杜邦鈦白粉完全手冊

一、簡 介

為什么鈦白粉要分這么多規(guī)格?

鈦白粉顏料不溶于其所分散的涂料基料中，因此其功能特性如：化學(xué)、光學(xué)和物理特性主要決定于顏料的粒子大小及其表面的化學(xué)成份，而這些特性又是可以改變的，一般常以二氧化二鋁和二氧化硅作處理劑，沉淀在粒子表面而形成包膜、并對其沉淀的形式、數(shù)量和方法都要精心的加以控制。表面有沉淀層的顏料，具有增進(jìn)一種或多種重要的操作特性的功能，例如在水和許多有機(jī)液體內(nèi)的分散作用，耐粉化性，遮蓋力效率，因熱或光還原所引起的褪色性等都會有所改善。遺憾的是，一種簡單的表面處理配方，不能生產(chǎn)出對各種油漆都具有*大使用價值的顏料，因而生產(chǎn)上要分許多規(guī)格。

如果認(rèn)為油漆中的二氧化鈦顏料，其性能之超卓是由于二氧化鈦含量高所致，那是不恰當(dāng)?shù)?，例如二氧化鈦含?少為80—88％的 Ti—Pure?在高顏／填料含量的平光乳膠漆中的遮蓋效率顯然超過二氧化鈦含量更高的品級。

二、光 學(xué) 理 論

1、折射和繞射

二氧化鈦和其他的白色顏料的遮蓋效率主要是利用光的反射。因為白色顏料可強(qiáng)烈地使光線反射或曲折，出現(xiàn)反射現(xiàn)象。如果油漆薄膜中有足夠的白色顏料，則入射漆膜表面的光幾乎可以完全的反射回來，(除了很少部分是由顏料所吸收之外)于是涂膜就會呈不透明狀，潔白而光澤。

光線通過和繞過顏料粒子時，粒子對光線的折射和繞射造成光線的散射或彎曲。

圖 1顯示折射現(xiàn)象，其中球形表示二氧化鈦粒子，由于漆膜中顏料粒子及基料折射率之不同、故當(dāng)光線穿越后、必然產(chǎn)生曲折現(xiàn)象。圖2顯示繞射現(xiàn)象。行進(jìn)路線靠近二氧化鈦粒子的光線受到彎曲、而分開散射到許多方向。這一現(xiàn)象說明顏料在其臨近區(qū)域?qū)獾纳⑸淠芰?shù)倍于其粒子橫截面內(nèi)。

2、折 射 率

圖3表示兩個含顏料漆膜的橫切面，演示了折射率的差別怎樣影響光的散射和蓋遮力。在含有高折射率顏料的漆膜中(上圖)光線比在含有低折射率顏料的漆膜中彎曲較多(下圖)，所以射入漆膜之光線所經(jīng)過的路徑長度較短，因而不能深入。實(shí)際上兩種漆膜都呈白色不透明狀，因為其皆沒有存在吸收光線的粒子，所以全部入射的光線亦都會返回表面。然而，如果漆膜厚度如虛線(X)所示，而且放在黑色背景上，那么，含有低折射率顏料的漆膜能使部分光線進(jìn)入黑色背景而被吸收，則漆膜就不會完全不透明，與白色的漆膜相比較，則呈現(xiàn)灰色。

3、為什么要用二氧化鈦

要了解金紅石型二氧化鈦(Rutile)、為什么在遮蓋上能有這么大的優(yōu)點(diǎn),只需將金紅石型二氧化鈦與銳鈦型(Anatase)二氧化鈦的折射率和其它商用白色顏料以及油漆基料的折射率相比較則可以看出來(表一)。一般來說顏料的折射率和周圍的介質(zhì)之折射率差別越大，光線的折射就越大。

表一 油漆制造所使用的某些顏料和基料的折射率

4、干膜平光遮蓋

很有趣的是，當(dāng)空氣滲入漆膜內(nèi)。如調(diào)制顏料含量高的油時，基料本身的平均折射率減少，顏料和周圍介質(zhì)之間的折射率差別加大，光線散射增多。室內(nèi)油漆的配制者利用這種效應(yīng)(有時稱為干膜平光遮蓋)，以增進(jìn)二氧化化鈦的遮蓋效率。

5、二氧化鈦粒子大小

如果要有效地散射光線，二氧化鈦顏料粒子的直徑應(yīng)該略小于散射光線波長的一半，因為肉眼對黃一綠光(大約0.55微米)*敏感，涂料用二氧化鈦顏料的平均直徑在0.2和0.3微米之間。

6、散射能力和粒子大小

圖6中的曲線是用很稀的系統(tǒng)，以理論推導(dǎo)出的，曲線表明R型二氧化鈦對藍(lán)色、綠色和紅色光線的相對散射能力為粒子大小的函數(shù)。在0.2微米處，各波長光線散射的總和就增至*大。當(dāng)粒子增加至0.25和0.30微米之間時，藍(lán)色光線的散射迅速減少，但綠色和紅色光線的散射卻相對地不變。在0.15微米處對應(yīng)于藍(lán)色光線的*大散射，光譜中紅和綠范圍內(nèi)的光線散射就顯著下降。

7、顏色和粒子大小

在著色至完全遮蓋的不吸光白色漆膜內(nèi)，改變顏料的粒子大小，對顏色沒有影響，因為碰到表面的光線全部反射，圖7代表這樣的一種白色漆膜，用圖解形式說明了這一點(diǎn)。藍(lán)光線的波長和散射光程度*短，紅光線的波長和散射光程度*長，這兩種光線全部反射，視覺效應(yīng)相同，好象全部光線的光程長度都相同。

