几年来，涂料工业得到了飞速发展，大型涂料厂像雨后春笋一样出现。涂料厂家应该通过修改配方，用廉价的代用颜料在配方中取代部分TiO2，以达到降低涂料产品成本的目的。

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钛白粉增量剂介绍(六)
1．6合成铝硅酸钠

    合成铝硅酸钠也被称为合成硅酸铝，其分子式可以写成Na2O·A12O3· xSiO2·(4~6)H2O。世界上许多著名公司都生产合成铝硅酸钠。美国J．M．Huber公司作为TiO2增量剂品牌的合成铝硅酸钠的吸油量为75～125 g／100 g。

    这种TiO2增量剂可用于乳胶漆、溶剂型建筑涂料、底漆和二道浆等，最大可节代TiO2 30％，使涂料的原材料每加仑成本最大下降0.35美元(1990年价格)。这也是一种有一定遮盖力的TiO2增量剂，在涂料中节代TiO2的主要途径是空间位隔作用。除节代TiO2外，还可以改进涂料的触变性和沉降性，并可改善涂膜的一些性能。

    在PVC为60％的平光乳胶漆中，Degussa公司的合成铝硅酸钠可节代TiO2(RCL-2)25％，降低颜料成本20.1％。

1．7镁白粉

美国RMC Minerals公司于20世纪80年代末开发的镁白粉(商标简称为M-W)，是一种天然矿物的加工产品，这种矿是由高纯的Mg(OH)2和CaCO3组成。镁白粉典型化学组成和性能见表9。

  

据试验，它是一种TiO2的有效增量剂，在TiO2取代量l0％~40％的条件下，可提高涂膜不透明度和附着力，增大可冲刷性和洗涤性。另外，它还是一种良好的阻燃剂。有潜力用于内用建筑漆、白色路标漆、黄色路标漆，能节省TiO2。

1．8白硅石粉

  白硅石粉是天然SiO2在1 500℃高温下进行改性而制得的一种体质颜料。白硅石粉主要性能见表10。



  

  德国某公司与比利时某公司合作开发了一系列的白硅石粉，其中包括砂状的和粉状的以及数种微细化的和表面处理的。微细化的白硅石粉可以在内用和外用有机改性硅酸盐分散性涂料(乳化漆)以及有机硅树脂外墙涂料中取代TiO2，取代量可达20％。

    颗粒较粗的白硅石粉，在各种抹墙涂料(有机改性硅酸盐墙面涂料、分散性光滑表面的墙面涂料、辊涂型分散性墙面涂料和拉毛分散性墙面涂料)中可取代TiO2。在以丙烯酸为基料的普通路标漆和冷熔型或热熔型路标漆中，微细化的白硅石粉广泛使用。此外，在1~3 mm厚的塑性路标漆中，粗粒级的白硅石粉可改进防滑性。粗粒级白硅石粉还用于与玻璃珠混合(75：25)，在路标漆中起固着和反光作用。

1．9硅灰石粉

    天然无铁和微细级硅灰石粉(偏硅酸钙)，可在涂料中取代TiO2。硅灰石碱性大，非常适用于聚乙酸乙烯乳胶漆，因为它能中和酸性，使颜料分布均匀，并且还能用于连接不适宜于酸性介质的颜料。

    合成硅灰石粉是可取代TiO2的有遮盖力的优质填料。例如，日本利用美国某公司生产的合成硅灰石粉，在聚乙酸乙烯乳胶漆中，可代替20％TiO2，并且成本略有降低。

    国内外典型硅灰石的化学成分见表1l。硅灰石粉的物理性能见表12。

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钛白粉增量剂介绍(五)
1．4重质碳酸钙

    重质碳酸钙矿种很多，如方解石、白垩、石灰石、大理石等。有时白云石也算作天然碳酸钙类。重质碳酸钙为天然碳酸钙，又称大白粉，系用纯度较高的石灰石或大理石研磨而成，是涂料中用量很多的体质颜料。其质量要求为：细度(过325目筛)≥99％；CaC03含量／>95％；。Fe2O3≤0.1％；盐酸不溶物≤0.5％；吸油量14~25g /100 g。

