金红石型钛白粉在涂料中遮盖力影响因素

　　金红石型二氧化钛是一种性能优异的白色颜料，由于其出色的性能，如高遮盖力、高耐侯性、高光泽等，越来越受到涂料配方者的青睐。

    金红石型二氧化钛的折射率为2.75[1]，是所有白色颜料中折射率最大的一种，因此具有最强的遮盖力。影响金红石型二氧化钛遮盖力的因素除本身折射率、粒径、粒径分布和分散性等因素外，涂料中其他成分对金红石型二氧化钛遮盖力也有很大的影响。

    1 实验部分

    1.1主要原材料

    主要原材料见表1。1.2 主要设备 JSF-400搅拌砂磨分散多用机；C84—Ⅱ反射率测定仪；CM—3500D色度仪；LS800激光粒度分析仪。

    1.3 配 方

    1.3.1 不同颜料体积浓度的溶剂型丙烯酸涂料 不同PVC溶剂型丙烯酸涂料配方见表2。

    1.3.2 溶剂型(丙烯酸和醇酸)涂料 溶剂型涂料配方见表3。1.3.3 水性乳胶漆 苯丙和纯丙乳胶漆配方见表4。1.3.4 不同粒径重质碳酸钙醋叔乳胶漆 表5为不同粒径重质碳酸钙醋叔乳胶漆配方。1.3.5 不同填料的纯丙乳胶漆 表6为含不同填料的纯丙乳胶漆配方。1.3.6 不同填料的苯丙乳胶漆 表7为不同填料的苯丙乳胶漆配方。1.4 测试方法

    对比率测试：·GB 9270--88；涂布率测试：GB／T13452.3 92；粒径测试：激光粒度分析仪；基料折射率测试：基料溶剂挥发后，制成三棱镜测定折射率。

    2结果与讨论

    2.1 二氧化钛遮盖力与PVC的关系

    颜料体积浓度(PVC)影响二氧化钛粒子之间的距离。低PVC涂料中二氧化钛粒子之间的距离大；高PVC涂料二氧化钛粒子之间的距离小，粒子排列拥挤。当粒子之间的距离比光波半波长还小时，单个粒子不再具有独立散射中心的功能，反而降低遮盖效率[1]。

    在1.3.1不同PVC丙烯酸涂料配方中，二氧化钛遮盖力、涂料涂布率与PVC的关系见图1和图2。 从图1可知，在PVC低于20％时，随PVC增加，二氧化钛的遮盖力增大；在PVC高于20％时，随PVC增加，二氧化钛遮盖力下降；在PVC为20％时，二氧化钛的遮盖力最高。最佳PVC与二氧化钛粒径、基料折射率等因素有关。

    从图2可知，PVC低于30％时，随PVC增加，涂布率增加；PVC在30％至50％之间时，随PVC增加，涂布率基本不变。

    从图1和图2分析可知，在PVC高于50％时，随PVC的增加，二氧化钛遮盖力和涂布率都增加，这是因为PVC高于50％时，基料不能包覆二氧化钛颗粒，空气取代一部分基料形成岛状空气团，产生新的散射中心。由于空气的折射率为1.00，小于基料的折射率，由式(1)可知，空气代替基料后，np—nb的值变大，因此遮盖力增加；并且PVC越高，空气取代基料就越多，遮盖力也越高，这就是通常所说的空气干遮盖效应，这也是含填料的高PVC涂料设计的依据。

    综合以上分析，在只含二氧化钛颜料的涂料配方中，最佳PVC的选择在20％-30％之间。

    2.2 金红石型二氧化钛遮盖力与基料折射率的关系

    遮盖力、颜料折射率、基料折射率之间的关系见式(1)[2]。

    HP∝cm2∝0.16(np—nb)2…………………(1)

    式中HP—遮盖力；

    np—颜料折射率；

    nb—基料的折射率；

    m—为Lorentz指数，m：0.4(np—nb)。

    从式(1)可以看出，当颜料一定时，基料折射率越小，遮盖力越大。不同基料折射率测试结果见表8。 从表8可以看出，在乳胶漆体系中，纯丙乳液比苯丙乳液折射率小，在溶剂型基料中，溶剂型丙烯酸比醇酸树脂的折射率小。因此，在同样的配方(PVC、二氧化钛含量相同)中，纯丙乳胶漆比苯丙乳胶漆的遮盖力要强，溶剂型丙烯酸涂料比溶剂型醇酸涂料的遮盖力要强。配方1—4对比率(遮盖力)测试结果见表9。2.3 填料对金红石型二氧化钛遮盖力的影响

    2.3.1 填料粒径对金红石型二氧化钛遮盖力的影响

    填料(体质颜料)在中高PVC涂料配方中大量使用，它既可以降低成本，也对涂料的流变性、涂膜的力学性能等方面产生影响，但填料的粒径太大时会影响二氧化钛的遮盖力。配方5-7对比率(遮盖力)测试数据说明细粒径填料可以提高二氧化钛的遮盖力。含不同粒径碳酸钙涂料的对比率(遮盖力)测试结果见表10。 在表10数据中，3个配方相同，配方7对比率很低，表明大粒径填料不利于二氧化钛的遮盖力。填料对遮盖力的影响可以用图3表示。

    从图3可看出，在涂膜中，细粒径填料使二氧化钛分布更均匀；大粒径填料使二氧化钛聚集，降低了二氧化钛的遮盖力。

    2.3.2 金红石型二氧化钛遮盖力与填抖折射率的关系

    填料在涂膜中对遮盖力有两个方面的影响，一方面，填料本身具有一定的遮盖力，由式(1)可知，填料折射率越大，其遮盖效应越强；另一方面，在涂膜中，填料相当于基料，式(1)也可看出，填料(相当于基料)的折射率越低，遮盖力越强。在一个配方中，选用低折射率还是高折射率的填料，要看哪一个方面起主要作用。配方8-19对比率(遮盖力)测试数据见图4和图5。

    从图4中可知，填料折射率的大小关系为：硅灰石>高岭土>滑石粉。3种填料的折射率见表11[3]。 图5中，3种填料粒径接近(均为1 250目)，粒径因素的影响很小。在含二氧化钛纯丙乳胶漆体系中，涂料遮盖力大小关系为：硅灰石>高岭土>滑石粉，因此，填料本身的遮盖效应起主要作用，折射率越大其遮盖作用越强。在含二氧化钛苯丙乳胶漆体系中，涂料遮盖力大小关系为：滑石粉>硅灰石>高岭土，由此可见，滑石粉基料效应大于其本身的遮盖效应。

    从3种填料和纯丙乳液、苯丙乳液的折射率可以看出，3种填料的折射率均大于纯丙乳液的折射率，而滑石粉的折射率小于苯丙乳液的折射率。由此可见，当填料的折射率大于基料的折射率时，填料本身的遮盖效应占主导因素，折射率越大其遮盖作用越强；当填料的折射率小于基料的折射率时，填料的基料效应起主导因素，低于基料折射率的填料有更强的遮盖效应。

    填料的折射率一般在1.45—1.65之间，基料既折射率一般在1.45—1.60之间。当涂料选用低折射率的基料时，选用高折射率的填料可以提高二氧化锚的遮盖力；当涂料选用高折射率的基料时，选用低子基料折射率的填料可以提高二氧化钛的遮盖力。

    3 结 语

    从以上讨论可以看出，在一个涂料配方中，选择适当的二氧化钛体积浓度(PVC)，可以使二氧化钛既遮盖力达到最佳化；另外，正确选择基料、填料也有助于体现二氧化钛的最佳遮盖效率。