圖8表示；如果把吸光性顏料(例如炭黑)加入到漆膜內(nèi)，光程較長的紅光線有較多的機(jī)會被吸收。反射出的色調(diào)看來會更藍(lán)。正如以前所述，隨著二氧化鈦粒徑減小，紅色光線散射則下降，藍(lán)色增強(qiáng)。這樣，在含有吸收光線的物質(zhì)的油漆內(nèi)，減小二氧化鈦的粒子就會增強(qiáng)藍(lán)色程度。這種現(xiàn)象是散**料所固有的，稱之為底彩(色相)。

8、顏料體積濃度 PVC

因為干的油漆膜是一種三元結(jié)構(gòu)，所以有理由預(yù)料，各個成份之間的體積關(guān)系，對油漆性能有重要作用。顏料體積濃度是油漆內(nèi)的全部顏／填料對整個不揮發(fā)物的體積比。就白色油漆來說：

顏料體積濃度％=顏料體積（二氧化鈦+填充料）/（顏料體積+粘合劑體積）*100%

在稱為臨界顏料體積濃度(CPVC)的特定顏料體積濃度百分比時。油漆的許多物理性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì)會突然變化?！愣裕R界顏料體積濃度可以認(rèn)為是剛好有足夠的粘結(jié)劑涂蓋在顏料表面，填充顏料粒子之間的空隙時的顏料體積濃度。例如光澤、透氣性、多孔性、遮蓋力、著色強(qiáng)度和底彩這類性質(zhì)都與顏料體積濃度有直接關(guān)系。

在典型的商用顏料濃度時，各個二氧化鈦粒子開始相互接近，如圖 9所示。這種顏料擠塞現(xiàn)象影響圖6中曲線的高度和形狀。

9、散射系數(shù)和顏料體積濃度

當(dāng)二氧化鈦的顏料體積濃度增加至10％以上時，由于二氯化鈦粒子的聚**使繞射光的散射效率減少。這個效應(yīng)的結(jié)果會失去部分不透明度，我們可以通過在每單位面積的干漆膜中恒定鈦白粉的量(降低漆膜厚度)來證明，見圖10a。圖10b中的曲線則表示對干膜厚度在不變的情形之下增加其顏料體積濃度，雖然會失去部分散射效率，但仍會增加其不透明度。直到增加至大約25％的顏料體積濃度為止，遮蓋力會因再加入二氧化鈦而減少，這是由于折射效率降低的速度比高濃度二氧化鈦所能補(bǔ)充的速度快，這個現(xiàn)象會持續(xù)到臨界顏料體積濃度為止，在這一點(diǎn)上，由于干膜平光遮蓋效應(yīng)，而使不透明度度再度增加。

10、顏色和顏料體積濃度

在二氧化鈦的顏料體積濃度增加時，繞射效率在光譜的紅色部分減少的程度*大，因而當(dāng)顏料體積濃度增加時，反射光會移向較較藍(lán)的范圍處。

11、二氧化鈦表面處理

防止二氧化鈦粒子在顏料含*高的系統(tǒng)中擁擠的一個方法，就是在顏料灰面加上涂膜，表面涂膜作用就像物理性間隔片，保持相鄰的二氧化鈦粒子的問隔，使其在顏料濃度增加時，繞射光的散射效率損耗減至*小程度。單位重量或單位體積的由涂層顏料比未有涂層者含有較少的二氧化鈦。而有涂層的的光線散射能力在某些顏料體積濃度高的油漆中也較高。

12、顏色和顏料體積濃度

在二氧化鈦的顏料體積濃度增加時，繞射效率在光譜的紅色部分減少的程度*大，因而當(dāng)顏料體積濃度增加時，反射光會移向較較藍(lán)的范圍處。

13、二氧化鈦表面處理

防止二氧化鈦粒子在顏料含*高的系統(tǒng)中擁擠的一個方法，就是在顏料灰面加上涂膜，表面涂膜作用就像物理性間隔片，保持相鄰的二氧化鈦粒子的問隔，使其在顏料濃度增加時，繞射光的散射效率損耗減至*小程度。單位重量或單位體積的由涂層顏料比未有涂層者含有較少的二氧化鈦。而有涂層的的光線散射能力在某些顏料體積濃度高的油漆中也較高。

14、顏色、顏料體積濃度和粒子大小

粒子大小和二氧化鈦顏料體積濃度的綜合效應(yīng)對調(diào)色漆的顏色有很大的影響，如圖11所示。也許配色不當(dāng)，多半是由于使用粒子大小不當(dāng)?shù)亩趸佉约?span>/或者沒有認(rèn)識到色相（底彩）是隨著二氧化鈦濃度變化而改變，而不是由于著色顏料的不正確組合所致。

15、填充料

許多油漆除了含有二氧化鈦合基料外，也還有填充劑。這些一般成本低的材料，能發(fā)揮多種功用。在顏料含量高的油漆中高于臨界顏料體積濃度，填充劑有助于干膜平光遮蓋。在顏料含量中等的油漆中（低于臨界顏料濃度），粒子的大小類似二氧化鈦的填充劑，有著實(shí)質(zhì)空間的作用，可以增加二氧化鈦的遮蓋效率。粒子大的填充劑會形成類似“窗”的作用并減少遮蓋率。

