鈦白粉性能對涂膜光澤度的影響

傅正彥，梁 艷

（山東道恩鈦業有限公司，山東龍口 265700）

涂料是指一種保護、裝飾物體表面的材料，這種材料通過采用特定的涂裝工藝涂覆在工件表面上，經物理或者化學干燥固化后，形成固態薄膜，這類固態薄膜又稱漆膜或者涂膜。而鈦白粉屬于涂料中的顏填料類別，因其良好的光學性能，在白色漆中的占比高達10%～30%，是涂料中應用最為廣泛的白色顏料。

涂膜的光澤度指涂料固化干燥成膜后對投射光線的反射能力，涂膜表面對光線反射的能力越強，說明其光澤越高。涂膜的光澤度是涂料的一項重要性能指標，它對被涂物件的外觀質量有很大的影響，涂膜光澤度的評價一般使用光澤儀測量，在入射光的一個角度或多個角度測量鏡面發射率即表觀為光澤度。涂膜的光澤度受涂料配方中多種組成的影響，比如其成膜物質本身的光學屬性、顏填料的種類、分散潤濕劑的類型、涂料助劑的相容性、涂料配方的顏基比、涂裝底材、及涂裝表面的平整度等。而在實際應用中，顏料中的鈦白粉本身是沒有光澤的，其應用于涂料干燥后的涂膜才有光澤，但在涂料配方或油墨配方設計中，顏料本身的性能對涂膜的光澤有較大的影響。鈦白粉作為涂料中應用最廣泛的無機白色顏料，其本身的各種性能對涂膜的光澤影響不一。本文考察了鈦白粉的粒徑、鈦白粉表面處理的方式、分散性能、鈦白粉的吸油量以及在涂料配方中的添加量（顏料體積濃度）對漆膜光澤的影響，以為鈦白粉的生產開發及涂料配方設計提供理論參考。

1 實驗部分

1.1 實驗原料

改性醇酸樹脂：工業級，長興化學工業有限公司；涂料助劑及溶劑均為市售工業品；涂料基礎清漆配方以改性醇酸樹脂∶溶劑∶混合助劑=55∶18∶2混合均勻配制而成。實驗用鈦白粉為公司自產。

1.2 實驗儀器

全自動震蕩混勻機（MIX-3459）：南京方華儀器設備有限公司；全自動涂膜機（Y02-VS）：南京云鳳儀器有限公司；光澤度計（AG-4448）：德國比克化學有限公司；高速分散機（SAE-4056）：上海五華儀器有限公司；激光粒度儀（Mastersizer 3000E）：上海思百吉儀器系統有限公司；刮板細度計：上海天辰現代環境有限公司；濕膜制備器：上海天辰現代環境有限公司。

1.3 實驗方法

稱取醇酸樹脂涂料基礎清漆液和鈦白粉樣品（質量比為70∶30），于高速分散機2 500r/min 分散10min，然后加入等量的研磨玻璃珠，放入全自動震蕩混勻機中震蕩分散15min。將震蕩混勻后的涂料置于自動涂膜機上，用100μm 濕膜制備器以固定的壓力，1.50cm/s 的速度在干凈的玻璃板上進行刮涂，制備平整的漆膜。將制備好的漆膜置于恒溫恒濕房（溫度25℃±1℃，相對濕度 50%±5%）干燥 24h，然后用光澤計對漆膜測定20°的光澤度。（測定標準參照標準《GB/T 97542007 色漆和清漆不含金屬顏料的色漆漆膜的 20°、60° 和 85°鏡面光澤的測定》）。

2 結果與分析

2.1 鈦白粉顆粒粒徑分布對涂膜光澤的影響

分別考察鈦白粉顆粒不同粒徑尺寸分布對涂膜光澤度的影響，采用激光粒度儀選取不同粒徑的鈦白粉，考察粒徑在0.2～2μm 分布對涂膜狀態的影響。根據上述實驗方法測試不同粒徑的涂料干燥后的涂膜光澤并觀察其外觀，每個實驗平行測定3次，取3次平均值。鈦白粉粒徑分布對涂膜光澤及外觀狀態影響的數據如表1所示，實驗結果表明，當鈦白粉顆粒粒徑0.5μm以上分布含量較多時，涂膜的光澤明顯較低；同時對比實驗2和實驗3，發現當鈦白粉顆粒粒徑＜0.2μm分布較多時，光澤也有明顯降低，可能為粒徑太細鈦白粉顆粒容易在成膜過程中發生聚集，致使涂膜表面凹凸不平，從而使涂膜的光澤度下降。

表1 鈦白粉粒徑分布對涂膜光澤的影響

2.2 鈦白粉表面包覆對涂膜光澤的影響

鈦白粉的表面包覆處理是鈦白粉生產工藝中后處理的核心工序，包覆處理后的鈦白粉能明顯提升其分散穩定性與及其他填料的綜合應用性能，鈦白粉不同的包覆處理以適應不同的應用場景。鈦白粉的表面包覆處理可以分為無機包膜和有機包膜兩大類，不同包覆處理的鈦白粉對涂膜的光澤也有一定的影響。

