中國粉體網(wǎng)訊  鈦白粉即二氧化鈦，是一種白色無機顏料,，用途非常廣泛,，主要應(yīng)用于涂料、油漆,、塑料,、油墨、化纖,、橡膠等工業(yè),。未經(jīng)表面處理的鈦白粉顏料具有光化學活性，易產(chǎn)生失光,、黃變,、粉化等現(xiàn)象，影響鈦白粉在不同介質(zhì)中的應(yīng)用性能,。因此耐候性成為表征鈦白粉品質(zhì)的重要指標之一,。國內(nèi)鈦白粉生產(chǎn)廠家大多采用無機包膜工藝提高鈦白粉的耐候性。國內(nèi)產(chǎn)品質(zhì)量多數(shù)不能與國外相比的一個重要因素就是包膜工藝的問題,。

鈦白粉的耐候性

耐候性是鈦白粉的顏料性能之一,，顏料在制漆涂裝后，涂層暴露在環(huán)境中,，受陽光,、氧氣、水和溫度等的綜合作用,，會發(fā)生黃變,、失光、粉化和失重等老化現(xiàn)象,，鈦白粉抵御發(fā)生上述變化的能力,，就被叫稱為耐候性。

鈦白粉耐候性變差的原因主要有：①樹脂基料受可見光和紫外線（10~760nm波長）作用產(chǎn)生降解,；②顏料的光化學活性,。鈦白粉的光化學活性較強，因其晶格存在某些缺陷，在光照,、催化劑,、或溶劑的作用下，鈦白粉中的Ti⁴⁺極易被還原為Ti³⁺,，釋放出初生態(tài)氧,。因初生態(tài)氧具有極強反應(yīng)活性，可以使漆基的有機物被氧化,，其高分子鏈因此斷裂或降解,，破壞涂層的連續(xù)性，形成可溶性或易揮發(fā)性的物質(zhì),。

表面包膜機理

（1）靜電吸附機理,。

靜電吸附機理認為，基體表面帶有與包膜劑相反的電荷,，由于庫侖引力使包膜劑顆粒被吸附到鈦白粉粉體顆粒表面,。TiO₂表面具有負電性，Al₂O₃表面具有正電性,，靠靜電引力吸附作用成膜。但這種包膜機理存在其局限性,，包膜劑在基體表面形成一層膜后，表面的電性已經(jīng)發(fā)生改變,，膜層要繼續(xù)生長增厚的動力就不存在了,。而且這種機理無法解釋SiO₂包膜TiO₂,，因為二氧化硅表面也為負電性，不可能和負電性的二氧化鈦靠靜電引力吸附而成膜。

（2）異相表面成膜機理

異相表面成膜機理認為，在某一pH值下,，在有異相物質(zhì)存在時,，溶液超過它的過飽和度時，將會有大量晶核立即生成,，沉降到異相顆粒的表面，無異物時的濃度高于晶體析出的濃度,。這是由于在非均相體系的晶體成核與生長過程中，新相在已有的固相上形成或生長,，體系表面自由能的增加量小于自身成核（均相成核）體系表面自由能的增加量,，所以分子在異相界面的成核與生長優(yōu)先于體系中的均相成核。當溶液中形成的溶膠濃度較低時,，溶膠分子成核于鈦白粉表面降低體系的自由能,。新相生成后優(yōu)先沉淀在相同或相似結(jié)構(gòu)的基底上,，隨后形成的無機物分子將優(yōu)先在已部分包膜的鈦白粉的表面繼續(xù)成核、生長,。

（3）表面化學鍵合機理

這種機理認為，包膜劑與基體之間不是簡單的物理結(jié)合,，而是形成了牢固的化學鍵,。在金紅石型鈦白粉顆粒表面有很多未鍵合的羥基存在,，與水合氧化物的羥基聚合成羥橋,，生成氫氧化物包膜層,。在包膜層和納米TiO₂顆粒之間形成了化學鍵，生成了均勻致密包膜層,，與納米TiO₂顆粒之間結(jié)合牢固，不易脫落,。此機理研究的相對成熟，它很好地解釋了粒子包膜后,，其穩(wěn)定性很好這一事實,，因而被越來越多的學者接受。

（4）溶膠一吸附一凝膠一成膜機制,。

該機理認為反應(yīng)分為兩步：首先是硅溶膠的形成和被TiO₂顆粒吸附的過程,，然后是硅溶膠在TiO₂顆粒表面的膠凝成膜過程,。此機理的反應(yīng)第一步中的吸附是在庫侖靜電力的作用下進行的，實際上是靜電吸附機理的內(nèi)容,，膠凝成膜時與TiO₂顆粒之間以羥基鍵合,，是表面化學鍵合機理的內(nèi)容，所以該機理是以上三種機理的綜合,。

鈦白粉無機包膜工藝

硅包膜

范基隆等人對R型鈦白粉采用硅酸鈉做硅包膜處理,，實驗得出了最適宜的包硅條件：pH值在9.0左右，溫度在65~80℃,，漿液固含量在40%左右,，加料時間60min。相關(guān)研究普遍認為溫度在70~100℃,，pH值在9.5~11,，漿液固含量較低，加料速度較快,。硅包膜工藝成本低,，易操作，但對提高鈦白粉耐候性效果相對較弱,，并且包膜條件不同也影響實際效果，廠家之間存在差異,。