三、光 學(xué) 特 性

選擇商用二氧化鈦品級時，必須考慮的有遮蓋能力、著色強(qiáng)度，色相和光澤等基本特性，分別敘述如下。

1、遮蓋力和著色強(qiáng)度

油漆的遮蓋能力可以定義為其遮蓋背景對比顏色的能力。遮蓋效應(yīng)主要是由于二氧化鈦導(dǎo)致的散射，或由于有色物質(zhì)的存在而引起的吸收或這兩種原因以使入射光強(qiáng)度減退時，就出現(xiàn)遮蓋現(xiàn)象。圖12表示完全和不完全的遮蓋。

著色強(qiáng)度也是嚴(yán)格測定二氧化鈦在油漆中散射光效率的一種方法，只要白色或有色顏料不發(fā)生絮凝作用，著色強(qiáng)度總是與覆蓋能力相平行的。當(dāng)白色油漆用綠色、藍(lán)色或黑色顏料著色到反射率大約50％成6O％時，著色強(qiáng)度就表示二氧化鈦的光散作用，相對于有色顏料的光吸收能力。當(dāng)二氧化鈦或有色顏料都不發(fā)生絮凝作用時，有*大覆蓋能力的二氧化鈦就使淺色油漆呈現(xiàn)*淺的顏色和*大的反射率。為了確實(shí)肯定絮凝作用不會得出使人誤解的著色強(qiáng)度效果，應(yīng)對淺色油漆進(jìn)行指觸試驗。這種試驗很簡單，就是在部分將干未干淺色油漆樣板上進(jìn)行手指摩擦試驗。

2、顏 色

如前所述，二氧化鈦顏料單獨(dú)用于完全覆蓋時的無色漆料中時，它固定的顏色與其底彩完全無關(guān)，但是，有很多環(huán)境條件可以引起不理想的顏色效應(yīng)，表2示出其中的某些原因。

表2 導(dǎo)致不理想顏色效應(yīng)之某些原因

1.   污染一包括因分散階段中一些意外而造成的加工設(shè)備磨損。

2.   二氧化鈦與其他油漆成份(例如苯酚類，強(qiáng)還原劑)反應(yīng)的有色產(chǎn)物。

3.   不滲透氧的漆膜曝露在紫外光下，藍(lán)色、紫色或灰色的褪色作用。

4.   過分受熱一漆料褪色。

5.   遮益不充分一底材透露出來。

表示白色油漆的顏色有一種*通用的表示方法，即亮度(綠色濾色片之反射率)和黃度指數(shù)，其中：


    有時，采用緊密的二氧化鈦顏料的干亮度。

3、二氧化鈦底彩

底彩是二氧化鈦對有色漆之顏色的—種作用，它是粒子大小、分?jǐn)?shù)品質(zhì)和顏料量的函數(shù)。底彩通常也可以認(rèn)為是灰色油漆中，藍(lán)色反射率對紅色反射率的比例。或是二氧化鈦和碳黑介硅酮油中的比例。如果這些條件都相同，粒于小的二氧化鈦(0.2微米)更能有效地散射藍(lán)光線，而有效藍(lán)的色相。

顏色和底彩有時糊互混淆不清。黃色漆含有藍(lán)色相的二氧化鈦，這是完全可能的，因為這是表2列出的不職想效應(yīng)之一。而且，按照前一章介紹的方法測定時，藍(lán)色底彩的二氧化鈦顏料和黃色底彩的二氧化鈦在顏色上相同，這是很常見的。

4、光澤

評價涂料的光澤雖然不完全客觀，但不同觀測人員作出的視覺分級通常有合理的相互關(guān)系。討論光澤的肉眼觀察結(jié)果時，往往發(fā)現(xiàn)評價光澤時至少會使用下述巾的—項條件。

• 像的清晰度(雙眼注視在板后的虛像上)
• 表面的可見度或外觀(雙眼注視在板的表面上)
• 光像和暗像的對比亮度。

對經(jīng)室外暴曬或老化了的涂層進(jìn)行原始光澤及光澤保留度之分級，一般也使用儀器在入射光一個或幾個角度測量鏡面反射率。

基本上，光澤是樹脂基料的一種性質(zhì)。但是，要認(rèn)識基料的光澤性，就必須避免在油漆膜含有足以產(chǎn)生顯微表面粗糙的顏料粒子(往往稱為微粒)。要選擇適當(dāng)?shù)亩趸伷芳?，顏料分散的正確配方，正確的研磨方式以及設(shè)計得好的研磨步驟，這些條件對達(dá)到*后光澤度起很大作用，見圖13。還有烤漆在制造，儲存應(yīng)用和固化期中會遇到各種條件都能影響*后光澤。表3列出其中的某些因素。

表3影響光澤的某些因素

制 造

研磨的細(xì)度。
研磨機(jī)類型也許影響研磨細(xì)度，但在很小的粒度范圍內(nèi)，不容易測出。
原料的種類。
顏料與基料的比例。

儲 存

顏料逐漸潤濕或發(fā)生凝聚作用。
沉降的粗粒子重新?lián)胶闲阅懿睢?span>
引起粗里生成皂物成晶體。
粘度逐漸的增加。

應(yīng) 用

底材的平滑度。
漆料摻入底材的損失。
基料由底漆中被溶出。
使用時剪應(yīng)力的大小。
由于使用特殊的上漆方法，產(chǎn)生了不同程度的流平性成流動性。例如噴涂后產(chǎn)生橘皮。
灰塵沽染。
漆膜厚度。
分散作用
溶劑損耗率，例如烘烤前的短暫時間。
烘烤溫度和時間。
干燥期的濕度

