高固體組分涂料專用鈦白粉有機包膜研究

齊飛+王智+李慶

摘 要：本文采用了不同的有機包膜劑處理鈦白粉，并研究了不同加量對鈦白粉指標的影響。結果發現，有機硅包膜產品白度、高攪分散、消色力和耐候性均較其他包膜劑好，并且加量在0.3%時，指標最佳，應用在生產上很穩定，符合高固體組分涂料的要求。

關鍵詞：涂料；鈦白粉；有機包膜；有機硅

1引言

鈦白粉即二氧化鈦，性狀為白色粉末，無毒，廣泛應用于造紙、涂料、塑料、橡膠等行業。[1]

二氧化鈦具有高的光催化活性，其表面存在晶格缺陷，使其粒子表面上存在許多光活化點，如果不經表面處理直接用在涂料中，其高的光化學活性會導致在使用過程中催化降解與其接觸的有機物質，使涂料產生失光粉化脫落等現象。[2]要使鈦白粉性能達到令人滿意的效果，必須對鈦白粉進行表面改性。[3]

有機包膜劑是通過其親水極性基團被物理吸附在鈦白粉表面，其親油的非極性基團向外與有機分散介質作用，以增強與分散介質的潤濕性能。[4]有機包膜劑在鈦白粉表面形成非常均勻，致密的有機包膜層，該膜層可以消除或削弱鈦白粉顆粒間的極性吸附，防止鈦白粉粒子團聚，增強鈦白粉的光化學穩定性。[5]

高固體組分涂料是指溶劑含量比傳統涂料低得多的溶劑型涂料，一般固體組分質量百分含量為60%～80%。鈦白粉在涂料應用中因受到陽光照射，溫度變化，風吹雨淋等外界條件的影響，易出現褪色、變色、龜裂、粉化和強度下降等一系列老化的現象[6]。因此高固體組分專用鈦白粉要求其配制所用的鈦白粉具有良好的耐光性和耐候性，否則涂層就會變黃或粉化[7]。要獲得耐候性能優異的高固體組分專用金紅石鈦白粉，需要對鈦白粉進行無機和有機表面處理以封閉其光化學活性點，改變粒子表面性質[8]。

本文通過實驗，選出了最佳的有機包膜劑，研究了其加量對鈦白粉性能的影響，最終優選最佳的有機包膜工藝條件，為制備高固體組分涂料專用鈦白粉提供理論依據。

2 實驗部分

2.1主要儀器與試劑

干燥后鈦白粉（安徽金星鈦白），去離子水，小型汽粉機，高速分散機（0～9999轉/分），烘箱

2.2實驗方法

本實驗采用濕法包膜：取干燥后樣200g，加入200ml去離子水，攪拌均勻后，將有機包膜劑按1：1（體積比）稀釋后，加入鈦白粉漿料中，在1500r/min轉速下包膜10min，結束后，抽濾，將濾餅在150℃下烘干，用小型汽粉機粉碎，檢驗其各項指標。[9]

3 結果與討論

3.1不同有機包膜劑對鈦白粉指標的影響

由上述實驗數據中可見，TME、NPG、MPG、單乙醇胺的鈦白粉白度普遍偏低，分散性不好； TMP包膜產品白度、高攪分散性好，但耐候性較差，200℃就發生黃變；有機硅包膜產品白度、高攪分散、消色力和耐候性均較其他包膜劑好。因此我們選用有機硅作為表面處理劑。

3.2有機包膜劑加量對鈦白粉指標的影響

我們選取有機硅作為表面處理劑，研究不同加量對鈦白粉指標的影響。結果如表2：

由上表可見，隨著有機硅加量的增加，b值顯著下降，高攪降低，耐候性增強。但是加量超過0.3%，鈦白粉流動性太強，不利于生產控制，且浪費成本。因此，加量在0.3%較好。

3.3有機硅對鈦白粉白度的影響

取5個干燥后的鈦白粉，加入0.3%的有機硅，測試對比其亮度變化情況，結果如表3所示：

由上表可見，有機硅包膜對提升L值，降低b值效果明顯。

3.4生產穩定性測試

使用四川昊泰靶式汽粉機（φ1200），粉碎壓力1.4～1.6MPa，進料量2.5～3.5t/h，有機硅加量0.3%，連續生產10小時，每2小時取一個樣，測試其各項指標如表4：

由上表可見：

（1）L值在95.33～98.40之間，b值在1.68～1.80之間波動，波動較小，且產品白度較高。

（2）TCS在2020～2030之間，處于較高水平。

（3）△E （200℃2h）均在0.2以下，說明其耐高溫性能較好。

（4）高攪均在20～25之間，說明其在樹脂體系中分散較好。

4 結論

（1）有機硅包膜產品白度、高攪分散、消色力和耐候性均較其他包膜劑好。因此，我們選用有機硅作為高固體組分涂料專用鈦白粉的有機包膜劑。

（2）有機硅包膜對提升鈦白粉白度方面有較好的效果。

（3）有機硅加量在0.3%時，鈦白粉的亮度、分散性、耐候性、流動性最佳，連續生產穩定，符合要求。

參考文獻：

[1]張小兵.低成本通用性鈦白粉有機硅包膜劑的開發[J].中國高新技術產業，2014，9：19～21

[2]陳衛，劉強等.二氧化鈦粉體的硅包膜研究[J].云南冶金，2012，4，2（41）：81

[3]張淑霞，李建保，張波.TiO2顆粒表面無機包覆的研究進展[J].化學通報，2001（2）：71～74

[4]王玥.鈦白粉無機包膜優化研究[J].四川冶金，2014，4，2（36）：39～40

[5]侯清麟，王靖文等.正交試驗優化金紅石型鈦白粉鋯鋁包膜工藝[J].湖南工業大學學報，2014，9，5（28）：56～57

[6] Zhang J， Chen CF， Yin F， et al. Surface Modification of Nano-TiO2 by Polyvinyl Pyrrolidone In Situ[J]. Synthesis and Reactivity in Inorganic Metal-Organic and Nano-Metal Chemistry， 2016， 46（8）： 1250-1253

[7]鄧捷，吳立峰.鈦白粉應用手冊[M]. 化學工業出版社，2005.

[8]Mao L， Li Q， Dang H， et al. Synthesis of nanocrystalline TiO2 with high photoactivity and large specific surface area by sol-gel method[J]. Materials research bulletin， 2005， 40（2）： 201-208.

[9]金斌，有機硅包膜劑在金紅石鈦白有機包膜中應用[J].攀枝花科技與信息，2013，1（38）：13～14

作者簡介：

齊飛，男，1987年9月，本科，助理工程師，研究方向：鈦白粉生產技術