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名博研究中心:提高钛白粉光泽度技术
     

    物体的光泽度是指物质对投射光的光线的反射能力,反射能力越强,光泽度越大。在实际应用中颜料只是涂料组成部分中的一种,颜料本身无光泽,涂膜才有光泽。影响二氧化钛颜料成膜后光泽度的主要原因是它的粒径和分散性,如果二氧化钛的粒径很细,并能均匀的分散到漆料中,则涂膜平整,光滑如镜,光泽度就好;相反如果二氧化钛粒径过粗,涂膜粗糙,光泽度就会降低,而且会带有其它底色着色后色调发暗。


光泽度是油墨的一项重要性能指标,它对印品的外观质量有很大的影响。国内目前尚无油墨专用钛白产品问世,因此,国内市场主要有一下两种方法:一是中低端油墨市场全部用国内通用型钛白粉代替,不但分散性差,而且光泽度低,只能用于油墨的里印。第二种方法是将钛白粉以浓缩料浆的形式加入到油墨配方中,钛白粉的加量为料浆总量的15wt%~80wt%,钛白粉的平均粒径为10nm~1μm。


在油墨生产中,不同类型的油墨产品对钛白粉的质量要求也各不相同。此外在特种油墨配制过程中还要依据各类油墨的具体特点和要求选择具有不同性能的钛白粉。


    1.光泽度的评价方法


    这种方法是将干基颜料与标准样品分别制成涂料对比光泽度分析:颜料样品经砂磨后分散在醇酸树脂中,在自动喷涂设备受控条件下,在铝板上形成均匀膜厚和表面特性的涂层,然后烘烤成型。最后用HunterlabD-48-7光泽度计测20°反射率,计算与标准样品的光泽度比值。另一种体系是与Synocyl9122X树脂混合制成40%颜料体积浓度水性丙烯酸涂料,用100微米刮刀自动制膜,放入无尘柜中干燥至少5h后用GlossgardⅡ光泽度计测20°光泽度。


    国内通常是将钛白颜料与亚麻仁油混合在平磨仪上研磨制成膏浆,然后用湿膜制备器涂膜于玻璃(895,4.00,0.45%)板上进行测量。评价涂料的光泽虽然不完全客观,但不同观测人员作出的视觉分级通常有合理的相互关系。


    2.国外提高钛白粉光泽度技术现状


    高光泽二氧化钛颜料通常表面包覆一层或多层金属氧化物,譬如二氧化硅、氧化铝、铝-硅-锆或者其他,通过助氧化或共沉淀的方式掺入颜料粒子中,加入量为二氧化钛总量的0.5wt%~3wt%。有机表面涂层包覆羧酸、硅烷、硅氧烷、烃蜡以及与二氧化钛表面反应的产物,加入量为颜料总量的0.5wt%~1.5wt%。市场上商业产品如杜邦的R-900,单铝包膜产品R700,凯米拉单铝包膜产品RDI-S,杜邦硅铝包膜产品R-706,日本帝国化学公司硅铝包膜产品W-6042,亨兹曼的TR-52,其中TR-52和RDIS长期占据我国高端油墨市场。


    2.1提高钛白粉光泽度、耐候性技术AndrejsBaidins等发明了一种高光泽、高耐候钛白颜料的制备方法,该颜料表面包覆有多孔氧化铝和致密氧化铝,其中氧化铝的总质量浓度为TiO2的(2~6)%,致密氧化铝和薄水铝石氧化铝的质量比为8:1~1:2,致密氧化铝与硫酸根离子的质量比为10:1~1.3:1。致密氧化铝是一种含有硫酸根离子的氧化铝,其中硫酸根离子是被吸附在氧化铝中的形式存在,氧化铝与硫酸根离子的质量比为10:1~1.3:1。在(30~65)℃时,pH值为(5.2~6.5)的条件下,将氧化铝与硫酸根离子接触反应一段时间,从而使得氧化铝致密化。薄水铝石是氧化铝的一种晶态形式,含有吸附水。水分以随机性和规律性两种方式插入Al(OH)6八面体层中。TiO2颜料表面涂敷致密氧化铝使其耐久性譬如耐光性、粉化阻力提高。而在TiO2颜料表面涂敷薄水铝石氧化铝层则改善了其光泽度和分散性。