使 用 后

因漆膜老化或暴露環(huán)境不同而異。

5、分散作用

在研磨中塊狀物(聚集物和附聚物)、被粉碎成二氧化鈦和基料的均勻混合物。而這些塊狀物是在制造、包裝和儲存期間由許多個別的的二氧化鈦粉子組成。好的研磨分散，不但可以消除不理想的粗粒子，而且有助于達(dá)到*大覆蓋能力、光澤度和均勻底彩。

有三個重點(diǎn)必須注意的是：

• 分散期中小不管操作情形如何，鈦白粉各個粒子并未破裂。它們經(jīng)由松散的塊狀物中破裂出來，被此分開。
• “分散“一詞通常意義義模糊：自己務(wù)必了解清楚，如，某些顏料分散問題實(shí)際是在表面活性劑使用不當(dāng)?shù)膯栴}，結(jié)果使顏色均勻性差，或在不同剪切速下(例如刷子相對于滾筒)使用油漆時，使剪切／強(qiáng)度均勻性不好。
• 細(xì)度計是日常用以判斷這些系統(tǒng)的分?jǐn)?shù)程度的簡單儀器。

鈦白粉在油性漆料內(nèi)的分散通常取決于剪切速度、被研磨物的粘度以及與基料的潤濕時間和程度。

在水性系統(tǒng)中，用分散劑來改善潤濕程度，必須認(rèn)識到分散劑之用量和類型如何影響分散品質(zhì)。過量的分散刑，特別是離子型的分散劑會相互抵消作用，因此應(yīng)該避免過量使用，*適當(dāng)?shù)氖褂昧縿t視所用的分散劑、二氧化鈦品級和水的硬度而定。

測定分散劑用量的—種P簡單方法，是測定紫光制備的70/30—二氧化鈦/水漿料的布氏旋轉(zhuǎn)帖度(Brookfield Viscosity)、這種漿料是用幾種不同濃度的分散劑在高速分放機(jī)內(nèi)制備的。粘度*小的一點(diǎn)就是分散劑*適的用量，使用這一用量的分散劑，就可以改變顏料濃度以達(dá)到所希望的研磨料流變性質(zhì)。

6、絮 凝 作 用

絮凝作用是二氧化鈦粒子在流體系統(tǒng)中成疏生成松塊狀物(絮凝物)。從特性上看，這種塊狀物在中度剪切力下容易破裂，

但如果粒子自由進(jìn)入聚合物母體后，又會很快形成塊狀物。絮凝作用能產(chǎn)生幾個主要問題，其中包括

• 遮蓋力和著色強(qiáng)度減弱…絮凝物不像*初的二氧化鈦粒子那樣有效地散射。
• 粘度過高，流動性差，…常常要攪動才使懸浮液變稀，但靜置時又會發(fā)生絮凝作用。
• 光澤低。
• 絮凝問題往往是籍著探索性地加入表面活性劑或其他添加劑來解決的。

7、耐 候 性

耐候性是指曝露的著色涂料在外觀和功能價值兩方向的全部變化而言。它包括市外的使用性能的全部參數(shù)，例如顏色的保留程度，光澤、粉化、附著力(起泡、片落、脫皮)和漆膜的完整性(即細(xì)裂、片裂、浸蝕、抗腐)。這些性能主要由專家配方控制(例如選擇漆料、填充劑、顏料體積濃度等等)，與所用的二氧化鈦品級并無多大的關(guān)系。但是所選用的二氧化鈦的耐粉化性卻對顏色的保留程度和光澤，抗霉菌和灰塵引起的褪色有很大影響。

8、耐粉化性和保光性

油漆涂料的耐候性、光澤之下降是由于組成漆膜的有機(jī)樹脂表面在經(jīng)受了陽光、潮氣、溫度變化和環(huán)境污染后出現(xiàn)了光化學(xué)降解、而這些有機(jī)樹脂通常都是高分子聚合物，它們都對光化學(xué)侵蝕敏感。隨著時間的推移而降解為一種低分子含氧易溶物，能從漆膜表面沖洗掉。這—過程引起漆膜表面粗糙而使光澤下降。當(dāng)這一漆膜表面有機(jī)基料被沖洗掉的程度增加時，鈦白粉和其它體質(zhì)填料便會凸露到表面而形成一種看上去朦嚓嚓白乎乎的外表。這就是所謂的漆膜表面粉化。換句話說，粉化并不是指鈦白粉本身粉化(它本來就是粉末，根本無所謂粉化不粉化的)，而是指其所處的周圍有機(jī)介質(zhì)的粉化。當(dāng)粉化出現(xiàn)后，有機(jī)樹脂漆膜表面的完整性受到了破壞，這又會加速粉化的進(jìn)—步發(fā)展而形成并不希望的惡性循環(huán)。粉化對于色漆來說，問題尤為嚴(yán)重。因為一直發(fā)展下去會使原色的色品度(色調(diào))下降，顏色變談(褪色)，光澤下降。在這種情況下，我們強(qiáng)建議選用具有強(qiáng)抗粉化性能的鈦白粉規(guī)格。

圖15上，顯示了用鈦白粉B做成的漆，經(jīng)美國佛羅里達(dá)暴曬 l—2年后，漆膜的光澤要遠(yuǎn)高于用鈦白粉A所做漆膜的光澤．同時圖15下顯示了鈦?zhàn)苑?span> B的紅光反射率的變化率也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鈦白粉 A的。這是由于鈦白粉 A顏／填料的凸出率高于鈦白粉 B。這就是說鈦白粉 B的耐粉化性和保光性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于鈦白粉 A。

