岑健偉

（吉林星華互吉納米科技有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130000）

0 前言

鈦融粉，英文名稱為T(mén)airong Powder，其主要是采用化學(xué)方法將二氧化鈦（TiO）與無(wú)機(jī)合成材料進(jìn)行反應(yīng)形成一種白色顏料，所采用的化學(xué)方法是星華納米專有的仿生礦化專利技術(shù)，采用該方法研制生產(chǎn)的功能型綠色新材料實(shí)現(xiàn)了納米級(jí)TiO與無(wú)機(jī)合成材料的完美結(jié)合，星華納米研制生產(chǎn)的系列鈦融粉產(chǎn)品TR-201、TR-901、TR-501 等經(jīng)過(guò)美國(guó)CAS 確認(rèn)成為全新的化學(xué)合成產(chǎn)品，這在全球?qū)儆谑讋?chuàng)。鈦融粉微觀形態(tài)為規(guī)整的棒狀，其外層的TiO顆粒為直徑50 nm～60 nm 的片層狀，片層的厚度可以通過(guò)合成工藝來(lái)進(jìn)行調(diào)整，產(chǎn)品粒度因包膜物種類和用量的不同而有所不同。鈦融粉具有白度及硬度高、分散性及遮蓋力高、耐候性及抗老化性高、吸油值低、無(wú)毒無(wú)味以及綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用于涂料、紙張、印刷、油墨及塑料等領(lǐng)域。基于此，該文以鈦融粉作為研究對(duì)象，就其在替代鈦白粉的應(yīng)用進(jìn)行探索，以期為業(yè)內(nèi)人員提供參考。

1 試驗(yàn)原料、設(shè)備及試驗(yàn)過(guò)程

1.1 試驗(yàn)原料

該文為了驗(yàn)證鈦融粉的性能，添加鈦融粉制備涂料時(shí)采用的試驗(yàn)原料見(jiàn)表1。其中，星華納米研制的鈦融粉化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在常溫下幾乎不與其他元素以及化合物發(fā)生反應(yīng)，也不溶于水，可以通過(guò)調(diào)整表面狀態(tài)來(lái)調(diào)節(jié)鈦融粉在水中以及有機(jī)介質(zhì)中的分散性。其系列產(chǎn)品在涂料行業(yè)、造紙行業(yè)、塑料行業(yè)、紡織和化學(xué)纖維行業(yè)、搪瓷行業(yè)以及陶瓷行業(yè)都有廣泛的應(yīng)用；在涂料行業(yè)，鈦融粉是應(yīng)用大戶，特別是星華納米研制生產(chǎn)的鈦融粉TR-201 基本用于涂料工業(yè)，加入鈦融粉后生產(chǎn)的涂料具有遮蓋力高、著色力強(qiáng)、用量少、成本低以及對(duì)介質(zhì)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。鈦融粉還能增強(qiáng)漆膜的機(jī)械強(qiáng)度和附著力，以避免出現(xiàn)裂紋，此外也能防止紫外線和水分透過(guò)來(lái)延長(zhǎng)漆膜的使用壽命；在造紙行業(yè)，鈦融粉可以作為紙張的填料，主要用于高級(jí)紙張以及薄型紙張中，在紙張中加入鈦融粉后可有效提升紙張的白度。此外加入鈦融粉的紙張與常規(guī)紙張相比光澤更好，強(qiáng)度更高，也更光滑，在印刷時(shí)不易被油墨穿透，且能有效提高油墨的附著力。在造紙行業(yè)應(yīng)用較多的主要是星華納米研制生產(chǎn)的鈦融粉TR-901；在塑料行業(yè)，將鈦融粉加入塑料之后可以有效改善塑料在加工過(guò)程中的線性放熱以及收縮比，此外還能有效提高塑料制品的耐熱性、耐光性以及耐候性，有效改善塑料制品的理化性質(zhì)，增強(qiáng)塑料制品的機(jī)械強(qiáng)度并延長(zhǎng)其使用壽命；在紡織和化學(xué)纖維行業(yè)，鈦融粉主要用作消光劑；在搪瓷行業(yè)應(yīng)用的鈦融粉主要是搪瓷級(jí)鈦融粉，其具有白度高、硬度高、分散性好、遮蓋力強(qiáng)、耐候性及抗老化性好等優(yōu)點(diǎn)，此外其粒徑更均勻且具有很高的折射率以及消色力，還具有很強(qiáng)的乳濁度以及不透明性，這樣在涂搪后形成的涂層薄、光滑性以及耐酸性會(huì)更好，在搪瓷制造工藝中可以與其他材料進(jìn)行更均勻的混合，不易結(jié)塊且易于熔制；在陶瓷行業(yè)應(yīng)用的主要是陶瓷級(jí)鈦融粉，其具有純度高、粒度均勻、折射率高、耐高溫性好等優(yōu)點(diǎn)，其在1200 ℃下燒制1 h 可以不變灰，具有不透明度高、涂層薄、質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)。