    BrianTear等提供了另外一种具有改善光泽、耐候性钛白颜料的制备方法:二氧化钛与多种金属盐处理,譬如1.0%~3.0%Al2O3铝、锆、磷化合物,至少一种金属盐可以提供一价阴离子。依据湿处理情况,一般铝化合物的加量为1.0%~3.0%Al2O3;依据二氧化钛表面沉积情况,锆化合物的加量为0.1%~0.4%ZrO2;磷化合物的加量为0.1%~0.5%P2O5;有机包覆0.2%~0.4%的TMP,TME或季戊四醇。已发现可溶性金属盐中的多价阴离子譬如SO42-在包膜时离子交换过程中会依附在颜料上,常规的水洗又除不尽这些多价阴离子,这些多价阴离子杂质会造成絮凝,降低分散性和最终产品的白度、光泽度和耐候性。而含一价阴离子的金属盐则会降低这种趋势。


    MichaelHiew等过连续工艺严格控制pH、温度、硅、铝加入时间制备具有改善光泽度和耐候性钛白颜料:75℃下分三步pH=10.0,pH=9.4,pH=4.9分别加入硅化合物,每一步至少停留10~20min;pH=5.5~7.5,75℃下加入铝化合物。氧化硅的加量为TiO2颜料重量的2.5%~3.5%,氧化铝的加量为TiO2颜料重量的1.6%~1.9%。最后有机包覆0.2%~0.8%的TMP。硅、铝沉积时间10~45min,整个连续工艺包括停留时间不超过120min。该颜料有着优异的光泽度优势,同时在油漆、塑料(0,-7400.00,-100.00%)和涂料中有着很好的兼容性。着色力和黑格曼计数据显示该方法制备出的二氧化钛颜料分散性很好,用于油漆和塑料时不会出现凝聚。


    2.2提高钛白粉光泽度和分散性技术JohnE.Halko等在表面处理过程中降低了分散剂用量,表面沉积至少一种一元胺盐处理,最后制备出的钛白颜料光泽度和分散性明显改善。胺盐可以是二羟甲基丙酸DMPA+三异丙醇胺TIPA,DMPA+TIPA+TME,DMPA+TIPA+TMP,二羟甲基丁酸DMBA+TIPA,DMBA+TIPA+TME,DMPA+TIPA+TMP组合中的一种。DMPA或DMBA与TIPA的摩尔比为1:1~1:1.1,这样产生的中性盐没有过量的链烷醇胺。胺盐与TME或TMP的比为95:5~1:1。胺盐的加量为二氧化钛质量的0.2wt%~0.5wt%。与未处理的二氧化钛和单纯经TME处理或其它胺盐处理的颜料相比,该方法制备出的钛白颜料在分散性和光泽度上的提高是显著的,尤其是当其用于水性涂料时能明显降低分散剂的用量,这也是其最大的优点。


    3.国内提高钛白粉光泽度的技术现状


    国内目前针对提高钛白粉光泽度的研究鲜见报道,市面上一些高档油墨为了提高遮盖力和印刷适应性能,还是大量采用进口氯化法钛白粉,比如杜邦,美礼联等。


    中国专利公开号CN101880492A“油墨专用钛白粉颜料及其制备方法”,对钛白粉颜料颗粒用铝氧化物进行包膜处理,以提高其油性体系应用光泽度和分散性。依次加入碱性铝化合物和酸性铝化合物水溶液,总量为悬浮液中钛白粉颗粒的1wt%~4wt%,其中碱性铝化合物水溶液中的铝元素加入量与酸性铝化合物水溶液中的铝元素加入量之比为1:1~1:3。该方法可以用来处理以任何形式制得的钛白粉颜料,且各步骤可以间歇进行也可以连续进行。


    4.结论


    名博防伪油墨公司认为:钛白粉选择的关键是光泽和耐久性。在内墙、油墨涂料方面若要求高光泽度,可选择陶瓷级钛白粉。在外墙建筑涂料中(中等耐久性)若要求高光泽,可选择高光通用级钛白粉。在汽车、管道涂料中(高耐久性)若要求高光泽度,可选择高光抗粉化级钛白粉。而提高钛白粉光泽度的方法是各种各样的,其中铝化合物的加入是必不可少的,也是最有效的。


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