鈦白粉被稱為白色顏料之王，具有折射率高、消色力強(qiáng)、遮蓋力大、分散性好、白度高、無毒等特性，廣泛應(yīng)用于涂料、塑料、油墨、造紙、化纖、陶瓷等行業(yè)。其中涂料用量最大，約占鈦白粉總量的57%。
1.鈦白粉在涂料中的應(yīng)用特性
鈦白粉是涂料用最多的一種白色顏料，其產(chǎn)量占無機(jī)顏料的70%以上，消費(fèi)量占白色顏料總消費(fèi)量的95.5%。目前，世界上約60%的鈦白粉用于制造各種涂料，特別是金紅石型鈦白粉，大部分被涂料工業(yè)所消耗。
用鈦白粉制造的涂料，色彩鮮艷，遮蓋力高，著色力強(qiáng)，用量省，品種多，對介質(zhì)的穩(wěn)定性起保護(hù)作用，并能增強(qiáng)漆膜的機(jī)械強(qiáng)度和附著力，防止裂紋，防止紫外線和水分透過，延長漆膜壽命，多彩花紋涂料中幾乎每一個圖案的配色都離不開鈦白粉。
（1）粉末涂料
不同種類不同用途的涂料對鈦白粉有不同的要求，如粉末涂料就要求用分散性好的金紅石型鈦白粉。銳鈦型鈦白粉消色力低，光化學(xué)活性強(qiáng)，用于粉末涂料中，涂膜容易出現(xiàn)黃變。而硫酸法生產(chǎn)的金紅石型鈦白粉具有價格適中、分散性好，遮蓋力和消色力好等優(yōu)點(diǎn)，非常適合用于戶內(nèi)粉末涂料，而戶外粉末涂料用鈦白粉除了要求分散性、遮蓋力和消色力好外，還要求具有很好的耐候性，因此，戶外粉末涂料用鈦白粉一般為氯化法生產(chǎn)的金紅石型鈦白粉。
（2）水性涂料
水性涂料是指涂料配方中的揮發(fā)性物質(zhì)絕大部分是水的涂料，隨著人們環(huán)保意識的增強(qiáng)和環(huán)保法規(guī)的日趨嚴(yán)格，水性涂料已經(jīng)普及。和溶劑型涂料一樣，要求鈦白粉白度和分散性好，遮蓋力、消色力和耐候性高，雜質(zhì)含量低等。
目前市場上的鈦白粉大多都是通用型的鈦白粉，既可以用于溶劑型涂料，又可以用于水性涂料，但是，畢竟水性涂料和溶劑型涂料存在本質(zhì)上的差別，這些通用型的鈦白粉在水性涂料中分散效不是很好，因此，為了使鈦白粉能在水性涂料中很好的分散，要有針對性的選擇鈦白粉表面處理方式。
（3）建筑涂料
建筑涂料要求耐酸、耐堿、抗水、防潮，不論在粗糙或光滑的基層表面均要有良好的附著力。用于建筑涂料的鈦白粉除了要求具有以上提及的好的光學(xué)性能和顏料性能外，最重要的是要求鈦白粉具有高的耐候性，抗粉化能力強(qiáng)，尤其是外墻用建筑涂料。
2.鈦白粉各項指標(biāo)對涂料性能的影響
（1）白度
鈦白粉作為一種優(yōu)質(zhì)的涂料用白色顏料，其白度至關(guān)重要，是涂料要求的關(guān)鍵質(zhì)量指標(biāo)之一，鈦白粉白度差，會直接影響涂膜的外觀。
影響鈦白粉白度的最主要因素是其中有害雜質(zhì)的種類和含量，因為鈦白粉對雜質(zhì)非常敏感，尤其是金紅石型鈦白粉，所以，即使是微量的雜質(zhì)，也會對鈦白粉白度產(chǎn)生明顯的影響。
氯化法工藝生產(chǎn)的鈦白粉白度往往比硫酸法工藝生產(chǎn)的好，這是因為氯化法工藝生產(chǎn)鈦白粉所用的原料四氯化鈦已經(jīng)蒸餾凈化，本身雜質(zhì)含量少，而硫酸法工藝所用的原料雜質(zhì)含量高，只能通過洗滌和漂白等工藝技術(shù)來除掉雜質(zhì)。
鈦白粉粒子的形狀、大小和粒徑分布，以及鈦白粉出現(xiàn)不理想的晶體結(jié)構(gòu)和混晶現(xiàn)象也會影響其白度。為了使鈦白粉具有最佳的白度，要求鈦白粉為球形顆粒，表面光滑圓潤，不帶棱角，不團(tuán)聚，粒徑分布控制在0.15-0.35μm。
