高固体组分涂料专用钛白粉有机包膜研究

齐飞+王智+李庆

摘 要：本文采用了不同的有机包膜剂处理钛白粉，并研究了不同加量对钛白粉指标的影响。结果发现，有机硅包膜产品白度、高搅分散、消色力和耐候性均较其他包膜剂好，并且加量在0.3%时，指标最佳，应用在生产上很稳定，符合高固体组分涂料的要求。

关键词：涂料；钛白粉；有机包膜；有机硅

1引言

钛白粉即二氧化钛，性状为白色粉末，无毒，广泛应用于造纸、涂料、塑料、橡胶等行业。[1]

二氧化钛具有高的光催化活性，其表面存在晶格缺陷，使其粒子表面上存在许多光活化点，如果不经表面处理直接用在涂料中，其高的光化学活性会导致在使用过程中催化降解与其接触的有机物质，使涂料产生失光粉化脱落等现象。[2]要使钛白粉性能达到令人满意的效果，必须对钛白粉进行表面改性。[3]

有机包膜剂是通过其亲水极性基团被物理吸附在钛白粉表面，其亲油的非极性基团向外与有机分散介质作用，以增强与分散介质的润湿性能。[4]有机包膜剂在钛白粉表面形成非常均匀，致密的有机包膜层，该膜层可以消除或削弱钛白粉颗粒间的极性吸附，防止钛白粉粒子团聚，增强钛白粉的光化学稳定性。[5]

高固体组分涂料是指溶剂含量比传统涂料低得多的溶剂型涂料，一般固体组分质量百分含量为60%～80%。钛白粉在涂料应用中因受到阳光照射，温度变化，风吹雨淋等外界条件的影响，易出现褪色、变色、龟裂、粉化和强度下降等一系列老化的现象[6]。因此高固体组分专用钛白粉要求其配制所用的钛白粉具有良好的耐光性和耐候性，否则涂层就会变黄或粉化[7]。要获得耐候性能优异的高固体组分专用金红石钛白粉，需要对钛白粉进行无机和有机表面处理以封闭其光化学活性点，改变粒子表面性质[8]。

本文通过实验，选出了最佳的有机包膜剂，研究了其加量对钛白粉性能的影响，最终优选最佳的有机包膜工艺条件，为制备高固体组分涂料专用钛白粉提供理论依据。

2 实验部分

2.1主要仪器与试剂

干燥后钛白粉（安徽金星钛白），去离子水，小型汽粉机，高速分散机（0～9999转/分），烘箱

2.2实验方法

本实验采用湿法包膜：取干燥后样200g，加入200ml去离子水，搅拌均匀后，将有机包膜剂按1：1（体积比）稀释后，加入钛白粉浆料中，在1500r/min转速下包膜10min，结束后，抽滤，将滤饼在150℃下烘干，用小型汽粉机粉碎，检验其各项指标。[9]

3 结果与讨论

3.1不同有机包膜剂对钛白粉指标的影响

由上述实验数据中可见，TME、NPG、MPG、单乙醇胺的钛白粉白度普遍偏低，分散性不好； TMP包膜产品白度、高搅分散性好，但耐候性较差，200℃就发生黄变；有机硅包膜产品白度、高搅分散、消色力和耐候性均较其他包膜剂好。因此我们选用有机硅作为表面处理剂。

3.2有机包膜剂加量对钛白粉指标的影响

我们选取有机硅作为表面处理剂，研究不同加量对钛白粉指标的影响。结果如表2：

由上表可见，随着有机硅加量的增加，b值显著下降，高搅降低，耐候性增强。但是加量超过0.3%，钛白粉流动性太强，不利于生产控制，且浪费成本。因此，加量在0.3%较好。

3.3有机硅对钛白粉白度的影响

取5个干燥后的钛白粉，加入0.3%的有机硅，测试对比其亮度变化情況，结果如表3所示：

由上表可见，有机硅包膜对提升L值，降低b值效果明显。

3.4生产稳定性测试

使用四川昊泰靶式汽粉机（φ1200），粉碎压力1.4～1.6MPa，进料量2.5～3.5t/h，有机硅加量0.3%，连续生产10小时，每2小时取一个样，测试其各项指标如表4：

由上表可见：

（1）L值在95.33～98.40之间，b值在1.68～1.80之间波动，波动较小，且产品白度较高。

（2）TCS在2020～2030之间，处于较高水平。

（3）△E （200℃2h）均在0.2以下，说明其耐高温性能较好。

（4）高搅均在20～25之间，说明其在树脂体系中分散较好。

4 结论

（1）有机硅包膜产品白度、高搅分散、消色力和耐候性均较其他包膜剂好。因此，我们选用有机硅作为高固体组分涂料专用钛白粉的有机包膜剂。

（2）有机硅包膜对提升钛白粉白度方面有较好的效果。

（3）有机硅加量在0.3%时，钛白粉的亮度、分散性、耐候性、流动性最佳，连续生产稳定，符合要求。

参考文献：

[1]张小兵.低成本通用性钛白粉有机硅包膜剂的开发[J].中国高新技术产业，2014，9：19～21

[2]陈卫，刘强等.二氧化钛粉体的硅包膜研究[J].云南冶金，2012，4，2（41）：81

[3]张淑霞，李建保，张波.TiO2颗粒表面无机包覆的研究进展[J].化学通报，2001（2）：71～74

[4]王玥.钛白粉无机包膜优化研究[J].四川冶金，2014，4，2（36）：39～40

[5]侯清麟，王靖文等.正交试验优化金红石型钛白粉锆铝包膜工艺[J].湖南工业大学学报，2014，9，5（28）：56～57

[6] Zhang J， Chen CF， Yin F， et al. Surface Modification of Nano-TiO2 by Polyvinyl Pyrrolidone In Situ[J]. Synthesis and Reactivity in Inorganic Metal-Organic and Nano-Metal Chemistry， 2016， 46（8）： 1250-1253

[7]邓捷，吴立峰.钛白粉应用手册[M]. 化学工业出版社，2005.

[8]Mao L， Li Q， Dang H， et al. Synthesis of nanocrystalline TiO2 with high photoactivity and large specific surface area by sol-gel method[J]. Materials research bulletin， 2005， 40（2）： 201-208.

[9]金斌，有机硅包膜剂在金红石钛白有机包膜中应用[J].攀枝花科技与信息，2013，1（38）：13～14

作者简介：

齐飞，男，1987年9月，本科，助理工程师，研究方向：钛白粉生产技术