鈦白粉在乳膠漆中的應(yīng)用

馬玉杰，王建偉，張 亮，吳 瓊 （錦州鈦業(yè)股份有限公司，遼寧錦州 121005）

0 引言

隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，建筑業(yè)已成為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展新的增長點(diǎn)，房地產(chǎn)市場(chǎng)持續(xù)升溫，市場(chǎng)對(duì)乳膠漆的需求增長強(qiáng)勁，我國已成為世界上最大的乳膠漆制造國。乳膠漆色彩豐富，濃淡雅艷可隨意選取，裝飾效果好，使用期長，已成為打扮城市建筑物的漂亮“外衣”。

顏料作為乳膠漆中重要的組成物質(zhì)，起著不可或缺的作用。顏料的正確選擇和使用直接影響到乳膠漆的保色性，并且可指導(dǎo)加工生產(chǎn)高品質(zhì)的乳膠漆。鈦白粉作為乳膠漆中最重要的顏填料之一，對(duì)乳膠漆的遮蓋力和耐候性起著決定性的作用，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%的鈦白粉用于制備各種涂料，特別是金紅石型鈦白粉［1-2］。因此，選擇適合不同類型乳膠漆用途的鈦白粉就顯得非常重要。

1 乳膠漆的組成

乳膠漆主要由顏料和基料兩部分組成。

1.1 顏料

顏料是一種能賦予被著色材料顏色的物質(zhì)。顏料是彩色的、黑的、白的或熒光的微粒子，有機(jī)的或無機(jī)的固體物質(zhì)，顏料在實(shí)際應(yīng)用中不會(huì)受物理及化學(xué)因素的影響，一般不溶于使用的介質(zhì)，而始終以原來的晶體狀態(tài)存在，它的著色作用是靠其對(duì)光線有選擇的吸收及散射來實(shí)現(xiàn)的，如白顏料主要靠散射；黑顏料主要是吸收；其他顏料則是部分散射和部分吸收。顏料分為有機(jī)顏料和無機(jī)顏料。無機(jī)顏料是由天然礦物或無機(jī)化合物制成的，其中多數(shù)純度低，色澤較暗，著色力低，許多品種具有毒性，但價(jià)格便宜，遮蓋力高，耐光、耐候性好；有機(jī)顏料色澤鮮艷，色光純正，著色強(qiáng)度高，多數(shù)品種符合環(huán)保要求。顏料還有著色顏料和體質(zhì)顏料之分：著色顏料具有遮蓋力和色彩；體質(zhì)顏料沒有遮蓋力，主要用來調(diào)節(jié)體系黏度、防潮、調(diào)整涂膜結(jié)構(gòu)和作為增量劑來降低成本。

1.2 基料

基料由成膜物質(zhì)、助劑及稀釋劑組成。乳膠漆的成膜物基本就是乳液了，其中常用的有：醋丙乳液、苯丙乳液、純丙乳液、醋酸乙烯聚合物、聚乙烯醇樹脂水溶液、硅丙乳液等。乳膠漆常用的助劑包括潤濕劑、分散劑、消泡劑、成膜劑、pH調(diào)節(jié)劑、增稠劑及流變改性劑、防霉防腐劑等。稀釋劑主要是水。

2 乳膠漆分類

按應(yīng)用領(lǐng)域劃分，乳膠漆可分為內(nèi)墻乳膠漆和外墻乳膠漆。

2.1 內(nèi)墻乳膠漆

內(nèi)墻乳膠漆的成膜物以醋酸乙烯聚合物、苯丙乳液為主，其主要功能是裝飾和保護(hù)室內(nèi)壁面，使其美觀、整潔，涂層具有質(zhì)地平滑、細(xì)膩、色彩柔和等特點(diǎn)。內(nèi)墻用乳膠漆在性能上主要有4個(gè)方面的指標(biāo)要求：遮蓋力、耐洗刷性、抗沾污性和耐堿性。

2.2 外墻乳膠漆

外墻乳膠漆的成膜物主要以苯丙乳液、純丙乳液和硅丙乳液為主。外墻乳膠漆起裝飾和保護(hù)建筑物的外墻面，使建筑物外觀整潔美觀，達(dá)到美化城市環(huán)境的目的。外墻乳膠漆經(jīng)受日曬、雨淋、風(fēng)吹、溫變等漫長老化作用，涂層會(huì)出現(xiàn)龜裂、脫落、粉化、變色等現(xiàn)象，使其失去對(duì)建筑物的裝飾和保護(hù)作用。外墻用乳膠漆在性能上主要有5個(gè)方面的指標(biāo)要求：耐候性、耐沾污性、耐水性、耐堿性和耐溫變性（凍融穩(wěn)定性）。