（藍(lán)色醇酸建筑漆15%PVC）

金紅石型鈦白粉要比銳鈦型的耐粉化性、保光性好。然而，純 TiO2顆粒表面在有水汽和氧氣的存在下是光化學(xué)活潑的，而非生來就是光化學(xué)穩(wěn)定的。純TiO2甚至可促進(jìn)在其顆粒周圍基料的降解。因此有必要首先將TiO2本身光穩(wěn)定化。該穩(wěn)定性的大小可以通過對其進(jìn)行不同無機(jī)氧化物的種類及份量控制而得。即對 TiO2進(jìn)行無機(jī)包膜處理。使在TiO2顆粒周圍表面和有機(jī)樹脂之間形成一道屏蔽網(wǎng)不再促進(jìn)(減少)有機(jī)樹脂的降解。

Ti—Pure? R—706和 R—96O是這一類鈦白粉的杰出代表物。他們周圍都有非滲性致密 SiO2表面包膜。這些 SiO2包膜能夠提供*強(qiáng)大的光化學(xué)保護(hù)性和穩(wěn)定性。圖16是這種致密 SiO2的真實(shí)結(jié)構(gòu)放大照片。右邊外圍大約 l公分淡色的就是 SiO2包膜，咖啡色的是 TiO2，左下小圖外圍發(fā)亮 的白色便是 SiO2，當(dāng)中被包著的便是 TiO2。杜邦鈦白粉完全手冊

R—960能提供*大的耐候性和保光性，圖17顯示了不同杜邦鈦白粉的佛羅里達(dá)曝曬情況結(jié)果。

R—706能提供非常高的初始無霧影光澤，和長期保光性，特別適合用于對耐候性有極高要求的應(yīng)用，如汽車面漆、建筑用彩色鋼板涂料等。對于一個有高期望值油漆涂料配方來講，在確定了所用樹脂體系后、鈦白粉選擇的正確與否將起到?jīng)Q定性的作用。

無論足金紅石型還足銳鈦型鈦白粉，在可見光波長范圍內(nèi)(400—700nm)、它們對光線的反射率都很高，因而都具有很好的白度。見圖18。但是在小于可見光范圍如300—400納米的紫外光波長范圍內(nèi)，兩種不同晶型的鈦白粉所表現(xiàn)出的性能卻有著很大的差別。對于金紅石鈦白粉(紅線)在具有很強(qiáng)殺傷力的 UV—A波段內(nèi)(350—400nm)它對紫外線的反射率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于藍(lán)色的銳鈦型鈦白粉，換句話說、它對紫外線的吸收率要大大地高于藍(lán)色的銳鈦型鈦白粉。在這種情況下，它周圍的成膜物有機(jī)樹脂身上所要分擔(dān)的紫外光線就要少得多，那么這些有機(jī)物的使用壽命也就要長。這就是為什么我們通常所說的金紅石型鈦?zhàn)苑鄣哪秃蛐砸蠕J鈦型好很多之原因所在，這些特性都是天生的。

有時，人們也希望利用顏料粉化而產(chǎn)生“白清洗”漆膜表面(例如白色建筑漆)的效果，有幾種方法供配漆人員隨意選擇：

1.   加顏料體積濃度。

2.   使用耐粉化性較低的R型二氧化鈦級別。

3.   使用與 R型二氧化鈦顏料混合的一些A 型二氧化鈦顏料。

但是上述三個辦法都會減低色調(diào)和光澤的持久性。

9、美國材料試驗學(xué)會規(guī)格(ASTM)

符合美國材料試驗學(xué)會 D476規(guī)格的制造商產(chǎn)品，載于國家油漆和涂料協(xié)會原料索引顏料部分中。表4鑒別符合 D476規(guī)格的四類油漆用 Ti—Pure?二氧化鈦顏料。要求產(chǎn)品符合此規(guī)格的用戶，在訂單上指明。

多年以來，家用涂料工業(yè)上二氧化鈦顏料*有名的規(guī)格是聯(lián)邦規(guī)格 TT—P—442。*后的聯(lián)邦規(guī)格丁1972年作廢，而美國材料試驗學(xué)會 D476成為民用機(jī)構(gòu)和聯(lián)邦機(jī)構(gòu)采用的標(biāo)淮。

表4 油漆用 Ti—Pure?二氧化鈦顏料的美國材料試驗學(xué)會規(guī)格

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四、應(yīng)用及選擇

1、室內(nèi)用漆

　 有光及半光漆

對于顏料體積濃度較低的油漆，建議使用經(jīng)過輕度表面處理的鈦白粉顏料(即二氧化鈦含量高)。Ti—Pure?二氧化鈦 R—900是理想的品級。這種顏料容易分散，有高的光澤、并能在高光漆和半光漆中發(fā)揮*大覆蓋能力。Ti—Pure@R—700具有更純的藍(lán)白色調(diào)和*高的光澤。

若需要尋找一種在室內(nèi)和室外用有光和半光系統(tǒng)中都具有良好性能的顏料時，建議使用很耐用的Ti—Pure?二氧化鈦R—902。Ti—Pure? R—902在覆蓋能力、光澤和分散上比R—900稍次，但室外的耐久性較高。R—706有著比 R—902更好的耐候性、分散性、保光性和保色性，更明亮的藍(lán)白色。

