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钛白粉的分类
作者: 小晓    日期: 2021-07-29 09:37    点击量:     文字大小:      
钛白粉有哪些分类方法?

钛白粉
 
钛白粉是工业生产中非常重要的白色颜料,它的分类有很多种,根据生产工艺可分为硫酸型钛白粉和氯化法钛白粉,按晶型分为锐钛型钛白粉和金红石型钛白粉,根据使用对象分为颜料型钛白粉和特种钛白粉等等,下面上海精颜化工就为您介绍一下钛白粉的分类。
 
(1)硫酸法和氯化法钛白粉
根据生产工艺的不同,可分为硫酸法钛白粉和氯化法钛白粉,氯化法钛白粉因其杂质含量低、粒径分布窄、白度高、颜料性能好等优点在涂料中很受欢迎。起初,硫酸法产品质量不如氯化法,但为了与氯化法竞争,硫酸法改进工艺,加强过程控制,大大提高了质量。两种方法生产的产品质量相比,尽管在某些方面(如粒度分布、杂质含量、色相等),氯化法生产的产品质量确实略高于硫酸法生产的产品,但由于氧化法装置开工率高于硫酸法,世界钛白粉市场氧化法产品相对密度已超过硫酸法。1996年,氯化法工艺生产能力约占世界总生产能力的55%,硫酸法占45%。,美国市场已经基本没有硫酸金红石型钛白粉,美国剩余的硫酸工厂都生产锐钛矿型钛白粉。可以肯定地说,涂料中使用的金红石型钛白粉最近已经占据了大部分,因为环保问题,未来还会持续增长。
 
(2)金红石和锐钛矿型钛白粉
按晶型可分为金红石型和锐钛矿型二氧化钛。硫酸法可生产金红石型钛白粉和锐钛矿型钛白粉,而金红石型钛白粉只能用氯化法生产。金红石型二氧化钛晶体结构致密,锐钛矿型晶体结构疏松。金红石型由于折射率高,其遮盖力和消色差比锐钛矿型高约20~30%,金红石型的耐久性大于锐钛矿型。从白度和色调来看,在可见光谱的紫外端,金红石型比锐钛矿型吸收更多的光,所以金红石型往往具有黄色相,不如锐钛矿型具有蓝色相的白色。但随着制造工艺的提高,金红石型的一些品种在这方面与锐钛矿型没有区别,甚至没有区别。虽然锐钛矿的价格较便宜,但由于价格相差不大,要实现同样的遮盖力,锐钛矿二氧化钛需要使用2倍以上,导致成本增加,并且耐久性差,所以发达国家一般不使用锐钛矿作为油漆颜料,甚至因其抗旋光度差而不作为内漆使用。以前,锐钛矿型二氧化钛因容易粉化的特性被用来制作自洁外墙漆和路标漆,但现在基本不用了,只有一些对色漆有特殊要求的,例如只有使用少量锐钛矿型二氧化钛,才能表现出干净的白色或淡蓝色相。
 
(3)大粒径、小粒径钛白粉
二氧化钛晶体的粒径都在1pm以下,属于亚微米范围。一般为了实现有效的光散射,产生最佳遮盖力和消色差,二氧化钛的粒径应等于或略小于散射光波长的一半。但由于人的肉眼对黄绿光敏感,因此,涂料用钛白粉颜料的平均粒径应为0.2~0.3um。理论上,当二氧化钛晶粒尺寸小于0.19um时,没有遮盖力。但事实上,由于二氧化钛晶体不可避免的聚集,这一粒径远小于0.19um。近年来成功研制了粒径为0.01~0.05μm的超细二氧化钛,它是一种无遮盖力、透明的二氧化钛,在不同颜色的透明涂料和汽车面漆中得到广泛应用。
 
为了充分发挥不同类型涂料中覆盖钛白粉颜料的光学性能,现代钛白粉工业生产了各种粒径的钛白粉。一般0.2~0.3um为小粒径二氧化钛,0.4~0.5um为大粒径二氧化钛。小粒径金红石型钛白粉光泽度高,白度好,锐钛矿型钛白粉色调清新,底色蓝色,消色差大,主要适用于颜料体积分数低的高光泽涂料,用于增加入射光在涂膜中的散射点数,以提高涂膜的覆盖力,即所谓颗粒子数效应。而小粒径金石钛白粉的抗粉化程度较差。中等粒径金红石型钛白粉颜料性能平衡,抗粉化性能好,广泛应用于各种涂料中,有的称为通用型钛白粉。大颗粒二氧化钛有两种,一种是扁平乳胶漆用海绵状铝硅包覆二氧化钛,吸油吸水性高,能起到提高遮盖力的效果,多用于超过临界颜料体积浓度的涂料配方中,以减少二氧化钛用量,另一种是金属罐用的铁油墨和一些家电涂料用的钛白粉。由于这类涂料的涂膜是一次性形成的,而且大部分都很薄,为了达到最大的遮盖力,涂料的颜料体积分数必须很高,此时如果使用小粒径的二氧化钛,由于颗粒数量过大,必然会导致颜料颗粒的聚团,导致部分颗粒因不能接收入射光而不能起到散射点的作用,从而导致光散射效率下降,即出现所谓的颗粒聚团效应,所以这个时候特别适合使用大粒径的二氧化钛,但这种大颗粒金红石型二氧化钛不同于乳胶漆中使用的具有遮盖力的二氧化钛。
 