3 乳膠漆的制備

乳膠漆的生產(chǎn)一般包括研磨制漿工序和調(diào)制涂料工序，設(shè)備多為高速分散機(jī)或變速分散機(jī)。

3.1 研磨制漿工序

研磨制漿工序是分散的主要工序，一般加入水、增稠劑、pH調(diào)節(jié)劑、凍融穩(wěn)定劑、潤濕劑、消泡劑、分散劑、鈦白粉和填料等，要求直接高速分散或分散后用砂磨機(jī)進(jìn)行研磨，至細(xì)度合格為止。

3.2 調(diào)制涂料工序

調(diào)制涂料工序要求慢速攪拌，此時(shí)主要加入成膜助劑、消泡劑、乳液、增稠劑、pH調(diào)節(jié)劑、防腐劑、色漿和水等。此時(shí)細(xì)度已合格，主要是對(duì)涂料的各項(xiàng)性能，如黏度、干性、光澤等進(jìn)行調(diào)整。

4 乳膠漆對(duì)鈦白粉的要求

顏料在乳膠漆中主要提供遮蓋力和裝飾性，填料可提高涂膜的機(jī)械性能和降低涂料成本。顏填料在乳膠漆中所占的比例在多數(shù)情況下都是最大的。在半光和平光乳膠漆中，顏填料與乳液的質(zhì)量比多在1.5∶1甚至6∶1以上，有光乳膠漆中的顏填料與基料比，多為（0.4～0.7）∶1，所以對(duì)顏填料在乳膠漆中的作用應(yīng)予以重視。 鈦白粉是乳膠漆中最主要的白色顏料，它通過散射光線提供極好的白色效果。不僅是白色乳膠漆需要它，其他彩色乳膠漆也需要它作為基礎(chǔ)顏料來提供遮蓋力。對(duì)于乳膠漆來說，鈦白粉是不可或缺的顏料，要從其白度、色相、鮮艷度、遮蓋力、著色力、粒徑及其分布、吸油值、密度、耐光性、耐熱性、化學(xué)反應(yīng)性、抗?jié)B性、防腐蝕性、易分散性等性能指標(biāo)方面來綜合考量鈦白粉對(duì)乳膠漆性能的影響。下面對(duì)較為關(guān)鍵的幾個(gè)指標(biāo)進(jìn)行闡述。

4.1 白度

乳膠漆是作為一種裝飾性涂料涂覆在建筑物表面上，因而其美觀性就顯得尤為重要。美觀性有兩方面的要求：一是提供色彩均勻的裝飾涂層；二是把建筑物本身的顏色遮蓋住。鈦白粉的白度是鈦白粉對(duì)光線的作用結(jié)果，決定了其在涂料中呈現(xiàn)白色的能力，對(duì)乳膠漆來說是至關(guān)重要的一項(xiàng)指標(biāo)。

4.2 遮蓋力

遮蓋力是指當(dāng)一個(gè)物體被涂以某種涂料時(shí)，涂料中的顏料能夠遮蓋被涂物體表面的底色，使該底色不能再透過涂料而顯露出來的能力。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者以上兩種原因共同作用使入射光強(qiáng)度減退的現(xiàn)象。顏料的遮蓋力不僅取決于它的晶體結(jié)構(gòu)、折射率和對(duì)光的散射能力，而且還取決于它對(duì)光的吸收能力。但是二氧化鈦和其他白色顏料一樣，由于它對(duì)光的吸收能力很小，雖然光的吸收對(duì)遮蓋力有影響，但沒有散射能力的影響大，因此其遮蓋力主要受散射力的影響，還與折射率、粒徑、粒徑分布和分散性能有關(guān)。折光指數(shù)越大，遮蓋力越大；粒度越小，遮蓋力越大，但當(dāng)其粒度小于可見光波長的一半時(shí)，遮蓋力反而下降。涂同樣面積的表面所用鈦白粉的遮蓋力越大，所需涂料量越少，生產(chǎn)成本就低。因此鈦白粉在乳膠漆中的遮蓋力也是一項(xiàng)重要指標(biāo)。

