鈦白粉的應(yīng)用及應(yīng)用指標(biāo)解析

鈦白粉是最重要的白色顏料，占全部白色顏料用量的80%，也是鈦系的最主要產(chǎn)品，世界上90% 的鈦資源都用來制造鈦白粉，是僅次于合成氨和磷酸的第三大無機(jī)化學(xué)品（以價(jià)值計(jì)）。鈦白粉是應(yīng)用廣泛、市場需求量很大的一種白色無機(jī)顏料。許多發(fā)達(dá)國家都把它列入關(guān)鍵化學(xué)品行列，在某些國家和地區(qū)，其消費(fèi)量與國民生產(chǎn)總值（GNP）成正比，甚至把鈦白粉的人均消費(fèi)量作為衡量一個(gè)國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平高低的重要標(biāo)志之一。鈦白粉分兩大類：一類是金紅石型鈦白粉，其耐光性、耐候性強(qiáng)，多用于室外涂料和制品；另一類是銳鈦型鈦白粉，其耐光性比金紅石型鈦白粉差，主要用于室內(nèi)涂料及制品。鈦白粉具有高折光指數(shù)，良好的化學(xué)穩(wěn)定性、耐候性、白度，高消色力和遮蓋力，且無毒無害，對人體無刺激作用，廣泛用于涂料、塑料、造紙、油墨、藥品、纖維、化妝品等領(lǐng)域。未經(jīng)表面處理的金紅石型二氧化鈦通常不能滿足大多數(shù)高檔用途的要求，必須進(jìn)行一層或多層無機(jī)或有機(jī)表面處理。表面處理是鈦白粉加工過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，表面處理工藝過程和條件決定了二氧化鈦的表面性質(zhì)和應(yīng)用性能，即決定了此類鈦白粉的應(yīng)用領(lǐng)域。

1.1 涂料

涂料是鈦白粉的最大用戶。通常，鈦白粉在涂料領(lǐng)域的消耗量占鈦白粉應(yīng)用領(lǐng)域消耗量的60%，同時(shí)它也是涂料中用量最多的一種顏料（各類涂料中鈦白含量占10%~35%）。下面介紹與鈦白粉應(yīng)用有關(guān)的幾類涂料。

1.1.1 乳膠漆

乳膠漆是在樹脂乳液中加入顏料分散而成的水性涂料。乳膠漆不含溶劑或含有少量溶劑，具有耐候、可刷洗、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用作建筑涂料，是近年來發(fā)展最快的涂料品種之一。乳膠漆分內(nèi)用和外用，外用涂料必須使用金紅石型鈦白；內(nèi)用涂料多選用銳鈦型鈦白。一般乳膠漆加工工藝為：將顏填料、分散劑、水、消泡劑等預(yù)混合，高速攪拌（或研磨）至一定細(xì)度后，再加入乳液、其他助劑等，高速攪拌（或研磨）即得產(chǎn)品。

1.1.2 卷材和印鐵涂料

彩鋼是近年來發(fā)展起來的新品種，具有堅(jiān)固耐久、使用方便、美觀大方、可拆卸等優(yōu)點(diǎn)而受到用戶歡迎，卷材涂料和印鐵涂料也就應(yīng)運(yùn)而生。卷材涂料是通過專門的涂漆機(jī)涂覆在鋼板或其它金屬表面上，再經(jīng)過烘烤成型。卷材涂料可分為里層涂料和表層涂料，里層涂料要求低，可以使用國產(chǎn)金紅石型鈦白和環(huán)氧樹脂，表層涂料要求高，一般采用進(jìn)口金紅石型鈦白粉和聚酯樹脂。

1.1.3 汽車漆

汽車漆有高級和中低級之分，最好的是轎車漆，其次是卡車漆和客車漆。汽車漆主要要求鈦白粉的耐候性、光澤和遮蓋力。目前能夠使用在轎車漆中的鈦白品牌很少，均為專用型進(jìn)口氯化法金紅石型鈦白，如R2310、R706 等。國產(chǎn)金紅石型鈦白目前只能占據(jù)中低檔汽車漆市場。