對于那些能夠處理水漿型二氧化鈦的涂料制造商，可以用Ti—Pure? R—940和Ti—Pure? R一942．

這些油漆中，很少將鈦白粉含量加到超過3.0磅／加侖，因為即使增加再多的鈦白粉也并不會(或者很少)再增加其遮蓋率，理由如的所述于圖10中。

　 平光涂料

這類涂料比較上面而言由較多成份的填充劑和鈦白粉的顏料組合而成，超出了其臨界顏料體積濃度，應(yīng)用在室內(nèi)，出于鈦白粉在此類涂料中通常聚集密度很高，因此遮蓋能力*強(qiáng)的涂料通常含有高度表面處理的鈦白粉。

在這些用途上，建議使用 Ti—Pure? R—931(或 R—941漿料)。

　 庫存簡化

在醇酸和平光乳膠漆中二氧化鈦性能的差異經(jīng)常不予考慮。因此，為某一類基料所選擇的Ti—Pure? 二氧化鈦規(guī)格往往也適用于其他類型。有時，在顏料體積濃度范圍廣的室內(nèi)、室外有光澤和半光涂料中、*好只使用—種顏料以求簡化，此時、Ti—Pure? R—902或漿態(tài) R—942是合理的選擇。另外，要小心選擇填充劑以確保在平光涂料中發(fā)揮良好的性能。

2、戶外建筑漆

除了—般標(biāo)準(zhǔn)外。為這類涂料選擇正確的Ti—Pure? 鈦白粉規(guī)格取決于光澤與色調(diào)的保留性之間的合理平衡，也取決于主要的大氣條件。對于希望在任何情況下，具有高度抗粉化性及色調(diào)持久性，我們推薦Ti—Pure? R一960。而Ti—Pure@ R一902亦具有高度抗粉化性，在治凈的空氣中，R—902的光澤性及色調(diào)持久的性能能夠同時滿足對這兩個條件的要求。Ti—Pure?  R—900及R—900具有中度耐粉化性，當(dāng)灰塵聚集成為問題時*好使用它們。上述各種顏料都可用于天然油性樹脂類及水性漆料中。但是 Ti—Pure? R—902和 R—900更容易與天然油性樹脂系統(tǒng)締合。而Ti—Pure? R—931則更易于與水系締合。另外，再重述一次，R—900，R—902及 R—931皆有其漿狀形式供應(yīng)，分別為 R—940，R—942及 R—941。

著色的房屋油漆以及白色和著色裝飾性油漆需要有高度的耐粉化性和／或光澤保留性。Ti—Pure? R—902在天然油性樹脂和水性系統(tǒng)內(nèi)符合這些要求。但是Ti—Pure? R—900普遍用于裝飾性乳膠漆中，因為它有*大的原始光澤，良好的耐粉化性和光澤保留性。后兩種性質(zhì)是由于顏料體積濃度較低及室外用裝飾性乳膠漆的粘結(jié)劑較為耐久所致。

若要求任何系統(tǒng)有***的耐粉化性和色調(diào)保留性，建議使用Ti—Pure@ R—960或 R—706。為了簡化庫存起見，也應(yīng)考慮Ti—Pure? R—931或 R—941，因為它們使用于室外平光漆的效果接近室內(nèi)平光漆。

3、工業(yè)用漆

工業(yè)用漆包括品質(zhì)要求大小不同的許多產(chǎn)品，例如罐頭磁漆、卷鋼涂料和汽車用漆。一般來說，工業(yè)用涂料有一個共同目的，就是向*后用戶提供一種兼具功能性及耐久性的涂料。我們常常認(rèn)為含有二氧化鈦的漆是白色的，這在大多數(shù)的情況下也許是正確的。但是，即使在需要著色的用途上，二氧化鈦通常也是主要顏料。

它具有耐久性、耐粉化性、不透明性，可以與有色顏料結(jié)合，而產(chǎn)生各種耐久和吸引人的顏色。

4、水性工業(yè)涂料

工業(yè)水性基料的范圍包括從成膜聚合物的真溶液到水相的樹脂乳液在內(nèi)。溶液型一般需要有胺或氨水來使樹脂溶解。這些系統(tǒng)中的溶劑主要是水，許多系統(tǒng)還含有少量有機(jī)液體(助溶劑)。按照目前的空氣污染法律規(guī)定。全部有機(jī)揮發(fā)物(助溶劑加胺)不得超過總揮發(fā)物容積的20％。一般說，溶液型基料都是用丙烯酸、聚酯或醇酸等樹脂為基礎(chǔ)，都能提供與常用的有機(jī)溶劑漆料所得的同等的光澤。

    乳膠漆基料是更接近于真正水系統(tǒng)的代表。因為樹脂已是分散的狀態(tài)，故毋需大量起溶解作用的胺或助溶劑，全部揮發(fā)性有機(jī)物只包括少量成膜助劑及為控制PH所加入的*小量胺。乳化型系統(tǒng)的光澤比溶液型的光澤低得多。顏料在溶劑型基料中比在乳化型樹脂中要容易分散。溶劑型樹脂基料容易濕潤二氧化鈦顏料，顏料可以在中和了的漆料內(nèi)直接分散，不需要添加表面活性劑。

乳化系統(tǒng)一般只需要表面活性劑來協(xié)助二氧化鈦在乳化型基料或交聯(lián)氨基樹脂內(nèi)分散，通常*好的辦法是陰離子型表面活性劑和非離于型表面活性劑二者結(jié)合使用，而特別類型的表面活性劑的選擇則依據(jù)與乳液的相互混用性以及對*后漆膜性質(zhì)沒有影響而定。