4.3 著色力

著色力也是二氧化鈦的重要特性指標(biāo)之一，是指二氧化鈦與另一種顏料混合后，得到的混合物顯示其本身顏色的能力。有時(shí)為了區(qū)別白色顏料和著色顏料，把著色顏料的著色能力稱為著色力，把白色顏料的著色能力稱為消色力，也就是說對(duì)白色顏料而言，它與深色顏料混合后，混合物的顏色越淺，表示它的消色力越強(qiáng)。著色力是顏料對(duì)光的吸收和散射的結(jié)果。二氧化鈦對(duì)光的吸收非常小，其著色力大小主要取決于它對(duì)可見光的散射能力，散射力大，著色力高。在現(xiàn)實(shí)生活中，大都使用彩色或淺色涂料來涂裝建筑物，較少采用純白色涂料。一般先用鈦白粉制備出白色的調(diào)色基礎(chǔ)涂料，涂覆前再將色漿加入到基礎(chǔ)涂料中，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)色。鈦白粉應(yīng)用于調(diào)色基礎(chǔ)涂料中時(shí)，除了考慮其遮蓋力的問題外，更主要的是考慮它的著色力。著色力越大，其用量越小，就可以降低生產(chǎn)成本。

4.4 分散性

分散性是鈦白粉重要的應(yīng)用指標(biāo)。分散性的優(yōu)劣不僅會(huì)影響鈦白粉的著色力、遮蓋力、吸油量等指標(biāo)，而且還會(huì)直接影響產(chǎn)品的加工過程及最終產(chǎn)品的光澤和耐候性等。近年來，各涂料廠為提高生產(chǎn)效率，大多取消了研磨工序，這對(duì)鈦白粉的分散性及分散穩(wěn)定性提出了更高的要求。

4.5 耐候性

外墻涂料的耐候性，即戶外耐久性，是指暴露在室外環(huán)境條件下，外墻涂料的力學(xué)性能，如模量、強(qiáng)度，粘結(jié)性、保色保光性等的變化程度，以及是否發(fā)生脆化、粉化、變色、失光、剝落等現(xiàn)象。外墻涂料的主要功能是保護(hù)和裝飾，涂膜必須能維持到下次更新，且能保持良好的視覺效果，因此，耐候性就顯得十分重要。目前，我國外墻涂料一般要求耐候8～10 a以上。

光引發(fā)氧化降解和水解是兩種主要的戶外降解過程，它們常常同時(shí)進(jìn)行，有時(shí)甚至相互促進(jìn)，加速涂膜的破壞。未進(jìn)行無機(jī)表面處理的鈦白粉表面晶格存在缺陷，使其表面上存在許多光活化點(diǎn)，在紫外光的作用下，其晶格上的氧離子失去兩個(gè)電子變?yōu)檠踉樱尫懦鰜淼碾娮颖籘i4+所捕獲，還原成Ti3+。釋放出的活性氧原子會(huì)引起周圍的樹脂發(fā)生斷鏈，致使涂膜發(fā)生黃變、開裂等老化問題。因此，在外墻乳膠漆中，應(yīng)選用耐候性佳的金紅石型鈦白粉。

5 不同乳膠漆適用的鈦白粉牌號(hào)

在涂料配方設(shè)計(jì)中，鈦白粉用量在原料成本中占比很大，而鈦白粉種類繁多，所有的產(chǎn)品都是為某些性能而設(shè)計(jì)的，具有不同的產(chǎn)品特征。不同類型涂料產(chǎn)品要選擇不同特征的鈦白粉作為顏料才能使其具有優(yōu)異的產(chǎn)品性能。目前，用于乳膠漆領(lǐng)域的鈦白粉主要有以下幾類性能特征的產(chǎn)品：

（1） 通用型產(chǎn)品：常用的國外品牌產(chǎn)品有杜邦R902+，奎斯特RCL595，特諾CR828、CR822，石原R930、R980，康諾斯2310等；常用的國內(nèi)品牌產(chǎn)品有錦鈦CR-501、CR-510、龍蟒佰利聯(lián)R996、BLR601，東佳R237、R2377，中核R215，裕興R818等。

（2） 高耐候性產(chǎn)品：常用的國外品牌產(chǎn)品有杜邦R706、R960，奎斯特RCL696，特諾CR826等；常用的國內(nèi)品牌產(chǎn)品有錦鈦CR-506等。

（3） 高耐候、高干遮蓋力產(chǎn)品：常用的國外品牌產(chǎn)品有杜邦R931、TS6300，石原R780、克朗諾斯2044等；國內(nèi)此類產(chǎn)品認(rèn)可度不是很高，尚未量產(chǎn)化。

在涂料配方中，除選擇合適的鈦白粉外，另一個(gè)關(guān)鍵問題是如何確定鈦白粉的最佳用量，這取決于涂料顏色、遮蓋力的要求，但也受到其他因素，如PVC（顏料體積濃度）、潤濕分散性、涂膜厚度、涂料固含量和其他顏料存在的影響。