（2）遮蓋力
遮蓋力為每平方厘米被涂物體的表面積，在達(dá)到完全被遮蓋時，需要用顏料的最低質(zhì)量。涂同樣面積的表面，所用鈦白粉的遮蓋力越大，涂膜便可以越薄，所需的涂料量越少，則所需要鈦白粉的量也越少，如果鈦白粉遮蓋力降低，為達(dá)到同樣的遮蓋效果，所需要的鈦白粉量增加，則生產(chǎn)成本就會增加，且鈦白粉用量增加，會導(dǎo)致鈦白粉在涂料中難以分散均勻，出現(xiàn)聚集，同樣會影響涂料的遮蓋效果。
鈦白粉遮蓋力大小主要由其本身的折射率來決定，金紅石型鈦白粉的折射率是所有白色顏料中最大的，因此其遮蓋力也最高，銳鈦型鈦白粉次之。其次，鈦白粉粒子的形狀、大小、粒徑分布和分散程度也會影響其遮蓋力，在大于可見光半波波長的范圍內(nèi)，鈦白粉粒子表面越光滑，粒徑越小，表面積越大，分散越好，其遮蓋力越大。
（3）耐候性
涂料對鈦白粉的耐候性要求高，尤其是戶外用表面涂料，要求高耐候性或超高耐候型的鈦白粉。使用耐候性低的鈦白粉，涂膜會出現(xiàn)褪色、變色、粉化、開裂、剝落等問題。金紅石型鈦白粉的晶體結(jié)構(gòu)比銳鈦型鈦白粉的結(jié)構(gòu)更為緊密，光化學(xué)活性低，因而耐候性也遠(yuǎn)高于銳鈦型鈦白粉，所以涂料用鈦白粉基本上全是金紅石型鈦白粉。
提高鈦白粉耐候性最主要的方法是對其進(jìn)行無機(jī)表面處理，即在鈦白粉粒子表面包覆一層或多層無機(jī)氧化物或水合氧化物，其中氧化鋯和致密氧化硅包膜是目前公認(rèn)的耐候性最好的包膜方式，氧化鋯包膜技術(shù)國內(nèi)已經(jīng)掌握，但致密氧化硅包膜技術(shù)仍然被國外壟斷，國內(nèi)還未能攻破，有待繼續(xù)研究。
（4）分散性
鈦白粉為超細(xì)粒子，比表面積大，表面能高，顆粒之間容易發(fā)生聚集，在涂料中難以穩(wěn)定分散。鈦白粉分散性差會直接影響其在涂料中的消色力、遮蓋力和表面光澤度等光學(xué)性能，而且還會影響涂料的貯存穩(wěn)定性、流動性、流平性、涂層耐久性、防腐蝕性和導(dǎo)電性等應(yīng)用性能，此外，還會影響涂料的生產(chǎn)成本，因為研磨分散作業(yè)的能耗高，占涂料制造過程總能耗的大部分，且儀器設(shè)備的損耗大。
影響鈦白粉分散性的因素主要有鈦白粉粒徑大小、比表面積、表面自由能、表面電荷、pH值、極性、表面吸附狀態(tài)等表面性質(zhì)，此外，也與展色劑的性質(zhì)、分散劑的種類和用量、研磨分散設(shè)備和分散工藝等因素有關(guān)。
為了使鈦白粉在涂料中達(dá)到最好的分散效果，使鈦白粉粒子在涂料中處于或接近于原始粒子狀態(tài)，充分體現(xiàn)其優(yōu)異的性能，通常在鈦白粉生產(chǎn)過程對其進(jìn)行表面處理，提高其分散性，此外，在涂料生產(chǎn)過程中也要選擇正確的潤濕分散劑、研磨分散設(shè)備和分散工藝。
3.非金屬礦粉體能否頂替鈦白粉“上位”？
鈦白粉是迄今為止性能最好的白色無機(jī)顏料，廣泛應(yīng)用于涂料、塑料、油墨、造紙、橡膠、化學(xué)纖維和化妝品等領(lǐng)域。但是其昂貴的價格和近年來價格大幅走高的態(tài)勢讓一些下游用戶苦不堪言！如果能夠利用價格相對低廉的非金屬礦物對鈦白粉進(jìn)行替代或者部分替代，將會大幅降低生產(chǎn)成本。