對于顏料／基料比例高的系統(tǒng)(P/B值大到5)，高速分散機(jī)是經(jīng)常被使用的而且可得到近似于砂磨機(jī)的結(jié)果，除非分散容器以水冷卻，否則當(dāng)顏料含量高時，相隨而來的液壓剪切力會導(dǎo)致過熱現(xiàn)象，使得胺或助溶劑揮發(fā)。

對于特定水性系統(tǒng)購二氧化鈦規(guī)格的選擇，決定于所需*終漆膜的性質(zhì)。系統(tǒng)的不同導(dǎo)致不同的結(jié)果，所以規(guī)格的選擇應(yīng)基于實(shí)驗的結(jié)果。而一個基本的方向指標(biāo)是 R—700、R—900具有*佳的光澤及遮蓋率，而 R—960則有*強(qiáng)的抗粉化性，R—902介于二者之間。

縮孔的生成與底材的濕潤特性有緊密聯(lián)系，這方面水性漆比傳統(tǒng)溶劑系統(tǒng)問題更大，某些水性涂料比其他涂料更易生成縮孔現(xiàn)象。在這類系統(tǒng)中、含有二氧化鈦 R—902與 R—960的漆比含有R—900的漆較少產(chǎn)生這種現(xiàn)象。

這些 Ti—Pure? 二氧化鈦顏料在砂磨機(jī)和球磨機(jī)上容易分散。許多油漆制造商使用高速分散磨機(jī)，許多配方在相當(dāng)短的時間內(nèi)已達(dá)到優(yōu)良的細(xì)度和光澤，表5展示出典型的*后用途和所選用的相應(yīng)的 Ti—Pure@二氧化鈦規(guī)格。杜邦鈦白粉完全手冊

5、其他工業(yè)用涂料

Ti—Pure?二氧化鈦R—900，R—902，R—96O、R—706、R—700是工業(yè)油漆之中廣泛使用的 R型氧化鈦。Ti—Pure?R—960有突出的耐粉化性和色調(diào)保留性，因此適用于要求室外暴露特別耐用的**涂料內(nèi)。例如卷鋼涂料飛機(jī)用漆等。R—706除了有和 R—960類似的耐候性外，更具有很高的光澤，用途類似R—960。Ti—Pure? R—902適用于需要耐粉化性很好的上等工業(yè)用漆。但沒有R—960，R—706所提供的特殊性能，R—902可廣泛用于汽車修補(bǔ)漆、工業(yè)用維護(hù)漆，及OEM用漆。

Ti—Pure? R—900，R—700是一般用途的工業(yè)用漆顏料，在顏料體積濃度小時有很高的遮蓋力，并且非常易分散，因此用于要求中度耐候的涂料中。

五、品 質(zhì) 控 制

顧客可以預(yù)期各種規(guī)格鈦白粉的每一批船貨的性能都能就其個別的標(biāo)準(zhǔn)。在合理范圍內(nèi)具有相當(dāng)?shù)摹滦浴?span>

油漆級的 Ti—Pure? 鈦白粉顏料的顏色、色相、吸油墨、PH值、分散性、著色強(qiáng)度、光澤和電阻，都經(jīng)過常規(guī)測試。此外漿態(tài)的 Ti—Pure? 流變學(xué)、粘度、固態(tài)、密度及砂礫，也都經(jīng)過測試。

下面介紹幾種重要測試：

顏色：在無色的硅酮油內(nèi)分散二氧化鈦，在漿液上測量藍(lán)色和紅色濾鏡反射率。

色相：色相足灰**調(diào)上測量的藍(lán)色對紅色反射率的比例、灰**凋是用20份二氧化鈦和1份碳黑的混合物配制的，混合物用 Hoover磨機(jī)在硅酮油內(nèi)研磨。

吸油量：所標(biāo)示的數(shù)值是潤濕100克二氧化鈦所需要的*少的亞麻仁油的克數(shù)。我們所用的方法是與美國材料試驗學(xué)會D281—31相似的刮刀混合法。如要**地得出吸油墨結(jié)果需小心注意溫度、濕度、油的類別、摻合方法和所使用的標(biāo)準(zhǔn)樣品。

PH值：水／二氧化鈦比為5的漿料所測定的 PH值是作為標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量控制參數(shù)。已證明PH影響液體系統(tǒng)的許多特性、例如表面活性劑的需用量、凝聚作用、其他等等。

光澤級的分散能力：二氧化鈦是用高速分散機(jī)在中度剪切力下分散在醋酸樹脂內(nèi)，細(xì)度讀數(shù)是在放大鏡下讀取的，并與標(biāo)準(zhǔn)樣品取得的數(shù)值作比較。

光澤：烤漆的光澤是以噴漆片來測定的，其中二氧化鈦是以砂磨機(jī)分散于氨基醇酸系統(tǒng)中，致于水性漆則是測定經(jīng)高速分散機(jī)分散的乳膠漆涂片。

平光級的分散能力：二氧化鈦是用刮攪動使之分?jǐn)?shù)，將殘留在325篩網(wǎng)上的未分散的粒子稱重，在與標(biāo)淮樣品取得的數(shù)值作比較。

著色強(qiáng)度：平光級著色強(qiáng)度的測定方法是比較成批產(chǎn)品與標(biāo)準(zhǔn)樣品的 k/s值(吸收與散射系數(shù)之比)。綠**調(diào)- 99份二氧化鈦1份，綠色-的制備足將二氧化鈦放入水內(nèi)成漿料、再把漿料摻入著色的乳化主料中，用綠色反射率來測定 k/S值。