1.1.4 粉末涂料

粉末涂料是采用樹脂與顏料、助劑等直接熱熔混合，使顏料分散在熔融的樹脂中，再冷卻粉碎而成。由于粉末涂料不含溶劑，使用時(shí)不會(huì)造成環(huán)境污染；同時(shí)粉末涂料在使用過程中還可回收，對節(jié)約能源也很有好處。粉末涂料通過靜電噴涂于家電、汽車零件等金屬件上，也可用于塑料、木材等非金屬制品上，用途非常廣泛。粉末涂料大多采用金紅石型鈦白。

1.2 塑料

塑料工業(yè)是鈦白粉的第二大用戶，通常鈦白粉在塑料領(lǐng)域的消耗量占鈦白粉應(yīng)用領(lǐng)域消耗量的20%。全世界500 余個(gè)鈦白粉牌號中，有50 多個(gè)牌號是屬于塑料專用的。鈦白粉在塑料制品中的應(yīng)用，除了利用它的高遮蓋力、高消色力及其他顏料性能外，它還能提高塑料制品的耐熱性、耐光性、耐候性，使塑料制品免受紫外光的侵襲，改善塑料制品的機(jī)械性能和電性能。幾乎所有熱固性和熱塑性塑料中都使用鈦白粉，一般用量為1%~5%，它既可以與樹脂干粉混合，也可以與含增塑劑的液體相混合，還有把鈦白粉先加工成色母粒后再使用的。大多數(shù)塑料用鈦白粉的粒徑都較細(xì)（0.15~0.3 μm），這樣可以獲得藍(lán)相底色，對大多數(shù)帶黃相的樹脂或易泛黃的樹脂有遮蔽作用。塑料用鈦白粉一般都要經(jīng)過有機(jī)（多元醇、硅烷或硅氧烷）表面處理，處理后的鈦白粉，在適當(dāng)?shù)臋C(jī)械剪切力下，就能比較好地分散。

塑料制品對鈦白的質(zhì)量要求是：

（1） 耐候性：室外使用的塑料制品以及塑料門窗等必須保證鈦白的耐候性；

（2） 白度：決定淺色或白色塑料制品的外觀；

（3） 分散性：影響塑料制品的生產(chǎn)成本，分散不好的鈦白在塑料制品中會(huì)影響制品的光滑度和光亮度；

（4） 遮蓋力：遮蓋力好的鈦白，生產(chǎn)出來的塑料制品更輕、更薄。

1.3 色母粒

塑料色母粒是一種高濃縮、高效能的顏色配制品，即顏料以超常濃度均勻分布在載體樹脂中，并形成一定粒徑的顆粒。它主要由核心層（顏料）、偶聯(lián)層（偶聯(lián)劑或表面活性劑）、分散層（潤滑劑或分散劑）、增混層（載體樹脂）等組成，廣泛用于吹膜、注塑、熱壓等塑料制品的生產(chǎn)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國用于色母粒生產(chǎn)的鈦白每年為2~3 萬t。

色母粒的性能優(yōu)劣通常是在后續(xù)產(chǎn)品應(yīng)用，如吹膜或注塑中表現(xiàn)出來，因此，鈦白在色母粒中的性能也主要體現(xiàn)在色母粒的應(yīng)用過程中：

