钛白粉对户外用粉末涂料耐候性能的影响研究

2023-12-21李瑞瑞

山西化工 2023年10期

李瑞瑞，许冉

（龙佰集团股份有限公司，河南焦作 454006）

0 引言

户外粉末涂料是一种粉状不含液态溶剂及稀释剂的新型涂装材料。由于其高装饰、重防腐性、粉末可回收利用，无有机溶剂对环境的污染等特点决定了其广泛的应用空间。当前，钛白粉在户外粉末涂料中起到中起着颜料、填料的作用，对户外粉末涂料涂层的耐候性有着至关重要的作用[1]。本文从钛白粉品质性能着手，对钛白粉种类、表面处理及特性对户外粉末涂料涂层的耐候性能的影响进行分析研究，为户外粉末涂料钛白粉颜料的选择提供技术支持。

1 钛白粉及其耐候性概述

1.1 钛白粉简介

钛白粉是一种以二氧化钛（TiO2）含量为主的粉末，具有高折射率及理想的粒度分布，良好的遮盖力及着色力，被认为是目前世界上性能最好的一种白色颜料，广泛应用于涂料、塑料、造纸、油墨、橡胶等行业。钛白粉主要有红石型、锐钛矿型、板钛矿型三种类型。金红石型钛白粉是立方晶体，钛原子与氧原子排列紧密，结晶稳定。金红石型钛白粉的衍射角位于27.5°，金红石型晶体细长，呈菱形晶体，常是牵晶；对紫外线的反射率较小，耐候性较好；作为白色颜料金红石型钛白粉的密度仅为4.2 g/cm3。

对比锐钛型钛白粉而言，金红石型钛白粉的耐候性和保光性较好[2]。在波长为400～700 nm 可见光波长范围内，锐钛型和金红石型钛白粉对光线的反射率都较为理想，两者有较好的白度；在波长为350～400 nm 的紫外光范围内，金红石型钛白粉对紫外线具有较好的吸收功能，紫外线反射率较低，耐候性较好，因此紫外线对户外粉末涂料涂层的损害较小。

1.2 钛白粉耐候性分析

钛白粉的耐候性是衡量钛白粉应用性能的关键指标，不同钛白粉产品的化学成分、包膜物质的化学形态、晶体结构、应用配方等因素都会影响到钛白粉产品的耐候性。钛白粉因其自身的晶格缺陷，导致其四价钛离子被还原为三价钛离子过程中会释放出具有极强反应活性的初生态氧，会氧化户外冶金涂料中的有机物，破坏涂层连续性和粉化涂膜，耐候性能不佳。可采用对钛白粉进行表面处理的方案，有效改善钛白粉表面化学性质，使TiO2离子与紫外光隔离，两者无法直接直接接触，可有效提高其耐候性。

钛白粉的表面处理主要是分为表面无机处理和表面有机处理两大类型。表面无机处理常用SiO2、Al2O3、ZrO2等无机处理剂进行处理，并采用单元型、双元型、三元型等不同的表面处理方式来降低钛白粉光化学活性，达到提高钛白粉耐候性能的目的。表面有机处理主要是采用物理吸附和化学吸附的办法，改善钛白粉在户外粉末涂料中的分散、润湿性能。

2 钛白粉成膜后耐候性能的影响研究

2.1 试验仪器

粉末涂料KTE-52 型挤出机，江苏共创机械科技有限公司；金马四代手动静电粉末喷枪，瑞士金马公司；UVLED 型固化烤箱，尊虹科技公司；LS13320XR 籍贯衍射粒径分析仪，贝克曼库尔特公司；CR-10Plus 小型色差仪，日本美兰达；BK1568S 三角度光泽仪，四川思创倍科公司；QNIX4500 涂层膜厚仪，德国尼克斯；XD-21-866 小型氙灯老化试验箱，河北恒仪电子公司。

2.2 实验原料

饱和型非支化端羧基聚酯、异氰尿酸三缩水甘油醋、丙烯酸酯类流平剂、氨基改性酚尿表面活性剂、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、多元受阻酚与亚磷酸酯类混合物、季铵盐类化合物、聚酰胺蜡、无机颜料、钛白粉产品，均为国药集团上海有限公司提供。

2.3 老化测试和检验方法

老化测试按GB/T 23443—2009 中的7.12.2 标准采用XD-21-866 小型氙灯老化试验箱进行，自然暴晒地点位于河南焦作。根据GB/T 9754—2007 标准，采用BK1568S 三角度光泽仪进行保光率测定。参照GB/T 9754—2007；评定参照根据GB/T 1766—2008标准进行粉化程度变色程度测定。变色程度根据GB/T 1766—2008 标准采用CR-10Plus 小型色差仪测定。

2.4 试验内容

2.4.1 户外用粉末涂料配方

实验采用的用户外用粉末涂料配方如下：饱和型非支化端羧基聚酯58%、异氰尿酸三缩水甘油醋4.31%、丙烯酸酯类流平剂1%、氨基改性酚尿表面活性剂0.3%、丙烯酸丁酯0.5%、甲基丙烯酸甲酯0.4%、多元受阻酚与亚磷酸酯类混合物1%、季铵盐类化合物0.3%、聚酰胺蜡1%、无机颜料若干，钛白粉25%。实验中，钛白粉采用单元型Ⅰ、单元型Ⅱ、双元型Ⅲ、双元型Ⅳ四种类型，均采用四种不同表面处理剂制备而成。

2.4.2 制粉

户外用粉末涂料的制粉工艺流程如下：称量→混合→挤出→冷却、破碎→粒径筛选→粉碎。

2.4.3 样板制备

样板制备工艺如下：静电喷涂→固化，条件：195 ℃×18 min。