電阻：用導(dǎo)電測量法來測定5/1：水／二氧化鈦漿料的電阻，可反映顏料內(nèi)的溶解鹽含量。

六、二氧化鈦的制造過程

二氧化鈦顏料的制造有兩種生產(chǎn)工藝：硫酸法和氯化法。R型二氧化鈦和 A型二氧化鈦均可由任一種過程來生產(chǎn)。目前杜邦只使用先進(jìn)的氯化法工藝來生產(chǎn)。

圖19的流程圖以簡化形式說明生成二氧化鈦中間體的兩種加工程序。圖19的下半部說明*后處理操作，此操作適用于兩種制造方法。

硫酸法在1931年商業(yè)化，先是生產(chǎn) A型二氫化鈦(A—Type)，后來(1941年)生產(chǎn) R型二氧化鈦(R—Type)，在這種方法中，含鈦的礦砂溶于硫酸中，產(chǎn)生鈦的溶液及鐵和其他金屬的硫酸鹽。然后經(jīng)過一連串的步驟，包括化學(xué)還原、純化、沉淀、洗滌、燃燒。*后產(chǎn)生顏料大小的二氧化鈦中間體。A型二氧化鈦和 R型二氧化鈦硅晶體結(jié)構(gòu)是由核晶過程和燃燒過程控制的

FeTiO3十2H2SO4 TiOSO4十FeSO4十2H2O

TiOSO4十H2O TiO2十H2SO4

氯化法大約是在1950年由杜邦公司商業(yè)化的，只用于生產(chǎn) R型二氧化鈦。自從1975年以來，亦已用于生產(chǎn) A型二氧化鈦了。這個方法包括兩個高溫?zé)o水蒸汽相反應(yīng)。鈦礦和氯氣在還原條件下發(fā)生反應(yīng)，生成四氯化鈦和金屬氯化物雜質(zhì)，雜質(zhì)隨后**。

然后，將高純度的四氯化鈦征高溫下氧化，生成非常光亮的二氧化鈦中間體。利用氯化法中的氧化階段能夠嚴(yán)格控制粒子的大小和晶體類型，能生產(chǎn)有高覆蓋能力和著色強(qiáng)度的二氧化鈦。

2FeTiO3十7Cl2十3C  2TiCl4十2FeCl3十3CO2

TiCl4十O2 TiO2十2Cl2

在硫酸法和氯化法兩種方法中，中間產(chǎn)品都是顏料粒子的成簇二氧化鈦晶體，這種成簇品粒必須加以分離(研磨)以得到*佳光學(xué)性能。根據(jù)*后用途的要求，采用各種濕加工方法來改良二氧化鈦，包括硅、鋁或鋅的水合氧化物征顏料粒子表面上沉淀，可以使用個別的水合氧化物處理法或不同處理法的組合，以獲得特殊用途上的*佳性能。

制造二氧化鈦顏料的重要問題足鈦礦的供應(yīng)，雖然鈦的蘊(yùn)藏量列在前十名元素之中，但它在自然界中卻以低濃度廣泛地分布，需要提高采礦和礦物加工操作的效率，以滿足制造二氧化鈦的經(jīng)濟(jì)要求。杜邦公司的業(yè)務(wù)范圍是世界性的，可保證對自己幾個生產(chǎn)工廠有源源不斷供應(yīng)含鈦濃縮礦物。

七、客 戶 服 務(wù)

交貨方式

Ti—Pure?二氧化鈦顏料以多層紙袋包裝之50磅(25kg)裝供應(yīng)。裝船的產(chǎn)品是由下列各地的工廠所制造：Edgemoor；Delaware；New Johnsonville；Tennessee；Antioch；California；Delisle；Mississippi；及臺灣觀音鈦白粉廠或是由美國各地的批發(fā)中心所提供的。零售則可由各地合格經(jīng)銷商所組成的銷售網(wǎng)購得。

有—些 Ti—Pure?二氧化鈦的規(guī)格也可以用柔軟的中型容器購得，使用更方便。杜邦大包裝可容納一公噸的產(chǎn)品。

粉狀Ti—Pure?二氧化鈦的大量船貨可用特定壓力氣動車及大卡車來運(yùn)送。收貨時往往需要龐大的設(shè)備、但如果對產(chǎn)品的消耗量大，則此項投資就劃得來了。大部分 R型二氧化鈦都有粉狀的大包裝成品。

有幾種漿狀二氧化鈦可籍鐵路及油槽卡車供應(yīng)。處理漿狀所需的設(shè)備比較簡單。所以其優(yōu)點(diǎn)足比較經(jīng)濟(jì)。在水系統(tǒng)中每年使用200噸以上二氧化鈦的涂料制造商應(yīng)該考慮使用漿狀鈦白粉的可行性。圖20就是漿狀系統(tǒng)的概要圖。

如果您想要有關(guān)漿狀二氧化鈦及其所需設(shè)備的詳細(xì)資料，請直接與當(dāng)?shù)囟虐顦I(yè)務(wù)代表洽詢。

樣品

粉狀及漿狀 Ti—Pure? 二氧化鈦樣品可向您的杜邦代表索取。在發(fā)展新產(chǎn)品及原料的試驗上，請—定使用杜邦提供的標(biāo)準(zhǔn)樣品。

八、使 用 指 南

Guide to Paint Uses

+ = Best   * = Better   o = Good

Not recommended for interior can linings or applications requiring FDA approval 杜邦鈦白粉完全手冊