鈦白粉的顏料性能通過光學(xué)性能體現(xiàn)，其光學(xué)性能主要取決于二氧化鈦粒子的表面性質(zhì)，內(nèi)核幾乎不發(fā)揮作用，因此很研究人員和企業(yè)致力于開發(fā)研究礦物/鈦白粉復(fù)合顆粒材料，以制備出高性能、低價格的鈦白粉替代品。
近年來，我國先后開發(fā)了碳酸鈣、高嶺土、滑石、云母、硅灰石等礦物-TiO2復(fù)合顏料，以替代或部分替代鈦白粉，用于化妝品、涂料、造紙、塑料等行業(yè)。
（1）碳酸鈣
碳酸鈣來源豐富，價格低廉，本身白度高、比表面積大、遮蓋力強(qiáng)，也是是重要的白色顏料。檀倩等采用機(jī)械力活化的方法制備碳酸鈣-鈦白粉復(fù)合材料，該碳酸鈣-鈦白粉復(fù)合顏料的遮蓋力22.8g/m2、吸油量22.5g/100g、白度95.50%，明顯已經(jīng)具有類鈦白粉的顏料性能。
（2）高嶺土
涂料用白色顏料目的是產(chǎn)生白顏色和產(chǎn)生遮蓋性的，高嶺土雖不能替代鈦白粉，但可產(chǎn)生協(xié)同作用，提高鈦白粉的有效利用率，減少用量，這時對高嶺土的白度和細(xì)度要求非常嚴(yán)格。
▲英格瓷PVC裝飾用漆中高嶺土部分替代鈦白粉方案
2018年3月，英格瓷（Imerys）提出了以高嶺土部分替代鈦白粉，減少20%鈦白粉用量的方案，可有效解決在在涂料和油墨領(lǐng)域鈦白粉的替代性問題。
另外，巴斯夫也表示：其Ultrex顏料添加劑也具有良好的著色力和遮蓋力，是性價比高的鈦白粉替代品。該產(chǎn)品是以超細(xì)化煅燒高嶺土為主要成分的顏料，廣泛用于平光、蛋殼光、低光和特殊涂料；也適用于高白度的油墨、塑料及其他領(lǐng)域。
（3）硅灰石
硅灰石是一種偏硅酸鹽礦物，其折光指數(shù)（1.63）高于許多白色礦物，表面易生成OH-等活性基團(tuán)，這些特征都有助于在制備以硅灰石為基體，通過表面包覆TiO2的復(fù)合顏料中形成協(xié)同效應(yīng)。
陳婉婷等采用水介質(zhì)中濕法超細(xì)研磨方式制備了硅灰石-TiO2復(fù)合顏料，其性能與鈦白粉相當(dāng)TiO2比例45%的復(fù)合顏料遮蓋力為17.97g/m2，比TiO2按自身比例的貢獻(xiàn)值提升36.08%。硅灰石-TiO2復(fù)合顏料的顆粒以TiO2顆粒均勻包覆在硅灰石表面為特征所形成。
目前來看，非金屬礦粉體材料暫不能完替代鈦白粉，但通過制備與鈦白粉性能相似的礦物-TiO2復(fù)合顏料，可明顯緩解鈦白粉生產(chǎn)和應(yīng)用中存在的資源、環(huán)境與成本價格等問題，同時還有利于非金屬礦物資源的高效利用。
來源：鈦白粉在涂料中的應(yīng)用概述，作者：肖勇麗；機(jī)械力活化制備碳酸鈣/TiO2復(fù)合顆粒材料及表征，作者：檀倩等；機(jī)械研磨方法制備硅灰石-TiO2復(fù)合顏料實(shí)驗研究，作者：陳婉婷、丁浩等
編輯整理：粉體技術(shù)網(wǎng)
2018年第四期礦物精細(xì)加工與應(yīng)用技術(shù)高級研修班
2018年12月2日-4日 廣州
培訓(xùn)大綱：
1、非金屬礦粉體精細(xì)加工技術(shù)
2、非金屬礦粉體表面改性技術(shù)
3、非金屬礦粉體在涂料中的應(yīng)用技術(shù)
4、非金屬礦粉體如何打開涂料行業(yè)市場
5、專題技術(shù)沙龍
6、聯(lián)誼晚宴
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