（1） 鈦白的著色力：決定相同顏色塑料制品使用的鈦白量；

（2） 鈦白的白度和色差：決定鈦白含量相同的淺色（白色）塑料制品的外觀；

（3） 鈦白的分散性：影響色母粒生產(chǎn)成本和塑料制品的外觀、光澤等指標(biāo)；

（4） 鈦白的加工性能：影響色母粒的生產(chǎn)成本。

1.4 造紙

造紙是鈦白粉的第三大用戶。裝飾紙、圣經(jīng)紙和紙幣中一般都使用鈦白粉，采用鈦白粉的紙張，白度好、強(qiáng)度高、有光澤、薄而光滑、印刷時(shí)不穿透，在相同條件下不透明度比碳酸鈣、滑石粉高10 倍，質(zhì)量也能減輕15%~30%。裝飾紙也稱為鈦白紙，主要用于制作家具、地板、壁紙等的原材料。對于有抗老化性要求的紙張，必須使用金紅石型鈦白；更多的金紅石型鈦白是用于高灰分的紙張中，因?yàn)殇J鈦型鈦白的遮蓋力達(dá)不到要求。銳鈦型鈦白均用于低灰分紙張，如圣經(jīng)紙和紙幣等。據(jù)不完全估計(jì)，我國用于裝飾紙的鈦白每年超過3 萬t。裝飾紙中鈦白用量20%~40%，其它紙中鈦白用量1%~5%。決定造紙廠選用何種鈦白的主要原因是造紙的成本，也就是鈦白的性價(jià)比。能使用銳鈦型鈦白決不使用金紅石型鈦白。造紙行業(yè)對鈦白質(zhì)量的要求順序?yàn)椋赫谏w力（不透明度）、 白度、分散性、 耐候性、 留著率。

2.1 顏色因素

顏色是顏料的重要技術(shù)指標(biāo)。鈦白粉的顏色指標(biāo)就是白度。即使是同一化學(xué)成分的鈦白粉，由于工藝路線、原料、設(shè)備、技術(shù)水平的不同也會(huì)產(chǎn)生顏色上的不同，色光固然取決于化學(xué)成分，但更重要的、經(jīng)常起決定性作用的因素是它的粒子形狀、大小、粒度分布、晶型、雜質(zhì)含量等。

2.2 遮蓋力因素

遮蓋力的光學(xué)本質(zhì)是顏料和其周圍介質(zhì)的折射率之差造成的。金紅石型鈦白粉折射率為2.71，銳鈦型鈦白粉折射率為2.55，是遮蓋力最高的白色顏料。遮蓋效應(yīng)主要是由于二氧化鈦散射導(dǎo)致的，或由于有色物質(zhì)的存在而引起的吸收，或者以上兩種原因致使入射光強(qiáng)度減退而出現(xiàn)遮蓋現(xiàn)象。因此決定鈦白粉的遮蓋力的主要原因除化學(xué)成分、晶型外，還與鈦白粉的粒子形狀、粒徑及粒度分布有關(guān)。

2.3 著色力因素

著色力是二氧化鈦的重要特性指標(biāo)，即二氧化鈦與另一種顏料混合后，混合物顯示它本身顏色的能力。也就是說對白色顏料而言，它與一深色顏料混合后，混合物的顏色越淺，表示它的著色力（消色力）越強(qiáng)。

2.4 吸油量因素

吸油量也是鈦白粉的重要顏料性質(zhì)之一，涉及到鈦白粉在展色劑中的填充狀態(tài)，并能說明它在介質(zhì)中的分散性。它在涂料混煉前估計(jì)涂料的稠度，指導(dǎo)涂料的配方，并可初步推算其顏料體積濃度（PVC）。

2.5 化學(xué)組成因素

鈦白粉的化學(xué)組成決定了其化學(xué)性質(zhì)，除了體現(xiàn)出顏料的一系列顏料性能，如白度、消色力、吸油量等外，對其應(yīng)用性能，如耐候性、分散性等的影響也很大。

2.6 耐光性、耐候性因素

鈦白粉的耐光性和耐候性是衡量鈦白粉應(yīng)用性能的重要指標(biāo)，只有將鈦白粉應(yīng)用到相關(guān)的應(yīng)用領(lǐng)域（如汽車漆、型材等）后，此指標(biāo)才具有意義。此外，衡量鈦白粉的耐光性和耐候性要確保其應(yīng)用載體的耐候性要優(yōu)于鈦白粉。影響鈦白粉耐候性指標(biāo)的主要因素有其化學(xué)成分、包膜物質(zhì)的化學(xué)形態(tài)、晶體結(jié)構(gòu)、應(yīng)用配方等。

