鈦白粉性能對(duì)涂膜光澤度的影響

傅正彥，梁 艷

（山東道恩鈦業(yè)有限公司，山東龍口 265700）

涂料是指一種保護(hù)、裝飾物體表面的材料，這種材料通過采用特定的涂裝工藝涂覆在工件表面上，經(jīng)物理或者化學(xué)干燥固化后，形成固態(tài)薄膜，這類固態(tài)薄膜又稱漆膜或者涂膜。而鈦白粉屬于涂料中的顏填料類別，因其良好的光學(xué)性能，在白色漆中的占比高達(dá)10%～30%，是涂料中應(yīng)用最為廣泛的白色顏料。

涂膜的光澤度指涂料固化干燥成膜后對(duì)投射光線的反射能力，涂膜表面對(duì)光線反射的能力越強(qiáng)，說明其光澤越高。涂膜的光澤度是涂料的一項(xiàng)重要性能指標(biāo)，它對(duì)被涂物件的外觀質(zhì)量有很大的影響，涂膜光澤度的評(píng)價(jià)一般使用光澤儀測(cè)量，在入射光的一個(gè)角度或多個(gè)角度測(cè)量鏡面發(fā)射率即表觀為光澤度。涂膜的光澤度受涂料配方中多種組成的影響，比如其成膜物質(zhì)本身的光學(xué)屬性、顏填料的種類、分散潤濕劑的類型、涂料助劑的相容性、涂料配方的顏基比、涂裝底材、及涂裝表面的平整度等。而在實(shí)際應(yīng)用中，顏料中的鈦白粉本身是沒有光澤的，其應(yīng)用于涂料干燥后的涂膜才有光澤，但在涂料配方或油墨配方設(shè)計(jì)中，顏料本身的性能對(duì)涂膜的光澤有較大的影響。鈦白粉作為涂料中應(yīng)用最廣泛的無機(jī)白色顏料，其本身的各種性能對(duì)涂膜的光澤影響不一。本文考察了鈦白粉的粒徑、鈦白粉表面處理的方式、分散性能、鈦白粉的吸油量以及在涂料配方中的添加量（顏料體積濃度）對(duì)漆膜光澤的影響，以為鈦白粉的生產(chǎn)開發(fā)及涂料配方設(shè)計(jì)提供理論參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

改性醇酸樹脂：工業(yè)級(jí)，長興化學(xué)工業(yè)有限公司；涂料助劑及溶劑均為市售工業(yè)品；涂料基礎(chǔ)清漆配方以改性醇酸樹脂∶溶劑∶混合助劑=55∶18∶2混合均勻配制而成。實(shí)驗(yàn)用鈦白粉為公司自產(chǎn)。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

全自動(dòng)震蕩混勻機(jī)（MIX-3459）：南京方華儀器設(shè)備有限公司；全自動(dòng)涂膜機(jī)（Y02-VS）：南京云鳳儀器有限公司；光澤度計(jì)（AG-4448）：德國比克化學(xué)有限公司；高速分散機(jī)（SAE-4056）：上海五華儀器有限公司；激光粒度儀（Mastersizer 3000E）：上海思百吉儀器系統(tǒng)有限公司；刮板細(xì)度計(jì)：上海天辰現(xiàn)代環(huán)境有限公司；濕膜制備器：上海天辰現(xiàn)代環(huán)境有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

稱取醇酸樹脂涂料基礎(chǔ)清漆液和鈦白粉樣品（質(zhì)量比為70∶30），于高速分散機(jī)2 500r/min 分散10min，然后加入等量的研磨玻璃珠，放入全自動(dòng)震蕩混勻機(jī)中震蕩分散15min。將震蕩混勻后的涂料置于自動(dòng)涂膜機(jī)上，用100μm 濕膜制備器以固定的壓力，1.50cm/s 的速度在干凈的玻璃板上進(jìn)行刮涂，制備平整的漆膜。將制備好的漆膜置于恒溫恒濕房（溫度25℃±1℃，相對(duì)濕度 50%±5%）干燥 24h，然后用光澤計(jì)對(duì)漆膜測(cè)定20°的光澤度。（測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)參照標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 97542007 色漆和清漆不含金屬顏料的色漆漆膜的 20°、60° 和 85°鏡面光澤的測(cè)定》）。

