鈦白粉對戶外用粉末涂料耐候性能的影響研究

李瑞瑞，許 冉

（龍佰集團(tuán)股份有限公司，河南 焦作 454006）

0 引言

戶外粉末涂料是一種粉狀不含液態(tài)溶劑及稀釋劑的新型涂裝材料。由于其高裝飾、重防腐性、粉末可回收利用，無有機(jī)溶劑對環(huán)境的污染等特點決定了其廣泛的應(yīng)用空間。當(dāng)前，鈦白粉在戶外粉末涂料中起到中起著顏料、填料的作用，對戶外粉末涂料涂層的耐候性有著至關(guān)重要的作用[1]。本文從鈦白粉品質(zhì)性能著手，對鈦白粉種類、表面處理及特性對戶外粉末涂料涂層的耐候性能的影響進(jìn)行分析研究，為戶外粉末涂料鈦白粉顏料的選擇提供技術(shù)支持。

1 鈦白粉及其耐候性概述

1.1 鈦白粉簡介

鈦白粉是一種以二氧化鈦（TiO2）含量為主的粉末，具有高折射率及理想的粒度分布，良好的遮蓋力及著色力，被認(rèn)為是目前世界上性能最好的一種白色顏料，廣泛應(yīng)用于涂料、塑料、造紙、油墨、橡膠等行業(yè)。鈦白粉主要有紅石型、銳鈦礦型、板鈦礦型三種類型。金紅石型鈦白粉是立方晶體，鈦原子與氧原子排列緊密，結(jié)晶穩(wěn)定。金紅石型鈦白粉的衍射角位于27.5°，金紅石型晶體細(xì)長，呈菱形晶體，常是牽晶；對紫外線的反射率較小，耐候性較好；作為白色顏料金紅石型鈦白粉的密度僅為4.2 g/cm3。

對比銳鈦型鈦白粉而言，金紅石型鈦白粉的耐候性和保光性較好[2]。在波長為400～700 nm 可見光波長范圍內(nèi)，銳鈦型和金紅石型鈦白粉對光線的反射率都較為理想，兩者有較好的白度；在波長為350～400 nm 的紫外光范圍內(nèi)，金紅石型鈦白粉對紫外線具有較好的吸收功能，紫外線反射率較低，耐候性較好，因此紫外線對戶外粉末涂料涂層的損害較小。

1.2 鈦白粉耐候性分析

鈦白粉的耐候性是衡量鈦白粉應(yīng)用性能的關(guān)鍵指標(biāo)，不同鈦白粉產(chǎn)品的化學(xué)成分、包膜物質(zhì)的化學(xué)形態(tài)、晶體結(jié)構(gòu)、應(yīng)用配方等因素都會影響到鈦白粉產(chǎn)品的耐候性。鈦白粉因其自身的晶格缺陷，導(dǎo)致其四價鈦離子被還原為三價鈦離子過程中會釋放出具有極強(qiáng)反應(yīng)活性的初生態(tài)氧，會氧化戶外冶金涂料中的有機(jī)物，破壞涂層連續(xù)性和粉化涂膜，耐候性能不佳?？刹捎脤︹伆追圻M(jìn)行表面處理的方案，有效改善鈦白粉表面化學(xué)性質(zhì)，使TiO2離子與紫外光隔離，兩者無法直接直接接觸，可有效提高其耐候性。

鈦白粉的表面處理主要是分為表面無機(jī)處理和表面有機(jī)處理兩大類型。表面無機(jī)處理常用SiO2、Al2O3、ZrO2等無機(jī)處理劑進(jìn)行處理，并采用單元型、雙元型、三元型等不同的表面處理方式來降低鈦白粉光化學(xué)活性，達(dá)到提高鈦白粉耐候性能的目的。表面有機(jī)處理主要是采用物理吸附和化學(xué)吸附的辦法，改善鈦白粉在戶外粉末涂料中的分散、潤濕性能。

2 鈦白粉成膜后耐候性能的影響研究

2.1 試驗儀器

粉末涂料KTE-52 型擠出機(jī)，江蘇共創(chuàng)機(jī)械科技有限公司；金馬四代手動靜電粉末噴槍，瑞士金馬公司；UVLED 型固化烤箱，尊虹科技公司；LS13320XR 籍貫衍射粒徑分析儀，貝克曼庫爾特公司；CR-10Plus 小型色差儀，日本美蘭達(dá)；BK1568S 三角度光澤儀，四川思創(chuàng)倍科公司；QNIX4500 涂層膜厚儀，德國尼克斯；XD-21-866 小型氙燈老化試驗箱，河北恒儀電子公司。

2.2 實驗原料

飽和型非支化端羧基聚酯、異氰尿酸三縮水甘油醋、丙烯酸酯類流平劑、氨基改性酚尿表面活性劑、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、多元受阻酚與亞磷酸酯類混合物、季銨鹽類化合物、聚酰胺蠟、無機(jī)顏料、鈦白粉產(chǎn)品，均為國藥集團(tuán)上海有限公司提供。

2.3 老化測試和檢驗方法

老化測試按GB/T 23443—2009 中的7.12.2 標(biāo)準(zhǔn)采用XD-21-866 小型氙燈老化試驗箱進(jìn)行，自然暴曬地點位于河南焦作。根據(jù)GB/T 9754—2007 標(biāo)準(zhǔn)，采用BK1568S 三角度光澤儀進(jìn)行保光率測定。參照GB/T 9754—2007；評定參照根據(jù)GB/T 1766—2008標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行粉化程度變色程度測定。變色程度根據(jù)GB/T 1766—2008 標(biāo)準(zhǔn)采用CR-10Plus 小型色差儀測定。