(4)不同抗粉化程度的钛白粉
根据抗粉化程度,钛白粉可分为不粉化型、中等抗粉化型和高抗粉化型。虽然抗粉化性能和耐久性有一定的差异,但在实际应用中经常是混合使用的。未经表面处理的锐钛型和金红石型钛白粉具有旋光性,耐久性较差,属于非粉化型,基本只能内部使用。而有些对旋光度要求严格,即使内部使用锐钛矿型,也因其旋光度较差。中等耐粉性的钛白粉在一些文献中被称为高耐粉性,一般的钛白粉如R-902、TR-92等都属于这一类型,大多适用于低PVC、中PVC搪瓷和喷漆,一些用于中高PVC搪瓷、醇酸和平乳胶建筑涂料的二氧化钛也属于这一类型,这种二氧化钛是经过表面处理的。高防粉型又称超耐久型,耐久性极佳,特别适用于要求耐久性和光泽保护的汽车面漆、外卷漆和重涂周期长的街道高层建筑长外墙涂料,主要品种有杜邦R-960。
 
(5)锌稳定和铝稳定钛白粉
硫酸法钛白粉生产过程中,在煅烧水合钛白粉前,若加入氧化锌可以使金红石晶体性状更加稳定,称为锌稳定钛白粉;若加入氧化铝以稳定晶体,则称为铝稳定二氧化钛。氧化锌是一种金红石促进剂,能使金红石晶化转化率达到98%以上,并残留在成品二氧化钛中,一部分进入TiO2晶格,一部分存在于TiO2晶体表面,形成包覆层,可以改善钛白粉的耐候性,因此金红石二氧化钛配锌更适合油性漆,因为植物油基木体耐候性较差,所以氧化锌可以稳定油性基料。而现代涂料以合成树脂为主要基料,不需要锌来稳定,也可制成不含锌的二氧化钛,抗粉化性能高。含锌品种中的氧化锌会与涂料中的酸性粘结剂发生反应,会影响钛白粉的白度、分散性和光泽,以及乳胶漆的贮存稳定性。因此,有些公司不主张添加锌,例如氯化法钛白粉就不含锌,但一些公司仍主张添加锌。
 
钛铁矿用于硫酸生产二氧化钛的钛铁矿,有时含有定量的五价铌,在煅烧时进入二氧化钛
晶格。由于钛有四个电子,铌有五个电子,额外的电子可以增加二氧化钛晶体的半导体性能,产生光吸收,使影响钛白粉的白度,这对金红石钛白粉来说是一个严重的问题。为了克服铌的不利影响,在煅烧水合二氧化钛时要加入三价铝,补偿铌的第五电子,使钛白粉电中性,称为铝稳定二氧化钛。此时在钛白粉中形成并进入晶格称为酸不溶铝,目前铝稳定的二氧化钛比锌稳定的要多得多。
 
(6)无机包膜和有机包膜的钛白粉
现代钛白颜料,尤其是金红石型,绝大多数都要进行表面处理,以提高分散性、遮盖力、消色力、耐久性等性能。若按包膜物质分,可分为无机表面包膜和有机表面包膜处理的钛白。
无机包膜主要是铝、硅、钛、锆等金属的氧化物或水合氧化物,可单用一种处理剂处理,更多的是用几种处理剂进行联合处理,以产生协同效应。对于大多数小粒径钛白,为了使其具有很高的光泽,往往仅用铝处理,而高抗粉化型的钛白则多用硅、铝、钛、锆等联合处理。与钛白颜料性能具有同等重要性的,是它在成膜物质中的分散性。为了改善分散性,国外在20世纪60年代末70年代初发展了有机表面处理。有机处理剂有多元醇、三乙醇胺、二异丙醇胺、酯化苯乙烯顺丁烯二酸酐共聚物、聚甲基硅氧烷等。国外公司广泛采用有机包膜处理工艺。
 