2 結(jié)果與分析

2.1 鈦白粉顆粒粒徑分布對(duì)涂膜光澤的影響

分別考察鈦白粉顆粒不同粒徑尺寸分布對(duì)涂膜光澤度的影響，采用激光粒度儀選取不同粒徑的鈦白粉，考察粒徑在0.2～2μm 分布對(duì)涂膜狀態(tài)的影響。根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)方法測(cè)試不同粒徑的涂料干燥后的涂膜光澤并觀察其外觀，每個(gè)實(shí)驗(yàn)平行測(cè)定3次，取3次平均值。鈦白粉粒徑分布對(duì)涂膜光澤及外觀狀態(tài)影響的數(shù)據(jù)如表1所示，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)鈦白粉顆粒粒徑0.5μm以上分布含量較多時(shí)，涂膜的光澤明顯較低；同時(shí)對(duì)比實(shí)驗(yàn)2和實(shí)驗(yàn)3，發(fā)現(xiàn)當(dāng)鈦白粉顆粒粒徑＜0.2μm分布較多時(shí)，光澤也有明顯降低，可能為粒徑太細(xì)鈦白粉顆粒容易在成膜過程中發(fā)生聚集，致使涂膜表面凹凸不平，從而使涂膜的光澤度下降。

表1 鈦白粉粒徑分布對(duì)涂膜光澤的影響

2.2 鈦白粉表面包覆對(duì)涂膜光澤的影響

鈦白粉的表面包覆處理是鈦白粉生產(chǎn)工藝中后處理的核心工序，包覆處理后的鈦白粉能明顯提升其分散穩(wěn)定性與及其他填料的綜合應(yīng)用性能，鈦白粉不同的包覆處理以適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)景。鈦白粉的表面包覆處理可以分為無機(jī)包膜和有機(jī)包膜兩大類，不同包覆處理的鈦白粉對(duì)涂膜的光澤也有一定的影響。

鈦白粉表面包覆方式對(duì)漆膜的光澤有明顯的影響。硅鋁包膜（SiO2/Al2O3）的鈦白粉產(chǎn)品制備的涂料相對(duì)于鋯鋁包膜（SiO2/Al2O3）的鈦白粉產(chǎn)品，其漆膜光澤度稍低。鋁包膜的鈦白粉產(chǎn)品制備的涂料漆膜光澤最佳，適宜制備高光涂料。由于硅包膜的鈦白粉粒子表面致密度稍低，存在部分疏松多孔狀，導(dǎo)致涂料干燥后的漆膜不夠平滑，平整度稍差，其光線的反射能力變差，從而降低了涂料的光澤。同時(shí)有機(jī)包覆的鈦白粉采用三羥甲基乙烷（TME）處理的鈦白粉光澤略高于三羥甲基丙烷（TMP）處理的鈦白粉，硅烷類處理的鈦白粉對(duì)漆膜的光澤度影響更為明顯。

2.3 鈦白粉吸油量對(duì)涂膜光澤的影響

粉料的吸油量指定量的粉料，逐步滴入油，把滴加的油脂與粉料剛好黏合成團(tuán)，即粉料被完全潤濕，一般以100g 粉料所吸收的油的最低克數(shù)表示。鈦白粉的粒徑越小，比表面積越大，團(tuán)聚絮凝的顆粒多，顆粒間隙越大，鈦白粉的吸油量越高。

在普通的溶劑型涂料中，鈦白粉的吸油量是其選擇的重要參考指標(biāo)，高吸油量的鈦白粉在涂料中需要更多的溶劑來潤濕分散，鈦白粉吸附樹脂能力下降，導(dǎo)致鈦白粉在涂料分散性和分散穩(wěn)定性降低，涂料干燥成膜后其漆膜的表面形成不均勻的凹凸。同時(shí)，因?yàn)殁伆追畚土扛撸苛象w系的黏度也相應(yīng)增高，過多的溶劑和樹脂油的消耗將會(huì)導(dǎo)致涂膜的流平性能下降，直接影響了漆膜表面的平整度，涂膜的光澤隨之下降。

考察了同類型表面處理工藝條件下鈦白粉，不同吸油量對(duì)涂料制成漆膜后光澤的影響，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。圖1結(jié)果表明，鈦白粉吸油量在14～19g 時(shí)，吸油量越高，用其制備涂料的漆膜光澤反而越低，鈦白粉的吸油量對(duì)涂膜表面的平整度有著直接的影響，進(jìn)而影響涂膜的光澤。