2.4 試驗內(nèi)容

2.4.1 戶外用粉末涂料配方

實驗采用的用戶外用粉末涂料配方如下：飽和型非支化端羧基聚酯58%、異氰尿酸三縮水甘油醋4.31%、丙烯酸酯類流平劑1%、氨基改性酚尿表面活性劑0.3%、丙烯酸丁酯0.5%、甲基丙烯酸甲酯0.4%、多元受阻酚與亞磷酸酯類混合物1%、季銨鹽類化合物0.3%、聚酰胺蠟1%、無機(jī)顏料若干，鈦白粉25%。實驗中，鈦白粉采用單元型Ⅰ、單元型Ⅱ、雙元型Ⅲ、雙元型Ⅳ四種類型，均采用四種不同表面處理劑制備而成。

2.4.2 制粉

戶外用粉末涂料的制粉工藝流程如下：稱量→混合→擠出→冷卻、破碎→粒徑篩選→粉碎。

2.4.3 樣板制備

樣板制備工藝如下：靜電噴涂→固化，條件：195 ℃×18 min。

3 試驗結(jié)果討論分析

3.1 產(chǎn)品光澤度的測試結(jié)果分析

在保持相同聚酯型配方的情況下，采用經(jīng)不同表面處理劑經(jīng)不同處理得到的單元型Ⅰ、單元型Ⅱ、雙元型Ⅲ、雙元型Ⅳ四種鈦白粉產(chǎn)品，對制備的戶外用粉末涂料保光率進(jìn)行24 個月的測試。

測試結(jié)果表明：在鈦白粉產(chǎn)品當(dāng)中，保光率從好至差結(jié)果分別為雙元型Ⅲ>雙元型Ⅳ>單元型Ⅰ>單元型Ⅱ>金紅石R1 型；金紅石R1 型產(chǎn)品光澤度損失嚴(yán)重，其他四種產(chǎn)品從第6 個月開始光澤度出現(xiàn)不同程度的損失，在6～18 月光澤度損失程度不同，在18～24 月期間光澤度損失最為嚴(yán)重。

上述測試結(jié)果表明，對鈦白粉進(jìn)行不同的表面處理，對鈦白粉產(chǎn)品制備的粉末涂料涂膜的保光率有較大影響；在對鈦白粉進(jìn)行表面處理時，在提高產(chǎn)品的耐候性方面雙元型處理技術(shù)要優(yōu)于單元型處理技術(shù)，同一種處理技術(shù)當(dāng)中不同的處理劑也會對產(chǎn)品的耐候性有影響。

3.2 產(chǎn)品粉化程度的測試結(jié)果分析

在保持相同聚酯型配方的情況下，采用經(jīng)不同表面處理劑經(jīng)不同處理得到的單元型Ⅰ、單元型Ⅱ、雙元型Ⅲ、雙元型Ⅳ四種鈦白粉產(chǎn)品，對制備的戶外用粉末涂料粉化程度進(jìn)行24 個月測試，測試結(jié)果如表1 所示。

從表1 數(shù)據(jù)可知，金紅石R1 型產(chǎn)品在24 月內(nèi)出現(xiàn)輕微粉化現(xiàn)象，效果不佳；雙元型Ⅲ和雙元型Ⅳ鈦白粉在在24 月內(nèi)無粉化跡象；單元型Ⅰ鈦白粉在第24 月出現(xiàn)極輕微粉化現(xiàn)象，單元型Ⅱ鈦白粉在第18 月出現(xiàn)極輕微粉化現(xiàn)象。

上述測試結(jié)果表明，對鈦白粉進(jìn)行不同的表面處理，對鈦白粉產(chǎn)品制備的粉末涂料涂膜的耐候性有較大影響；在降低粉化性能方面雙元型處理技術(shù)要優(yōu)于單元型處理技術(shù)，進(jìn)而有效提高了其耐候性。

3.3 產(chǎn)品老化實驗測試結(jié)果分析

在保持相同聚酯型配方的情況下，采用經(jīng)不同表面處理劑經(jīng)不同處理得到的單元型Ⅰ、單元型Ⅱ、雙元型Ⅲ、雙元型Ⅳ四種鈦白粉產(chǎn)品，對制備的戶外用粉末涂料進(jìn)行老化實驗測試，測試結(jié)果為雙元型Ⅲ>雙元型Ⅳ>單元型Ⅰ>單元型Ⅱ>金紅石R1 型。

上述測試結(jié)果表明，在整體提高耐候性能方面，雙元型表面處理技術(shù)要優(yōu)于單元型表面處理技術(shù)優(yōu)于未經(jīng)表面處理的鈦白粉。

從上述三組對比實驗可知，對鈦白粉采用不同的表面處理劑和不同的表面處理方式進(jìn)行表面處理，可得到不同耐候性的鈦白粉產(chǎn)品，從而可以應(yīng)用于不同的戶外粉末涂料當(dāng)中。

4 結(jié)論

在聚酯型戶外用粉末涂料配方當(dāng)中，加入經(jīng)不同表面處理的鈦白粉產(chǎn)品經(jīng)過保光率測試、耐粉化測試、老化實驗測量，實驗結(jié)果表明：在提高產(chǎn)品耐候性方面，雙元型鈦白粉耐候效果要強(qiáng)于單元型鈦白粉，單元型鈦白粉耐候效果要強(qiáng)于R1 型鈦白粉。