2.7 光澤度因素

鈦白粉的光澤度是衡量鈦白粉應(yīng)用性能的重要指標(biāo)，通常鈦白粉沒有光澤，只有將鈦白粉應(yīng)用到相關(guān)的應(yīng)用領(lǐng)域（如汽車漆、油墨、型材、色母粒等）后，此指標(biāo)才具有意義。

2.8 揮發(fā)分因素

鈦白粉的揮發(fā)分實(shí)際就是含水量。因?yàn)槠浔砻娲嬖诤芨叩哪芰亢土u基，因此其表面總是要吸附一定的水分來降低其表面能，吸附的水分與鈦白粉的表面有機(jī)處理，及其存放環(huán)境的濕度和溫度有關(guān)。鈦白粉揮發(fā)分的高低不能判定其產(chǎn)品的優(yōu)劣，要視其應(yīng)用體系而定。一般情況對于水性體系揮發(fā)分的高低對應(yīng)用影響不大，但對于溶劑型體系及聚烯烴等體系，就要求揮發(fā)分越低越好，因?yàn)閾]發(fā)分高會(huì)影響到其在體系中的分散性及產(chǎn)品質(zhì)量。

2.9 分散性因素

分散性指標(biāo)是鈦白粉重要的應(yīng)用指標(biāo)。分散性又稱研磨分散性或研磨潤濕性。分散性的好壞不僅影響到鈦白粉的消色力、遮蓋力、吸油量等指標(biāo)，而且也影響涂料成膜或型材成型的光澤和耐候性。在涂料研磨分散時(shí)，分散性的好壞直接影響研磨分散時(shí)間的長短，是涂料生產(chǎn)時(shí)的重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)之一，而且研磨時(shí)間過長還會(huì)增加設(shè)備污染，使產(chǎn)品白度變差。在塑料色母粒或型材生產(chǎn)中，分散性的好壞直接影響到更換機(jī)頭篩網(wǎng)的周期及最終產(chǎn)品的性能。

3.1 質(zhì)量的穩(wěn)定性

鈦白粉的質(zhì)量穩(wěn)定性直接關(guān)系到它的下游用戶產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。如果其某些指標(biāo)不穩(wěn)定，即使鈦白粉的某個(gè)指標(biāo)有很大提高，這也不是下游用戶所期望的產(chǎn)品，必須根據(jù)鈦白粉質(zhì)量指標(biāo)的變化對配方進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，否則產(chǎn)品質(zhì)量就會(huì)出現(xiàn)問題。這是下游用戶非常關(guān)注的問題。

3.2 選擇適合的鈦白粉產(chǎn)品

選擇適合本應(yīng)用領(lǐng)域的鈦白粉產(chǎn)品非常重要。現(xiàn)在國內(nèi)外的鈦白粉市場中鈦白粉的型號有上千種，分為通用型和專用型兩大類。通用型產(chǎn)品顧名思義就是在很多領(lǐng)域都適用，但它在某一特定應(yīng)用領(lǐng)域，相對于某個(gè)領(lǐng)域的專用型產(chǎn)品來說，就存在一定差距。如果將塑料行業(yè)用得非常好的專用鈦白產(chǎn)品用于水性涂料領(lǐng)域，就會(huì)出現(xiàn)重大的質(zhì)量問題。因此對于鈦白粉生產(chǎn)商來說，要知道自己公司生產(chǎn)的產(chǎn)品適合哪個(gè)領(lǐng)域，不適合哪個(gè)領(lǐng)域，要避免出現(xiàn)把產(chǎn)品推薦到不適合本公司產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域，從而避免許多質(zhì)量異議。鈦白粉的下游用戶也應(yīng)對鈦白粉生產(chǎn)商推薦的產(chǎn)品有一定了解，可以通過了解同行業(yè)是否有企業(yè)在用，用得怎么樣；而且在新產(chǎn)品進(jìn)廠前一定要進(jìn)行小試，以確定此產(chǎn)品是否適合，以避免自己由于選擇產(chǎn)品不當(dāng)而造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。