表1 試驗(yàn)原料

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

該文制備涂料以及測(cè)定涂料性能選用的試驗(yàn)設(shè)備見(jiàn)表2。

表2 試驗(yàn)設(shè)備

1.3 試驗(yàn)過(guò)程

該文在試驗(yàn)過(guò)程中主要是將常規(guī)生產(chǎn)的涂料配方（1#）和添加鈦融粉后的涂料配方（2#）按表3 的配比進(jìn)行配制后對(duì)涂料進(jìn)行性能測(cè)試。

表3 試驗(yàn)配方

其中，所采用鈦融粉TR-201 的技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表4。

表4 鈦融粉TR-201 的技術(shù)指標(biāo)

涂料的配制過(guò)程包括漿料制備以及配漆兩個(gè)過(guò)程，在漿料制備階段，按表3 的配方依次加入定量的去離子水、纖維素醚、分散劑、防霉劑以及消泡劑等，混合均勻后加入計(jì)量的鈦白粉、鈦融粉、煅燒土、1250 目重鈣以及800 目重鈣等，將其研磨到粒度≤50μm，制得初步的漿料。

隨后進(jìn)入配漆階段，在制得的漿料中加入計(jì)量的成膜助劑、去離子水、乳劑以及消泡劑等，將混合物攪拌均勻后加入計(jì)量的增稠劑，調(diào)節(jié)整個(gè)混合體系的黏度為90 KU，經(jīng)過(guò)過(guò)濾后即制得涂料的漆樣。

制備出涂料的漆樣后，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)依次對(duì)漆樣的PVC、質(zhì)量固含、體積固含、黏度、比重、濕遮蓋、干遮蓋、對(duì)比率以及耐洗刷性能進(jìn)行測(cè)試。

PVC：涂料的PVC 亦即顏料的體積濃度，PVC=粉料的體積/（粉料的體積+樹(shù)脂的體積）。

質(zhì)量固含主要是涂料中除去溶劑（或水）之外的不揮發(fā)物占涂料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，用來(lái)控制清漆和高裝飾性磁漆中固體分和揮發(fā)分的比例是否合適；在測(cè)試時(shí)將涂料在一定溫度下加熱焙烘以除去試樣中的蒸發(fā)成分，將少量試樣置于預(yù)先稱重和干燥過(guò)的容器內(nèi)，涂布均勻，在一定濕度下經(jīng)烘焙至恒重后，干燥后剩余物的質(zhì)量與試樣質(zhì)量的比值。

體積固含主要是指涂料中非揮發(fā)性成分與液態(tài)涂料的體積比，體積固含量=（/）×100%；其中為干膜體積，為濕膜體積，對(duì)一塊長(zhǎng)方體的膜來(lái)說(shuō)，體積=底面積×厚度，故%=（/）×100%=[（×）/（×）]×100%=（/）×100%，其中，為干膜厚度，為濕膜厚度，為鋼板表面積，干膜厚度和濕膜厚度通過(guò)儀器測(cè)量。測(cè)量厚度時(shí)，采用噴涂法制板，可以獲得均勻的涂膜，有利于測(cè)量，由于噴涂后因溶劑揮發(fā)而影響濕膜厚度檢測(cè)，因此濕膜測(cè)量要在施工后5min 內(nèi)完成，以減少誤差。干膜厚度則需要待漆膜完全干透后測(cè)量。

黏度：采用斯托默型黏度計(jì)進(jìn)行測(cè)量。

比重：采用溶劑對(duì)比重杯進(jìn)行清洗，稱出完全清潔、干燥的比重杯重，并記下質(zhì)量，兩次稱重之差不得超過(guò)0.02g；將比重杯及其蓋子稱重，記為，將式樣注入筒中，蓋上蓋子避免氣泡的產(chǎn)生，稱重記為，涂料比質(zhì)量（密度）=（-）/100（單位：g/mL）。