鈦白粉表面包覆方式對漆膜的光澤有明顯的影響。硅鋁包膜（SiO2/Al2O3）的鈦白粉產品制備的涂料相對于鋯鋁包膜（SiO2/Al2O3）的鈦白粉產品，其漆膜光澤度稍低。鋁包膜的鈦白粉產品制備的涂料漆膜光澤最佳，適宜制備高光涂料。由于硅包膜的鈦白粉粒子表面致密度稍低，存在部分疏松多孔狀，導致涂料干燥后的漆膜不夠平滑，平整度稍差，其光線的反射能力變差，從而降低了涂料的光澤。同時有機包覆的鈦白粉采用三羥甲基乙烷（TME）處理的鈦白粉光澤略高于三羥甲基丙烷（TMP）處理的鈦白粉，硅烷類處理的鈦白粉對漆膜的光澤度影響更為明顯。

2.3 鈦白粉吸油量對涂膜光澤的影響

粉料的吸油量指定量的粉料，逐步滴入油，把滴加的油脂與粉料剛好黏合成團，即粉料被完全潤濕，一般以100g 粉料所吸收的油的最低克數表示。鈦白粉的粒徑越小，比表面積越大，團聚絮凝的顆粒多，顆粒間隙越大，鈦白粉的吸油量越高。

在普通的溶劑型涂料中，鈦白粉的吸油量是其選擇的重要參考指標，高吸油量的鈦白粉在涂料中需要更多的溶劑來潤濕分散，鈦白粉吸附樹脂能力下降，導致鈦白粉在涂料分散性和分散穩定性降低，涂料干燥成膜后其漆膜的表面形成不均勻的凹凸。同時，因為鈦白粉吸油量高，涂料體系的黏度也相應增高，過多的溶劑和樹脂油的消耗將會導致涂膜的流平性能下降，直接影響了漆膜表面的平整度，涂膜的光澤隨之下降。

考察了同類型表面處理工藝條件下鈦白粉，不同吸油量對涂料制成漆膜后光澤的影響，其實驗結果如圖1所示。圖1結果表明，鈦白粉吸油量在14～19g 時，吸油量越高，用其制備涂料的漆膜光澤反而越低，鈦白粉的吸油量對涂膜表面的平整度有著直接的影響，進而影響涂膜的光澤。

圖1 鈦白粉吸油量對漆膜光澤度的影響

2.4 鈦白粉的分散性對涂膜光澤的影響

涂膜表面的平整度直接影響著漆膜的光澤，涂膜表面越平滑，漆膜表面反射光線能力越強，光澤就越高，反之，涂膜的光澤越低。鈦白粉顆粒在涂料中尺寸分布均勻，能均勻地分散于涂料中，無明顯的粗顆粒，其制備的涂料涂膜光澤也會較高。

本文考察了鈦白粉的分散性對涂膜光澤的影響，分散性的測定方法依照標準 《GB/T 21868.3—2008 顏料和體質顏料評定分散性用的分散方法》 進行，分散實驗以先前制備醇酸樹脂清漆，以高速攪拌機2 500r/min 高速分散10min，調整制備的涂料黏度接近以保證進行高速分散的剪切力接近。分散測試結果如圖2所示。結果表明，鈦白粉在涂料中的分散細度越低，漆膜的光澤也會越高，未分散均勻鈦白粉顆粒越多，漆膜的表面平整度相對越差，其漆膜的光澤度則越低。

圖2 鈦白粉分散細度對漆膜光澤度的影響

2.5 顏料體積分數對漆膜光澤的影響

本文考察了不同顏料體積分數（PVC）對漆膜光澤度的影響，本實驗的PVC 以鈦白粉在涂料中的添加量所表示，不含其他顏料，一般涂料的顏料體積分數越高漆膜的光澤有略微下降的傾向。結果如圖3所示，當PVC 在10%～15%時光澤較高，且比較穩定，其光澤受顏料體積分數的影響較小。當 PVC＞15%時，隨著PVC 的增加，漆膜的光澤表現為急劇下降。顏料本身無光澤度，涂料的光澤主要來源于樹脂基料，隨著顏料體積分數的提高，其漆膜的表面粗糙度也會有所提高，同時因顏料含量過多，涂料成膜過程中溶劑揮發較快，溶劑的快速揮發會促進涂膜的下層和上層對流加劇，形成貝納德漩渦，同時顏料不停向上遷移，容易造成漆膜光澤的大幅下降[4]。

圖3 顏料體積濃度對涂膜光澤的影響

3 結論

探究了不同鈦白粉性能對其制備的涂料漆膜光澤度影響，分別考察了鈦白粉的粒徑、表面處理方式、吸油量、顏料的分散性及顏料體積濃度（PVC）對漆膜光澤的影響，其影響因素的實驗結果表明：

1）當鈦白粉顆粒粒徑0.5μm 以上分布含量較多時，涂膜的光澤明顯較低，當鈦白粉顆粒粒徑＜0.2μm分布較多時，因粒徑太細造成鈦白粉團聚，其光澤也有明顯降低；

2）鈦白粉表面包覆方式對漆膜的光澤有明顯影響，鋁包膜的鈦白粉產品制備的涂料漆膜光澤最佳，適宜制備高光涂料；

3）鈦白粉吸油量高，涂膜的光澤則越低；

4）鈦白粉在涂料中的分散細度越低，其漆膜的光澤也會越高，未分散均勻鈦白粉顆粒越多，漆膜的表面平整度相對越差，其漆膜的光澤度則越低；

5）顏料體積分數越高，其漆膜的表面粗糙度越高，同時貝產生貝納德漩渦效應，顏料不停向上遷移，會造成漆膜光澤的大幅下降。綜上所述，鈦白粉的性能對涂膜的光澤有明顯的影響，其不同鈦白粉性能影響因素實驗對鈦白粉的研發生產及涂料配方開發具有重要的參考意義。