圖1 鈦白粉吸油量對(duì)漆膜光澤度的影響

2.4 鈦白粉的分散性對(duì)涂膜光澤的影響

涂膜表面的平整度直接影響著漆膜的光澤，涂膜表面越平滑，漆膜表面反射光線能力越強(qiáng)，光澤就越高，反之，涂膜的光澤越低。鈦白粉顆粒在涂料中尺寸分布均勻，能均勻地分散于涂料中，無明顯的粗顆粒，其制備的涂料涂膜光澤也會(huì)較高。

本文考察了鈦白粉的分散性對(duì)涂膜光澤的影響，分散性的測(cè)定方法依照標(biāo)準(zhǔn) 《GB/T 21868.3—2008 顏料和體質(zhì)顏料評(píng)定分散性用的分散方法》 進(jìn)行，分散實(shí)驗(yàn)以先前制備醇酸樹脂清漆，以高速攪拌機(jī)2 500r/min 高速分散10min，調(diào)整制備的涂料黏度接近以保證進(jìn)行高速分散的剪切力接近。分散測(cè)試結(jié)果如圖2所示。結(jié)果表明，鈦白粉在涂料中的分散細(xì)度越低，漆膜的光澤也會(huì)越高，未分散均勻鈦白粉顆粒越多，漆膜的表面平整度相對(duì)越差，其漆膜的光澤度則越低。

圖2 鈦白粉分散細(xì)度對(duì)漆膜光澤度的影響

2.5 顏料體積分?jǐn)?shù)對(duì)漆膜光澤的影響

本文考察了不同顏料體積分?jǐn)?shù)（PVC）對(duì)漆膜光澤度的影響，本實(shí)驗(yàn)的PVC 以鈦白粉在涂料中的添加量所表示，不含其他顏料，一般涂料的顏料體積分?jǐn)?shù)越高漆膜的光澤有略微下降的傾向。結(jié)果如圖3所示，當(dāng)PVC 在10%～15%時(shí)光澤較高，且比較穩(wěn)定，其光澤受顏料體積分?jǐn)?shù)的影響較小。當(dāng) PVC＞15%時(shí)，隨著PVC 的增加，漆膜的光澤表現(xiàn)為急劇下降。顏料本身無光澤度，涂料的光澤主要來源于樹脂基料，隨著顏料體積分?jǐn)?shù)的提高，其漆膜的表面粗糙度也會(huì)有所提高，同時(shí)因顏料含量過多，涂料成膜過程中溶劑揮發(fā)較快，溶劑的快速揮發(fā)會(huì)促進(jìn)涂膜的下層和上層對(duì)流加劇，形成貝納德漩渦，同時(shí)顏料不停向上遷移，容易造成漆膜光澤的大幅下降[4]。

圖3 顏料體積濃度對(duì)涂膜光澤的影響

3 結(jié)論

探究了不同鈦白粉性能對(duì)其制備的涂料漆膜光澤度影響，分別考察了鈦白粉的粒徑、表面處理方式、吸油量、顏料的分散性及顏料體積濃度（PVC）對(duì)漆膜光澤的影響，其影響因素的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：

1）當(dāng)鈦白粉顆粒粒徑0.5μm 以上分布含量較多時(shí)，涂膜的光澤明顯較低，當(dāng)鈦白粉顆粒粒徑＜0.2μm分布較多時(shí)，因粒徑太細(xì)造成鈦白粉團(tuán)聚，其光澤也有明顯降低；

2）鈦白粉表面包覆方式對(duì)漆膜的光澤有明顯影響，鋁包膜的鈦白粉產(chǎn)品制備的涂料漆膜光澤最佳，適宜制備高光涂料；

3）鈦白粉吸油量高，涂膜的光澤則越低；

4）鈦白粉在涂料中的分散細(xì)度越低，其漆膜的光澤也會(huì)越高，未分散均勻鈦白粉顆粒越多，漆膜的表面平整度相對(duì)越差，其漆膜的光澤度則越低；

5）顏料體積分?jǐn)?shù)越高，其漆膜的表面粗糙度越高，同時(shí)貝產(chǎn)生貝納德漩渦效應(yīng)，顏料不停向上遷移，會(huì)造成漆膜光澤的大幅下降。綜上所述，鈦白粉的性能對(duì)涂膜的光澤有明顯的影響，其不同鈦白粉性能影響因素實(shí)驗(yàn)對(duì)鈦白粉的研發(fā)生產(chǎn)及涂料配方開發(fā)具有重要的參考意義。