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乳胶涂料用钛白粉的有机处理(三)

浏览次数: 日期:2009年12月8日

6 乳胶涂料用钛白粉的有机处理

    锐钛型钛白粉和金红石型钛白粉都有用于乳胶涂料的生产。锐钛型多用于内墙涂料,金红石型多用于外墙涂料。不管是金红石型还是锐钛型产品,为了提高应用性能,都应该进行有机表面的处理。

6.1分散性/遮盖力

    钛白粉的初级粒子的粒径一般都在1 微米以下。这种微小粒子的表面原子所占比例随粒径减小而迅速增加,而表面原子与处于晶体内部的原子所受力场有很大的不同。内部原子所受作用力包括来自周围原子的对称价键力和来自稍远原子的远程范德华力,受力对称,其价键是饱和的,而表面原子受力为与其邻近的内部原子的非对称价键力和其它原子的远程范德华力,其裸露在外的部分没有力的作用,受到的作用力不对称,价键是不饱和的,有与外界原子键合的倾向。这就导致钛白粉初级粒子相互聚集,造成团聚。这种微细颗粒的团聚过程其实就是粒子间结合力的不断形成,体系总能量不断降低的过程。

    研究表明,粒径小于10微米的颗粒间的范德华力比其本身的重力大几十倍以上,这样凝聚的微粒是不会因重力而分离的,故在溶液中仍会保持二次粒子的状态。因此,阻止钛白粉粒子形成高密度、硬块状沉淀的方法之一,就是减小粒子间的范德华力,使初级粒子不易团聚形成二次粒子,从而避免进一步发生原子间的键合。

    建议选用聚硅醇来对钛白粉进行有机处理,这类有机硅材料具有很低的表面张力,可以较完整的包覆到钛白粉颗粒的表面,与钛白粉颗粒表面的羟基发生物理吸附,并在高温时发生化学缩合反应,从而消除或削弱了钛白粉颗粒间的极性吸附;吸附在钛白粉颗粒表面的有机硅大分子,增加了颗粒间的距离,产生位阻效应,大大削弱了钛白粉颗粒间的范德华力。另外,这类大分子的有机硅材料还具有较好的助磨功能,可以提高钛白粉的粒径分布均匀性和有效降低钛白粉颗粒的粒径。

6.2耐候性

    对于有机处理来讲,要提高钛白粉的耐候性,应从以下几个方面入手: 

 (1)减少钛白粉产生的自由基攻击树脂主链的机会

    钛白粉由于晶格缺陷,在强光照射下,会产生自由基,这些自由基逸出后会攻击树脂主链,造成树脂主链断裂,表现出乳胶涂料变色和粉化,最后脱落。要防止自由基的逸出,除了进行无机包膜外,还可以通过有机包膜来进一步提高。但传统的有机物(如TMP,TME,PEG,NPG)由于本身不耐自由基攻击,自由基可以轻易地突破有机包膜层,进而去攻击乳胶涂料的树脂主链。某些特殊的有机硅材料(如聚硅醇)由于硅氧键的键能远远高于碳碳键的键能,自由基很难将硅氧键打断,若用其将钛白粉颗粒紧密包覆,强光照射产生的自由基将无法打破有机硅包覆层,不能逸出去攻击乳胶涂料的树脂主链,从而达到提高乳胶涂料的耐候性能的目的。

(2)降低钛白粉的粒径大小

    钛白粉在乳胶涂料体系中的粒径大小,主要是由钛白粉粒子的聚集程度所决定。钛白粉的初级粒子的直径大都小于1 微米,但是在乳胶涂料体系中,由于极性吸附和范德华力的作用,粒子相互靠近,造成团聚,从而使钛白粉的表观粒径大幅度增加。用聚硅醇处理后的钛白粉颗粒可以消除极性和降低范德华力,从而使钛白粉颗粒以低级聚集体的形态存在,从而达到降低了钛白粉粒径的目的。

(3)消除钛白粉的活性基团

    钛白粉的活性基团主要来自于颗粒表面的羟基,聚硅醇的羟基官能团可以与钛白粉表面的羟基进行缩合反应,从而消除钛白粉表面的活性基团。

6.3抗污性

    当污染物(如墨水或油污)沾到乳胶涂料表面后,如果乳胶涂料存在下列缺陷:

(1)钛白粉等颜填料的表面孔隙太多;

