钛白粉在涂料中的应用

钛白粉学名二氧化钛，是一种重要的白色颜料，跟传统的铅白、锌白、锌钡白等白色颜料相比，钛白粉具有折射率高、消色力强、遮盖力大、分散性好、白度好、无毒等多种优异性能，被称为白色颜料之王，广泛应用在涂料、塑料、油墨、造纸、化纤、陶瓷等行业。其中涂料用量最大，约占钛白粉总量的５７％。

涂料，俗称“油漆”，是一种可通过不同的施工工艺涂覆在物体表面，形成粘附牢固、具有一定强度的连续固态薄膜物质，能对物体起到保护、装饰和特性功能作用。涂料具有很多优点，①涂料应用范围广，能广泛的应用在各种不同材质的物体表面，如金属、木材、水泥制品、塑料制品、皮革、纸制品、纺织品等；②涂料品种繁多，能满足不同性能的要求，可根据需要生产出不同性能的涂料；③涂料使用方便，一般用比较简单的方法和设备就可施工在被涂物体表面；④容易维护和更新，物体上的涂膜旧了可以擦洗或重涂，部分破损可以修补，也可根据需要改变涂膜外观，不需要较大投资即可经常得到新的涂膜。由于其优点和所发挥的作用对人类社会做出了巨大的贡献，因而得到了长期广泛的应用和发展。本文从钛白粉的性能，钛白粉在涂料中的作用及其应用现状，钛白粉主要质量波动对涂料的影响等几个方面进行概述，并就涂料用钛白粉的发展提出几点建议，为钛白粉在涂料中的应用提供参考。
 

２钛白粉的性能

二氧化钛按结晶形态可分为板钛型、锐钛型和金红石型，板钛型很不稳定，温度高于６５０℃时就会直接转化为金红石型，无实际的工业价值，目前工业上实际应用的只有锐钛型和金红石型钛白粉。而锐钛型晶体结构不如金红石型致密，折射率低于金红石型，因而其遮盖力和消色力比金红石型低２０－３０％，耐久性也远不如金红石型，因此，涂料工业主要用的是金红石型钛白粉。

钛白粉无毒，化学性质很稳定，常温下几乎不与其它物质反应，但是，二氧化钛本身存在一些晶格缺陷，其表面上存在许多光活化点，在光作用下，钛白粉可发生连续的氧化还原反应，具有光化学活性，所以，现在涂料用钛白粉都要经过表面处理。颜料的折射率是支配颜料光学性能的首要因素，也是其它性能的基础，而光学性能与颜料性能又是密不可分的，颜料性能是光学性能的具体表现形式，表１列出了钛白粉和其它常见白色颜料的光学性能和对应的颜料性能，从表１中可以看出，钛白粉的折射率最高，其它颜料性能指标也最好，所以钛白粉是必不可少，用量最多的白色颜料。

粒径的大小对二氧化钛的光学性质和颜料性能有很大的影响，在可见光范围内，钛白粉最适宜的粒径范围在０．１５－０．３５μｍ，相当于被散射可见光波长的一半，粒径在此范围的钛白粉，具有最高的散射力，白度、遮盖力、消色力和光泽度等也最好。

分散性是指颜料在被着色介质中的分散能力，在一定条件下，在一定的时间内颜料粒子在基料介质中的分散程度，或者在一定的分散条件下，在体系中达到一定的分散程度所需要的分散时间，分散性又称研磨分散性或研磨润湿性，在以水为分散介质时又称为水分散性。分散性是二氧化钛颜料的重要应用性能指标，直接影响其消色力、遮盖力、表面光泽、吸油量等指标，用在涂料中时，其在涂料中的分散性好坏影响涂料的贮存稳定性、流动性、流平性、涂膜光泽、耐候性等等，而且还直接影响涂料生产过程中的研磨分散时间。因此，为了提高钛白粉的分散性，生产厂家通常都是对其进行表面改性处理，添加有机或无机的表面活性剂，以增强其在不同展色剂中的亲和能力，从而提高钛白粉的分散性和分散稳定性。

耐候性是指二氧化钛颜料的涂膜暴露在室外气候环境下，抵抗日光和大气的作用，避免发生变色、粉化、失光的能力。影响耐候性的因素很多，二氧化钛颜料的光化学活性就是影响耐候性的主要因素，由于二氧化钛本身存在一些晶格缺陷，其表面上存在许多光活化点，对可见光紫外光谱段有轻微的吸收，在紫外光照射下，如果有水等催化剂的作用，钛白粉可发生连续的氧化还原反应，生成羟基和过氧羟基自由基，它们具有高度的活性，能使涂膜中的有机聚合物氧化，发生高分子链断链和降解，破坏涂膜的连续性，使涂膜的耐候性降低。为了提高钛白粉的耐候性，通常在偏钛酸煅烧前加入少量盐处理剂或对钛白粉进行无机包膜处理，加入盐处理剂可以填补二氧化钛本身存在的晶格缺陷，降低其光化学活性，无机包膜是在二氧化钛颗粒表面包一层“膜”，阻止紫外光对二氧化钛的直接照射，也可以避免二氧化钛与涂膜有机物的直接接触，降低其光化学作用的破坏力，从而提高涂膜耐候性。

