为什么你用的钛白粉不够白呢?

2019-05-30 36

为什么你用的钛白粉不够白呢?

钛白粉是颜料用二氧化钛的俗称,钛白粉优良的白色性能使其在油墨、涂料、造纸等行业占据了市场的绝大份额,生活中的许多白色产品或类白色产品,大多有钛白粉的参与,因此,被冠于“白色之王”的美誉。忽略钛白粉作为添加剂的许多优秀品质不说,钛白粉既为白色之王,那其“白”的特性也当属于其重要的标志之一,也是本文主要阐述的内容。

据经验分析,当钛白粉的白度升高时,其遮盖力、消色力指标也会相应升高,因此,要达到同等的效果使用的钛白粉量就少,成本就会降低。钛白粉在使用过程中,用户会反映钛白粉不够白这点,其实钛白粉不够白指的是“钛白粉的遮盖能力与白度亮度”不够。若想改变钛白粉的白度则“深究”影响其白度的因素自是必不可少的。目前,对钛白粉白度影响的研究工作主要从钛白粉的杂质种类及含量;二氧化钛粒子的大小、形状;二氧化钛含量;二氧化钛粒子晶格的缺陷;钛白粉分散性等这几方面入手。

一、杂质种类及含量

在钛白粉工艺中,尤其是硫酸法钛白粉工艺,大部分的作业是为了除去产品中的杂质。硫酸法工艺路线成熟对设备的配置要求很低,对原料的要求不高,钛矿、钛渣都可以,而且这种方法即可以生产金红石型钛白粉,又能生产锐钛型钛白粉,基建要求低,投产时间短。在在钛白粉行业,尤其是我国的钛白粉行业依然占有相当重要的地位。

硫酸法酸解制得到钛液属于极其复杂的悬浊体系,里面既含有未分解的钛铁矿,也有未参加反应的一些细小颗粒,也有硅、铝等元素形成的胶体杂质颗粒,另外就是还有大量的硫酸盐类等可溶性杂质。有些杂质即使含量甚微,也对其白度产生明显的不良影响。这些杂质主要是一些氧化物,氧化物导致钛白粉的白度降低可以分为两种情况,一种是杂质氧化物污染的颜色,另一种是晶格掺杂导致着色。

显色金属氧化物杂质在极低的含量下就能影响白度,这些元素有铁、锰、铬、铜等,这些杂质本身就带有颜色,在白色的钛白粉中极易显色在实际生产中,杂质污染钛白粉的极限含量要比上面中更低,杂质在更低的浓度下就能显色。以铁元素为例,当红色的Fe3+进入Ti4+的位置后,因极化而变形,这就比正常的铁吸收更多的红色。

除了如上工艺带来的杂质,机械磨损产生的杂质,例如在雷蒙、气粉等设备中,由于剧烈摩擦致使机器表面的物质脱落,杂质也会带入到钛白粉中,从而增加钛白粉对光的吸收,使其白度降低。

二、粒径和粒度分布

粒径和粒度分布也是影响钛白粉白度的主要因素,它主要是通过钛白粉颗粒对光的反射、散射等现象影响的。在一定粒度范围内,二氧化钛粒子粒径减小,表面积增大,对光的散射能力增大,白度就越高。从光学效果来看,当光散射力最大时,颜料直径与入射光的波长λ、颜料折射率n1、漆料的折射率n2之间的关系可用公式:D=2λ[π(n1-n2)]来表示。

上式中,可见光的波长为400-700nm,金红石型二氧化钛的折射率为2.71,涂料中大部分漆料(树脂)的折射率为1.45-1.60,因此金红石型二氧化钛的粒径控制在0.2~0.3μm时最佳,在此粒径范围内颜料对可见光具有最大的散射力,可获得更高的遮盖力、消色力和纯正的白度。但粒径小于0.1μm时,由于发生光的衍射,光线从颜料颗粒的周围通过,不发生反射,反而使遮盖力下降,甚至趋于透明,这类超细钛白粉由于呈透明状,可用来制造透明的防晒护肤霜,这种护肤霜膏体细腻,具有自然肌肤感觉,目前在日本护肤品产品中非常流行。

三、钛白粉的钛含量

包膜剂的折光率相对二氧化钛来说差距很大,对遮盖力的提升有限,影响钛白粉的白度,一般包膜剂量大的话遮盖力也会差一点。

颜料级钛白粉中二氧化钛的含量一般在90%以上,具体在92~98%之间,其他物质主要为包膜剂与少量杂质。目前根据不同的应用场合可选用不同的包膜剂种类,常用的包膜剂有铝包膜、硅包膜、锆包膜等,也有两种或多种包膜剂共同使用,如锆铝包膜、硅铝包膜等,这些包膜剂的加量各厂家不尽相同。

四、二氧化钛粒子晶格的缺陷

二氧化钛的TiO的比值是1:2,但由于制造条件的变化和其他一些因素,最终的二氧化钛产品可能会出现O不足的现象,即氧缺陷,而且纯粹的二氧化钛也会由于紫外线照射或加热等外部能量的作用发生氧原子脱离晶体的现象(TiO2Ti2O3+1/2O2)

五、分散性

Ti4+O22+晶体中的O原子留下2个电子离开系统,留下的两个电子把两个Ti4+还原成Ti3+Ti4+是无色的,而Ti3+呈现青紫色。缺氧造成的晶体中Ti3+有强烈的极化作用,外壳电子非常倾斜,比没有极化的Ti3+光吸收更大,因此使颜料带较重的青灰相。

钛白粉的分散性对遮盖力会有很大影响,特别是添加量少的情况下,同样的100g钛白粉,分散到10um20um肉眼无法看到明显的颗粒,但是越细的粒径则会有更多的颗粒来占据树脂中的位置,对光线的折射效果会提高很多很多。如果钛白粉的分散性较差,粉都团聚粘接在一块了,细粉变粗粉,自然是会降低钛白粉的白度,遮盖力了。

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