(2)钛白粉等颜填料与树脂结合不紧密,中间有空隙。

    这些污染物就会快速渗透到颜填料的孔隙中或颜填料与树脂问的空隙中,即使我们用清水或洗涤剂对乳胶涂料表面清洗,也无法除掉污染物,从而在乳胶涂料表面留下永久性的污斑。要解决这些问题,就需要从两方面穴手:降低钛白粉表面的孔隙率,提高钛白粉与树脂之间的结合力。要降低钛白粉表面的孔隙率,完整的无机包膜是最佳选择,但合适的有机包膜能进一步降低其表面孔隙率(可以用吸油量来表征)。聚硅醇的羟基与钛白粉的羟基反应接枝后,其相对庞大的有机硅主链覆盖在钛白粉表面的孔隙上,将来可以阻止其他物质(如各种污染物)进入钛白粉,从而达到提高钛白粉抗污性能的目的。另外,高润湿性能的聚硅醇膜层上的醚基可以通过物理吸附和化学反应的双重作用来提高钛白粉颗粒与树脂的结合力,消除树脂与钛白粉颗粒问的空隙,进而提高乳胶涂料的抗污性能。

6.4抗沉降性

    钛白粉沉降的影响因素有:体系黏度(低剪切范围黏度),颜填料粒径分布、形状、密度、钛白粉的分散状况,水合型增稠剂与缔合型增稠剂之问搭配等。

    钛白粉悬浮性主要取决于钛白粉颗粒在乳胶涂料体系中的分散性。也就是说,极性吸附和分子问作用力(范德华力)以及颗粒粒径将是主要的决定因素。如果分子间的极性吸附小,分子问作用力低,颗粒粒径小,钛白粉颗粒在储运过程中返粗可能性就小、沉降就慢。建议选用聚硅醇来对钛白粉进行有机包膜处理。它可以有效地降低钛白粉颗粒间的分子问作用力,屏蔽颗粒问的极性吸附。

6.5可调色性

    在普通白色涂料中,钛白粉的主要功能是提供较好的遮盖力,因此对于白色涂料中所用的钛白粉考虑的是遮盖力同产品成本之间的性价比。钛白粉应用在调色基础涂料时,除了考虑遮盖力问题外,更主要的是把它作为一种白色颜料来考虑,它的使用对产品涂刷后涂膜的颜色影响很大。

    在彩色涂料中的钛白粉含量是非常重要的。当想要调出某一颜色时,基础涂料中钛白粉含量越多,所需的色浆也越多,这样产品的成本就会增加,对产品性能的影响也越人。当钛白粉含量到了一定程度,就不能调出比较纯的颜色。所以基础涂料中钛白粉的含量应在满足遮盖力要求的同时尽量小,一般控制在5%左右较为合适。

    为了节约成本和调配颜色纯正的调色涂料,就必须提高钛白粉的可调色性。对于有机处理来讲,主要从以下几个方面入手:

(1)提高钛白粉同其他颜料或染料的相容性,防止颜料的迁移。 聚硅醇为多功能团有机包膜剂成名遂,其活性官能团除了可以与钛白粉吸附外,还可以与其他颜料进行吸附,将钛白粉颗粒与其它颜料或染料锁在一起,防止钛白粉与其他颜料或染料分离,从而提高其调色性能。

(2)降低钛白粉颗粒粒径,提高钛白粉在乳胶涂料体系中的分散性。

7 乳胶涂料用钛白粉的有机处理

    根据乳胶涂料用钛白粉的特定要求,如水分散性,遮盖力,耐候性,抗污性,抗沉降性我们对部分常用的钛白粉有机处理剂进行了初步筛选。并进行对比试验,结果如下: 7.1颜料指标

指标 空白样 D-7030 D-7044 D-7020

 水分散性 %

70 85 90 75

 吸油量(g/100g)

19.09 17.56 17.96 18.56

 TCS(消色力)

1860 1950 1920 1940

 遮盖力(g/㎡)

25 19 21 20

 

7.2 耐候性指标

表面处理剂

空白样 

 D-7030

 D-7044

D-7020 

TMP

 强紫外光照射时间(h)

300  450 400 500 350

 

    从上面的筛选试验可以看出,尽管D—7020具有最好的耐候性能,但具有最差的水分散性;TMP虽然具有较好的水分散性和经济性指标,但是其耐候性,遮盖力和吸油量又差;D—7044具有最好的水分散性指标,但耐候性能和吸油量指标较差。综合考虑各项指标,我们认为D—7030比较适合于乳胶涂料用的钛白粉的有机包膜。 因为它具有比较好的水分散性和遮盖力,又具有较好的吸油量和耐候性能指标。

    D—7030是特殊分子量的硅醇的乳液聚合物,可以消除钛白粉颗粒表面的极性/活性基团(主要是羟基),存钛白粉表面形成一层弱极性的有机硅膜层,该膜层具有极佳的水性体系润湿性能和较好的抗污性能。

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