３钛白粉在涂料中的作用及其应用现状

涂料主要由成膜物质、颜料、溶剂和助剂等四个部分组成，涂料中的颜料具有一定的遮盖力，它不仅能遮盖住被涂物体原来的颜色，而且能赋予涂膜鲜艳的色彩，实现亮化美化的装饰效果。同时，颜料与固化剂和基材紧密结合，融为一体，能增强涂膜的机械强度和附着力，防止开裂或脱落，并且能够增强涂膜的厚度，阻止紫外线或水分的穿透，提高涂膜的抗老化和耐久性能，延长涂膜和被保护物体的使用寿命。而颜料中，白色颜料的用量最大，涂料对白色颜料的性能要求：①白度好；②研磨润湿性好；③耐候性好；④化学稳定性好；⑤粒度小，遮盖力和消色力高，不透明度和光泽度好。

钛白粉是涂料用最多的一种白色颜料，其产量占无机颜料的７０％以上，消费量占白色颜料总消费量的９５．５％。目前，世界上约６０％的钛白粉用于制造各种涂料，特别是金红石型钛白粉，大部分被涂料工业所消耗。用钛白粉制造的涂料，色彩鲜艳，遮盖力高，着色力强，用量省，品种多，对介质的稳定性起保护作用，并能增强漆膜的机械强度和附着力，防止裂纹，防止紫外线和水分透过，延长漆膜寿命，多彩花纹涂料中几乎每一个图案的配色都离不开钛白粉。

不同种类不同用途的涂料对钛白粉有不同的要求，如粉末涂料就要求用分散性好的金红石型钛白粉。锐钛型钛白粉消色力低，光化学活性强，用于粉末涂料中，涂膜容易出现黄变。而硫酸法生产的金红石型钛白粉具有价格适中、分散性好，遮盖力和消色力好等优点，非常适合用于户内粉末涂料，而户外粉末涂料用钛白粉除了要求分散性、遮盖力和消色力好外，还要求具有很好的耐候性，因此，户外粉末涂料用钛白粉一般为氯化法生产的金红石型钛白粉。

水性涂料是指涂料配方中的挥发性物质绝大部分是水的涂料，随着人们环保意识的增强和环保法规的日趋严格，水性涂料已经普及。和溶剂型涂料一样，要求钛白粉白度和分散性好，遮盖力、消色力和耐候性高，杂质含量低等。目前市场上的钛白粉大多都是通用型的钛白粉，既可以用于溶剂型涂料，又可以用于水性涂料，但是，毕竟水性涂料和溶剂型涂料存在本质上的差别，这些通用型的钛白粉在水性涂料中分散效果不是很好，因此，为了使钛白粉能在水性涂料中很好的分散，要有针对性的选择钛白粉表面处理方式。建筑涂料要求耐酸、耐碱、抗水、防潮，不论在粗糙或光滑的基层表面均要有良好的附着力。用于建筑涂料的钛白粉除了要求具有以上提及的好的光学性能和颜料性能外，最重要的是要求钛白粉具有高的耐候性，抗粉化能力强，尤其是外墙用建筑涂料。一般通用型钛白粉如Ｒ－９０２、Ｒ－９３０、ＲＣＬ－５７５、ＴＲ－９２等，属于中等抗粉化型的钛白粉。

高抗粉化型又称超耐候型，特别适用于要求重涂期很长的高层临街建筑外墙涂料，主要的品种有ＤｕＰｏｎｔ生产的Ｒ－９６０、Ｒ－９６０－ＨＧ、Ｒ－９６０ＶＨＧ，Ｈｕｎｔｓｍａｎ生产的ＴＲ－６３和ＴＲ－６１，Ｋｒｏｎｏｓ生产的２３１０和２３３０，ＩＳＫ生产的ＣＲ－９５、ＣＲ－９３、ＣＲ－９７、Ｒ－９５０和Ｒ－９７０、Ｍｉｌｌｅｎｎｉｕｍ 生产的ＲＣＬ－６２８和ＲＣＬ－６６６等金红石型钛白。

４钛白粉主要质量波动对涂料的影响分析

白度

钛白粉作为一种优质的涂料用白色颜料，其白度至关重要，是涂料要求的关键质量指标之一，钛白粉白度差，会直接影响涂膜的外观。影响钛白粉白度的最主要因素是其中有害杂质的种类和含量，因为钛白粉对杂质非常敏感，尤其是金红石型钛白粉，所以，即使是微量的杂质，也会对钛白粉白度产生明显的影响，影响钛白粉白度的各种杂质的极限值见表２。氯化法工艺生产的钛白粉白度往往比硫酸法工艺生产的好，这是因为氯化法工艺生产钛白粉所用的原料四氯化钛已经蒸馏净化，本身杂质含量少，而硫酸法工艺所用的原料杂质含量高，只能通过洗涤和漂白等工艺技术来除掉杂质。