    微细级天然碳酸钙主要在底漆及无光乳胶漆中部分取代TiO2，取代量为10％~20％不等。世界上有名的天然碳酸钙生产商Omya公司生产的微细级产品Omyacarb Extra(平均粒径0.9 mm，最大粒径5 mm，白度93％，吸油量20 g/100 g，大理石质)，可在内用平光乳胶漆、外用平光乳胶漆和缎光乳胶漆中取代TiO2，而新一代产品Calcigloss(平均粒径0.9 μm，最大粒径4 mm，白度95％，吸油量21 g／100 g，大理石质)，则可在缎光乳胶漆、路标

漆、半光粉末涂料、有光乳胶漆、有光磁漆、有光烘烤涂料以及有光粉末涂料中取代TiO2。

    有一种白色有光醇酸烘烤型涂料的试验配方中，用Calcigloss GU取代部分TiO2(12.5％，体积分数)，没有影响涂膜性能(光泽和过度烘烤后的保光性)，原材料成本却下降10％。

    用Omyacarb系列天然碳酸钙配套系统在水性路标漆中不仅可节约32％TiO2，而且由于Omyacarb Extra的加入，干燥时间缩短了1／2，而其他指标如昼夜能见度、对比率、附着力、耐久性等，都未受到影响。其配方见表7。
      表7天然碳酸钙在水性路标漆中节代TiO2的配方



  

①平均粒径4.5 μm的天然碳酸钙；

    ②平均粒径11 mm的天然碳酸钙；

    ③表面处理的天然碳酸钙，平均粒径1.7 mm；

    ④平均粒径0.9 mm的天然碳酸钙：

    ⑤润湿剂抗沉降剂：

    ⑥润湿剂／稳定剂：

    ⑦消泡剂；

    ④2，2，4一三甲基一1，3一戊二醇单异丁酸酯；

    ⑨用作醇溶性溶剂；

    ⑩防腐剂。

1．5轻质碳酸钙

  轻质碳酸钙密度小、颗粒细、着色力和遮盖力强，不溶于水，但水中含有碳酸气时，能微溶，遇酸即溶，易吸潮，有微弱碱性，不宜与不耐碱的颜料一起使用。在一般的低档、中档建筑涂料中用量很大，有些配方中可高达25％。

    生产轻质碳酸钙的主要原料为石灰石，其中CaC03含量应>98％，含镁盐1％左右，含铁、铝氧化物0.5％以下。将石灰石破碎至粒度150 mm左右，煤的粒度为38~50 mm。煤：石灰石 = 1：(8~11)，放入炉内，在900～1100℃下煅烧。石灰石分解为石灰和CO2。其反应式如下：

    CaCO3 → CaO + CO2 ↑

    将石灰用3~5倍的水进行消化，温度在90℃左右，时间1.5~2 h，消化后石灰乳浓度为10~18 Be，经过滤除去杂质后进入碳化塔碳化。另外CO2经洗气槽净化后送入碳化塔，浓度为30％~40％，碳化温度为60~70℃，碳化压力为0.08 MPa左右，碳化时间视CO2浓度、流量及料液容积而异，碳化终点pH值为7左右。其消化和碳化的反应式如下：

    CaO + H2O → Ca(OH)2

    Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3↓ + H2O

    碳化后的碳酸钙浆料经离心脱水、回转窑干燥、冷却、粉碎、包装即为轻质碳酸钙成品。

    国家标准GB 4794—1984．《轻质碳酸钙》的技术要求见表8。

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钛白粉增量剂介绍(四)
1．2重晶石粉

    用微细化的天然重晶石粉(BaS04)取代白干型醇酸树脂面漆中的TiO2时，取代量最大到TiO2重晶石粉为7：3，不影响其性能。

    有人通过系统试验证明，重晶石粉部分取代醇酸树脂涂料中的TiO2，完全不影响涂料性能。所用的醇酸树脂为中油度(酸值13.5，羟值38，平均相对分子质量2428)，含有55％亚麻油、甘油和苯二甲酸酐；所用的TiO2为商业等级，溶剂为石油溶剂与二甲苯l：l的混合溶剂，催干剂为环烷酸钴和环烷酸铅，颜料体积浓度为30％。当配方中的TiO2的PVC由30％下降到20％，重晶石的PVC由0增加到l0％时，耐候性试验前后，光泽和划痕硬度都有改进，而对于冲击强度和柔韧性等力学性能，也没有副作用。但是取代量超过10％(PVC)时，会影响涂膜性能，故不可取。微细化重晶石粉在有光醇酸磁漆中节代TiO2的配方见表3。