(7)轻包膜和重包膜的钛白粉
在乳胶漆与专用钛白出现之前,钛白颜料中的TiO2含量大都在95 ~ 96%,无机包膜量大致为3 ~ 4%,这种包膜量很少的钛白称为轻包膜钛白。现在,TiO2 最低含量在89%,无机处理剂量在10%以下的钛白,也称为轻包膜的钛白。平光乳胶漆中钛白颜料含量低,为了使涂膜具有适当的遮盖力,一定要借助于干遮盖力的帮助,于是设计出了铝硅处理量很高的乳胶漆用钛白。这种钛白为了产生干遮盖力,要增大表面处理剂量,并使粒子表面粗糙多孔。这种颜料的钛白粉含量低达80 ~ -85%,无机包膜量在15%以上的钛白称为重包膜钛白。水性乳胶漆用钛白在世界用量极大,所以世界各钛白公司都大量生产这种重包膜的钛白,以满足建筑涂料的需要。
 
(8)专用型和通用型钛白粉
专门为某些特定用途而设计的钛白称为专用型钛白,其特点是与特定应用有关的某些性能被设计得很高,因此,在应用性能和成本上具有优势,因为它可以最大限度地挖掘出钛白这方面的性能潜力。现代专用型钛白很多,建筑乳胶漆用的大粒径、重包膜的钛白,便是一种专用型钛白。相反,应用范围较广、性能被设计成比较平衡的钛白,称为通用型钛白。其特点是各种性能都被照顾到。因此,在一定条件下可代替专用型。其优点是具有通用,可降低用户的钛白库存,其缺点是不能最大限度地满足用户所要求的性能,用户还会浪费掉一些自己不用的性能,因此在性能上和或成本上可能会有某种程度的不足。多年以来,我国涂料工业所用的金红石型钛白几乎全部为通用型,只是近年来才开始少量应用专用型钛白。这是因为我国涂料生产厂家众多,每家涂料生产量都很少,但品种又很齐全,因此,只有通用型钛白才能应付这样的局面。
 
(9)亲油性、亲水性和两亲性钛白粉
按钛白颜料在应用系统中对基料的亲合性,可分为亲油性、亲水性和两亲性钛白。未经表面处理的钛白,由于表面上含有大量亲水基团如表面羟基等,故其本质上是亲水疏油的,但为使其有足够的亲水性,以适应在水性系统中的应用,还必须进行亲水处理(表面处理),并且在应用系统中还要加入适量阴离子型分散剂,故现代可适用于水性系统的钛白品种,都有分散剂需要这一技术指标。亲油性钛白一般都末经过表面处理。晶体状水合氧化铁包膜能改进钛白的亲油性,因为它有助于聚合物基料的吸附,并在应用系统中产生空间位阻效应。大多数有机表面处理能提高钛白的亲油性。现代钛白颜料都是两亲性的,它们既适用于油性(溶剂型)系统,又适用于水性系统。
 
(10) 水浆、油浆和干粉钛白粉
按钛白商品存在状态,可分为水浆钛白、油浆钛白和干粉钛白粉,目前供货量最大的仍然是干粉钛白。20世纪70年代早期为了减轻用户的研磨分散等操作,市场上投放了水浆钛白产品,它分散稳定,可以泵送,适用于同一牌号用量比较大的水性浆用户,特别是造纸和水性建筑涂料生产厂家。利川水浆钛白除节省分散时间和动力消耗外,还可以减少钛白损失、消除粉尘飞扬和不用处理包装袋,用户也容易实现生产自动化。水浆中的钛白可以是锐钛型的,也可以是金红石型的。浆中含有大约60 ~ 80%的钛白颜料,这取决于钛白颜料品种。水浆中还含有分散剂、pH调节剂、防腐剂、杀菌剂等。水浆钛白在北美大量应用,北美各大钛白生产商都无一例外地进行大批量的生产。油浆钛白也是一一种预分散产品,用于配制小批量涂料产品。油浆钛白大部分都是非钛白生产商生产的,因此与水浆钛白完全不同。
 
(11) 复合型钛白粉
为了节省钛白用量,当钛白市场紧俏时,总会有一些复合钛白上市,硫酸法最初生产的钛白就是硫酸钙二氧化钛复合颜料,一度很流行,一直使用了几十年。日前,它已从绝大多数的市场中消失。这种所谓钛~钙复合颜料在溶剂型涂料中的性能还较可以,但不适用于水性体系,因为硫酸钙晶体在水中会长大,并且痕量的钙离子和硫酸根离子会使乳胶漆料产生絮凝现象。
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