其次，钛白粉粒子的形状、大小和粒径分布，以及钛白粉出现不理想的晶体结构和混晶现象也会影响其白度。为了使钛白粉具有最佳的白度，要求钛白粉为球形颗粒，表面光滑圆润，不带棱角，不团聚，粒径分布控制在０．１５－０．３５μｍ。

遮盖力

遮盖力为每平方厘米被涂物体的表面积，在达到完全被遮盖时，需要用颜料的最低质量。涂同样面积的表面，所用钛白粉的遮盖力越大，涂膜便可以越薄，所需的涂料量越少，则所需要钛白粉的量也越少，如果钛白粉遮盖力降低，为达到同样的遮盖效果，所需要的钛白粉量增加，则生产成本就会增加，且钛白粉用量增加，会导致钛白粉在涂料中难以分散均匀，出现聚集，同样会影响涂料的遮盖效果。钛白粉遮盖力大小主要由其本身的折射率来决定，金红石型钛白粉的折射率是所有白色颜料中最大的，因此其遮盖力也最高，锐钛型钛白粉次之。其次，钛白粉粒子的形状、大小、粒径分布和分散程度也会影响其遮盖力，在大于可见光半波波长的范围内，钛白粉粒子表面越光滑，粒径越小，表面积越大，分散越好，其遮盖力越大。

耐候性

涂料对钛白粉的耐候性要求高，尤其是户外用表面涂料，要求高耐候性或超高耐候型的钛白粉。使用耐候性低的钛白粉，涂膜会出现褪色、变色、粉化、开裂、剥落等问题。金红石型钛白粉的晶体结构比锐钛型钛白粉的结构更为紧密，光化学活性低，因而耐候性也远高于锐钛型钛白粉，所以涂料用钛白粉基本上全是金红石型钛白粉。提高钛白粉耐候性最主要的方法是对其进行无机表面处理，即在钛白粉粒子表面包覆一层或多层无机氧化物或水合氧化物，通常包覆的氧化物有ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＣｅＯ２等，其中氧化锆和致密氧化硅包膜是目前公认的耐候性最好的包膜方式，氧化锆包膜技术国内已经掌握，但致密氧化硅包膜技术仍然被国外垄断，国内还未能攻破，有待继续研究。

分散性

钛白粉为超细粒子，比表面积大，表面能高，颗粒之间容易发生聚集，在涂料中难以稳定分散。钛白粉分散性差会直接影响其在涂料中的消色力、遮盖力和表面光泽度等光学性能，而且还会影响涂料的贮存稳定性、流动性、流平性、涂层耐久性、防腐蚀性和导电性等应用性能，此外，还会影响涂料的生产成本，因为研磨分散作业的能耗高，占涂料制造过程总能耗的大部分，且仪器设备的损耗大。影响钛白粉分散性的因素主要有钛白粉粒径大小、比表面积、表面自由能、表面电荷、ｐＨ 值、极性、表面吸附状态等表面性质，此外，也与展色剂的性质、分散剂的种类和用量、研磨分散设备和分散工艺等因素有关。为了使钛白粉在涂料中达到最好的分散效果，使钛白粉粒子在涂料中处于或接近于原始粒子状态，充分体现其优异的性能，通常在钛白粉生产过程对其进行表面处理，提高其分散性，此外，在涂料生产过程中也要选择正确的润湿分散剂、研磨分散设备和分散工艺。
 

涂料用钛白粉的发展建议

金融危机后，随着全球经济的回暖与快速发展，市场对涂料的需求持续增长，２００９年我国涂料总产量达７　５５４．４×１０３　ｔ，首次超过美国，跃居世界第一，２０１０年我国涂料产

量比２００９年增长了２２．８％，达到９　６６６×１０３ｔ。随着我国第十二个五年计划的开始，国家将进一步加快各项建设，这为涂料行业创造了更大的市场空间。与此同时，市场对钛白

粉的需求也快速增长，２００９年我国钛白粉产量接近１０５０×１０３　ｔ，创历史新高，且钛白粉进出口量均呈上升态势，但我国生产的钛白粉仍满足不了涂料行业对高档优质金红石型钛

白粉的需求，我国进口的钛白粉基本上都是高端金红石型产品，因此，我国在涂料用高端优质金红石型钛白粉方面有很大的发展空间。

为了生产出高端优质的金红石型钛白粉，我们首先需要做的就是攻克技术难点，加快我国氯化法工艺的研究开发与生产步伐。由于原材料和生产工艺的不同，氯化法工艺生产的钛白粉质量要明显优于硫酸法工艺生产的钛白粉质量，目前我国还仅有锦州钛业有限公司一家氯化法钛白生产企业，且规模小，产量低。其次加大研究开发力度，研究致密硅包膜技术。由于汽车工业和建筑工业用涂料要求超高的耐候性，而致密硅包膜是公认的耐候性最好的包膜方式。再有，我们要改变钛白粉品种结构，针对不同用途的涂料，可通过改变钛白粉的生产工艺和表面处理方式生产出满足不同涂料需求的钛白粉。