表3微细化重晶石粉在有光醇酸磁漆中节代TiO2的配方(PVC为15％)



1．3沉淀硫酸钡

    沉淀硫酸钡是由氯化钡与硫酸钠或硫化钡与硫酸钠反应而制得。其反应式如下：

    BaCl2 + Na2SO4 → BaSO4↓ + 2NaCl

    BaS + Na2SO4 → BaSO4 ↓ + Na2S

    世界上最著名的沉淀硫酸钡生产商是德国Sachtleben Chemie公司，它生产的沉淀硫酸钡的商标．Blanc Fixe，几乎成了硫酸钡的代名词。

该公司生产以下三个级别：标准级(N)，精细级(F)和微细级(Micro)。各等级沉淀硫酸钡的技术数据见表4。

        表4各等级沉淀硫酸钡(BIanc Fixe)的技术数据



    从表4可知，沉淀硫酸钡，特别是微细级的产品，具有优异的颜料性能。它耐酸、耐碱，不溶于水和有机溶剂，因而具有耐光性和耐候性，可与耐久型TiO2配套使用。

    由于粒径更微细和填充性能好，微细级硫酸钡在取代TiO2方面性能显著，它在各种涂料系统中不仅可取代一定数量的TiO2(见表5)，而且还可以提高涂料系统的PVC，这样，其经济性是明显可见的。此外，微细级硫酸钡还可改善涂膜光泽、减少涂膜发花，不影响涂膜附着力和弹性等物理力学性能。

                表5微细级硫酸钡在涂料中节代TiO2数据


①系指在恒定总PVC下的TiO2节代量；②欧洲所谓的装饰性涂料系指溶剂型建筑涂料。

    据试验，在含有高耐候性TiO2的烘烤型涂料中，用微细级硫酸钡代替25％(体积分数)TiO2涂膜的光泽仍然很好；在含有高耐候性TiO2的白干型涂料中，用其代替10％TiO2，不会影响其保光性。

     硫酸钡的品质细、颜色白、颗粒均匀，在涂料中易研磨，不透明度大。其性能除与天然硫酸钡的性能相似外，还优于天然硫酸钡。我国国家标准GB 2899一1982《沉淀硫酸钡》的技术要求见表6。

            表6沉淀硫酸钡的技术要求(GB 2899—1 982)

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钛白粉增量剂介绍(三)
目前世界上有的无机体质颜料生产商，还开发了有一定真正遮盖力的TiO2增量剂。显然，采用这种增量剂，取代TiO2的份额会更多。

    美国学者Stieg对涂料中TiO2的节约代用进行了广泛而有深度的研究。他提出了用冲淡效率Ed来表征无机增量剂的空间位隔效应。某些无机增量剂的冲淡效率Ed值见表1。



显然，粒径越细小，其Ed值越高，取代TiO2的能力越大。

Stieg提出了含有TiO2增量剂的涂料中TiO2的有效颜料体积分数φep概念：



  

Stieg还提出了在平光乳胶漆中，用轻(中)包膜的通用型TiO2(TiO2含量95％)与无机高效TiO2增量剂如微细化天然碳酸钙构成的颜料系统，来代替重包膜的乳胶漆专用型TiO2(TiO2含量80％)与粗粒天然碳酸钙构成的颜料系统的新思路，来降低涂料成本。

1无机增量剂

    据1990年3月在美国密苏里州圣路易斯举办的涂料、造纸和塑料节代TiO2研讨会指出，有节代TiO2潜力的无机体质颜料很多，例如，瓷土(煅烧瓷土、片状瓷土、水合瓷土)、碳酸钙(干磨天然级、风选天然级、沉淀级)、重晶石粉、沉淀硫酸钡、滑石粉、绿泥石粉、水镁石粉(天然氢氧化镁)、白云石粉、硅藻土(熔融煅烧级、天然级)、叶蜡石粉、二氧化硅(晶体级、微晶级)、白硅石粉、三水合氧化铝、海泡石粉、云母、合成铝硅酸钠和合成SiO2等。