鋁包膜

單包鋁的過程在前人的工作中已進行了較為詳細的研究,，在高溫或高pH值環(huán)境下，容易形成勃姆石型水合氧化鋁絮狀及片狀包覆,；在低溫且低pH值下,，容易形成無定形膜狀包覆。在高溫,、高pH值條件下形成的晶態(tài)包覆層穩(wěn)定性較高,。山東道恩鈦業(yè)有限公司研究發(fā)現(xiàn)后續(xù)的包膜過程中，當包鋁條件為pH5.0,，65℃時，二氧化鈦表面包氧化鋁能形成連續(xù),、致密膜層,。鋁包膜工藝同樣相對簡單，成本較低,，但提升鈦白粉耐候性的效果與硅包膜不相上下,。

硅鋁復(fù)合包膜

單包硅過程中形成膜狀包覆較佳的條件pH值在9.0左右，溫度在65~80℃,，單包鋁過程中形成膜狀包覆較佳的條件為pH5.0,，65℃,。在此基礎(chǔ)上,，范基隆等人研究硅鋁復(fù)合包膜發(fā)現(xiàn)，對硅鋁共沉積包覆考察了pH值,、溫度,、硅鋁包覆量比等因素對膜層形貌的影響,，得出適宜的復(fù)合包覆條件是：溫度為65℃,，將pH值從9.0緩慢降至5.0,，鋁包覆量2%。硅鋁復(fù)合包膜對提升鈦白粉耐候性效果遠超硅,、鋁包膜，但操作工藝相對復(fù)雜，成本因素也不可忽視。

鋁磷雙層包膜

李丹東等人研究了鋁磷雙層包膜工藝,，通過改變鋁鹽和磷酸鹽加量,，對鋁磷包膜試樣進行耐光性檢測,，結(jié)果如圖1所示,。由圖1可以看出，鋁,、磷包膜量分別為4.5%～4.8%,、0.8%～0.9%和鋁、磷包膜量分別為＞5%,、0.6%～0.7%時,，鈦白粉的△E最小，即耐候性最好,。

圖1 磷鋁包膜樣品△E與包膜劑含量的等值線圖

鋁磷雙層包膜，即單次包膜處理后,，熟化一定時間,，在進行二次包膜處理,，經(jīng)過洗滌、干燥,、氣流粉碎等操作,，得到的雙層包膜。與單鋁,、單硅包膜相比,，可以得到較好的耐光性能提升，更能滿足行業(yè)使用要求,。

鋯磷雙層包膜

李丹東等人研究了鋯磷雙層包膜工藝,，通過改變鋯鹽和磷酸鹽加量，對鋯磷包膜試樣進行耐光性檢測,。由圖2可以看出,，鋯、磷包膜量分別控制在＞0.3%,、0.02%~0.10%時,，鈦白粉的△E最小，耐候性最好,。

圖2 磷鋯包膜樣品△E與包膜劑含量的等值線圖

鋯磷包膜技術(shù)能夠有效提高鈦白粉的耐候性,，性能達到了國外同類產(chǎn)品水平。但存在技術(shù)難點,，即鋯磷的加量控制,。

鋁鋯復(fù)合包膜

對Al₂O₃與SiO₂包膜的研究國內(nèi)相對較多，但對ZrO₂/Al₂O₃的研究卻很少見有報道,。鄒建新等人通過對金紅石鈦白粉進行表面鋯鋁包膜實驗,，得到了提高了耐候性的鈦白粉。

ZrO₂/Al₂O₃包膜后的TiO₂顏料特性值如表1所示,。顏料特性值符合基本要求,且部分指標達到日本R930標樣水平,。

表1 ZrO₂/Al₂O₃包膜后的TiO₂顏料特性值

ZrO₂包覆量獲得的包膜鈦白的光催化活性值如表2所示。包覆的量達到1%(質(zhì)量分數(shù),以TiO₂計)時,光催化活性值為0.05,耐候性最高,。樣品4#是國內(nèi)某廠單鋁包膜鈦白粉的光催化活性值,顯然,鋯鋁包膜效果強于單鋁包膜,。

表2 TiO₂在不同ZrO₂包覆量下的光催化活性值

鋯鋁包膜的最佳pH要求在9.5~10.5之間， ZrO₂包覆量達到1.0%及Al₂O₃包覆量為4.0%,，技術(shù)要求高,，這也許是此項技術(shù)的實現(xiàn)難點。鋯鋁包膜提升鈦白粉耐候性的性能優(yōu)異,，遠超單鋁包膜等技術(shù),，產(chǎn)品效果可對標國外相應(yīng)產(chǎn)品，但技術(shù)要求高與成本高居不下一直制約著該項工藝的發(fā)展與推廣,。

小結(jié)

鈦白粉消費量與建材,、涂料,、塑料等行業(yè)發(fā)展緊密聯(lián)系，隨之發(fā)展帶來的是鈦白粉的市場不斷擴大,。其產(chǎn)量也呈現(xiàn)出發(fā)展態(tài)勢,。但不可否認的問題是，國內(nèi)產(chǎn)品質(zhì)量仍然與國外產(chǎn)品存在差異,，耐候性差就是國內(nèi)產(chǎn)品不足性的一大體現(xiàn),。該文介紹了提高耐候性的6種方法，為國內(nèi)企業(yè)提供些微幫助,，期望國內(nèi)粉體行業(yè)發(fā)展愈發(fā)愈好,。

參考來源：

鄒建新等.金紅石型鈦白粉包覆 ZrO₂/Al₂O₃ 膜制備高耐候性 TiO₂ 顏料研究

范基隆等.提高鈦白粉耐候性的工藝研究

李東丹等.提高鈦白粉耐候性的技術(shù)研究

張智濤.鈦白粉表面包膜改性技術(shù)研究

李蓓.高耐候性鈦白粉制備工藝及水懸浮液pH值控制研究

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/漫道）

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