    为了能有效地节代TiO2，无机体质颜料的粒径必须微细化，能通过20 μm(625目)和10 μm(1250目)筛，平均粒径5 μm和3 μm，绝大多数粒径达到了亚微米级，以便能与TiO2粒径相比较。生产天然微细化无机体质颜料的主要途径，是采用气流粉碎技术，这类体质颜料又称为微细化体质颜料。

    此外，为了使这种增量剂充分分散并能与基料(尤其是溶剂型基料)相容，有的要进行有机表面处理。经有机表面处理的体质颜料，国外有时称化学预处理体质颜料。凡化学预处理的增量剂，必定是微细化的增量剂。

    无机增量剂不仅可以降低涂料成本，而且还可以改进涂料和／或涂膜的某些性能，如改进涂料流变性、防沉淀性、防结块性和防止霉菌生长、繁殖等，增加底面漆间的附着力和施工流平性，并提高涂膜的物理力学性能等。

    微细化无机体质颜料与TiO2颜料之间的匹配性，会随涂料系统的不同而差异很大。在一种配方中被证明节代TiO2有效的无机增量剂，不一定适用于另一种涂料配方。因此，取代时必须根据具体情况进行可行性试验。

    现具体介绍几种无机增量剂在涂料中取代TiO2的情况。

1．1瓷土

    瓷土又称高岭土，是天然矿物水合硅酸铝，分子式可以写成Al2O3·2SiO2·2H2O。根据加工工艺不同，可分为水合瓷土、水合片状瓷土、煅烧瓷土、表面处理瓷土等。

    煅烧瓷土又可分闪急煅烧瓷土和徐热煅烧瓷土。前者是以极快的速度加热瓷土，使其颗粒的外表面脱水和熔融，而其内部水还来不及脱掉。冷却后，内部水便封闭在熔融颗粒内部，使颗粒膨胀，降低其相对密度。后者加热时间长，温度较高，当颗粒熔融时，脱水的颗粒发生聚集，形成开放式结构的颗粒。煅烧瓷土是一种有遮盖力的无机体质颜料。

微细化的瓷土可在低PVC有光醇酸磁漆、高PVC平光乳胶漆、水性烘烤磁漆、高固体份工业涂料、环氧涂料、聚氨酯涂料、卷材涂料、集装箱涂料、金属家具涂料、金属货架涂料、家用电器涂料、一般工业涂料和海事工程用的层压材料的胶衣中部分取代TiO2，取代量10％~30％不等。

  据美国Engelhard公司介绍，用该公司的超浮选级水合瓷土ASP-170，可在PVC为15％的有光醇酸磁漆中取代10％高光泽金红石型TiO2(R-900)，涂料中的颜料成本下降10％。水合瓷土在有光醇酸磁漆中节代TiO2的配方和性能见表2。

表2水合瓷土在有光醇酸磁漆中节代TiO2的配方和性能(PVC为15％)



  

  该公司指出，在PVC为60％的丙烯酸平光乳胶漆中，用其两种煅烧瓷土可分别代替27％和30％的TiO2 (RCL-2)，涂料用的颜料成本，可分别下降20.1％和19.5％。

    粒径0.4 μm的水合瓷土ASP-RO在溶剂型和水性涂料中具有优异的分散性和应用性能。在高固体分工业磁漆中，它的高明度可使涂膜很白，而它的低吸油量则有助于涂膜耐久性的提高。

    在一种聚酯水性白烘烤涂料中，ASP-RO可代替10％TiO2，涂料性能不变，每升成本下降0.09美元。

    在另一种高固体分聚酯白色烘烤涂料中，用ASP-RO代替10％TiO2 (RCL-9)，涂料性能保持不变，每加仑成本下降0.37美元。

    由于环保法规的强化，水性路标线漆在欧美发达地区被广泛采用。目前西欧80％的路标漆已水性化了，每年因此减少1万t有机溶剂的排放量。在白色水性丙烯酸路标漆中，水合瓷土ASP-170和煅瓷土Satintone W可取代7.4％(体积分数)TiO2(R-902)，每升节省原材料成本0.045美元。

    据最近报道，Engelhard公司又开发了更微细的瓷土，其粒径<0.25 μm，可用于某些乳胶漆和溶剂型磁漆中取代部分TiO2和低PVC色漆中的彩色颜料。

    20世纪80年代中期，美国涂料工业每年需要瓷土约30万t，其中煅烧瓷土约占40％，有力地促进了TiO2的节约代用，并改进了涂膜的许多性能。

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钛白粉增量剂介绍(二)
涂料配方设计师们发现，各种廉价的天然非金属矿物填料以及某些合成无机填粹，当其粉体粒径达到微细级(大多数颗粒为亚微米级)，基本上可与所配套应用的TiO2粒径相比较时，便能在一些水性建筑乳胶涂料、水性路标漆、水性纸张涂料等涂料中，产生很强的空间位隔能力，像一个个隔离物一样，把挤在一起的TiO2颗粒隔离开，使它们均匀分布于涂层中(见图1)。


   这样，由于TiO2颗粒基本上处于等距离的(平面的和空间的)理想分布，就等于增多了对入射光的有效散射点，从而增加了TiO2颜料的遮盖力，起到了少用TiO2而达到相同遮盖力的目的。20世纪70年代以来，国外的涂料单位所消耗的TiO2量逐步下降，与大量应用微细化的无机填料有一定关系。据计算，如果涂料中应用的全部TiO2颜料颗粒都能达到较理想的分布，那么世界TiO2的需求量，会从20世纪末的水平上再下降约14％，很明显，只有微细化的填料才有这样的作用。

    例如，同为大理石粉，若加工成平均粒径为0.9 μm，最大粒径为4~5 μm，白度为93％~95％，吸油量为20~21 g/100g时，最多可节约代用30％TiO2(一般为10％~20％)，还可用于节约代用沉淀碳酸钙和沉淀硫酸钡等价格较高的合成填料，而加工成平均粒径为1.7~9.0 μm的各种大理石粉，在涂料中都不能起到上述作用。由于颗粒微细化程度极高，一种微细化的天然大理石粉，不仅能取代部分TiO2或沉淀碳酸钙和沉淀硫酸钡，还可扩大应用范围，如用于半光或丝光涂料、半光路标漆、半光粉末涂料、高光泽乳胶漆、高光泽磁漆、高光泽烘烤漆、高光泽油墨和高光泽粉末涂料。在一种水性路标漆中，采用微细化重质碳酸钙填料，会使配方中的TiO2，由原先的14.8％下降到10％，降低成本9％，同时干燥时间大大缩短。

    选用遮盖力大的颜料，即使色漆中的颜料用量较少，也可达到覆盖底层的目的。为了节约贵重颜料的用量，在保证色漆具有一定遮盖能力的前提下，可添加适量的体质颜料，以降低涂料的成本。

    据认为，在颜料体积浓度超过临界颜料体积浓度的建筑乳胶漆涂膜的总遮盖力，为三种遮盖力之和：

    总遮盖力=TiO2的真正遮盖力+TiO2颜料包膜层的干遮盖力+TiO2增量剂的干遮盖力

    从这个公式可知，如果能增加TiO2包膜层的干遮盖力和／或增加TiO2增量剂的遮盖力，那么就可以在降低TiO2颜料的真正遮盖力的条件下，使总遮盖力保持不变，从而节省部分TiO2。

    为增加TiO2包膜层的干遮盖力，国外普遍采用水性平光建筑乳胶漆专用的重包膜的TiO2，这种品种的TiO2有四个特点：一是基体TiO2含量很低，只有80％~90％，因此价格比较便宜；二是包膜为多孔海绵状的，其量很大，约为10％~20％，在涂膜干燥后，会含有一定的孔隙度，容纳空气泡，形成干遮盖力；三是其吸油量和吸水量均很高，以便产生干遮盖力；四是粒径较大，适于高颜料体积浓度的体系使用。

    为增加TiO2增量剂的干遮盖力，可采用微细化无机体质颜料，也可以采用塑性颜料或聚合物中空微球，借助于它们与空气泡之间的折射率之差产生干遮盖力。