遮蓋力：采用最小濕膜厚度法來(lái)測(cè)定試樣的遮蓋力，測(cè)定儀采用一塊黑白間半的光學(xué)玻璃平板，其邊上標(biāo)有毫米刻度，在其上蓋有一塊在一端有一定高度的透明玻璃頂板，形成一個(gè)楔形空間。測(cè)定時(shí)在底板上倒上少量樣品，來(lái)回移動(dòng)頂板，一直到通過(guò)頂板及漆層看不到底板上的黑白分界線為止，記下從分界線至頂板前端的讀數(shù)。由于楔形空間的角度是已知的，就可求出最小濕膜厚度，或者通過(guò)儀器所附的換算表?yè)Q算出單位面積用漆量。

對(duì)比率：將試樣以不同厚度涂布于透明聚酯膜上，干燥之后置于黑、白玻璃板上，用反射率儀測(cè)定其反射率。R是黑板上的反射率，R是白板上的反射率，根據(jù)C=R/R，進(jìn)而得出對(duì)比率C。耐洗刷性是指在洗刷儀上采用規(guī)定荷重的基刷在不斷滴加洗滌劑條件下往復(fù)洗刷漆膜，觀察漆膜表面剛露底時(shí)的洗刷次數(shù)或洗刷至規(guī)定次數(shù)的涂層有無(wú)露底。漆膜耐洗刷儀刷子及夾具總重450 g，刷子往復(fù)運(yùn)動(dòng)頻率為37次/分，每個(gè)沖程刷子運(yùn)動(dòng)距離為300 mm，在中間100mm區(qū)間大致為勻速運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行試驗(yàn)前先將刷毛浸入20℃左右水中12mm 深，30min，再用力甩凈水，浸入洗刷介質(zhì)（0.5%的洗衣粉溶液，pH 為9.5～10.0）中12mm 深，20min，經(jīng)此處理的刷子方可使用，固定樣板，將毛刷置于其上，往復(fù)摩擦涂膜，同時(shí)滴加洗刷介質(zhì)（速度為每秒滴加約0.04g），直至洗刷至規(guī)定次數(shù)或洗刷至樣板中間100mm區(qū)域露出底材。取下樣板，用自來(lái)水洗凈。以樣板剛露底時(shí)所經(jīng)受的洗刷次數(shù)表示，或洗刷至規(guī)定次數(shù)，3 塊試板中至少有2 塊試板的涂膜無(wú)破損，則認(rèn)為其耐洗刷性合格。

2 結(jié)果討論與分析

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)對(duì)1#配方以及2#配方制備的涂料性能進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 1#配方和2#配方制備涂料的性能指標(biāo)

從表5 中的指標(biāo)對(duì)比可以看出2#添加鈦融粉優(yōu)化后的配方制備的涂料與原有的1#配方相比指標(biāo)非常接近，部分指標(biāo)如PVC、干遮蓋以及對(duì)比率等要好于原有配方。此外根據(jù)表3 可以看出在添加鈦融粉后可以有效減少其他材料的使用量，通過(guò)成本核算可知添加鈦融粉優(yōu)化后的配方與原有的對(duì)比配方相比每噸的成本有大幅度下降。

通過(guò)對(duì)1#配方以及2#配方制備的涂料的老化性能進(jìn)行長(zhǎng)期的跟蹤分析，結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 涂料的老化性能

從表6 中可以看出2#添加鈦融粉優(yōu)化后的配方制備的涂料與原有的1#配方相比原始的保光率較為接近，2#要略好于1#，隨著暴曬時(shí)間的延長(zhǎng)保光率略有下降，但是下降幅度不明顯，經(jīng)過(guò)12 個(gè)月的暴曬后沒(méi)有出現(xiàn)粉化的情況，在暴曬12 個(gè)月以后一直到36 個(gè)月均只出現(xiàn)了很輕微的粉化。

2.2 結(jié)果討論與分析

星華納米研制生產(chǎn)的鈦融粉加入涂料中后，不僅可以保持或提高原配方的主要指標(biāo)，同時(shí)還可以大大減少配方中高成本原料，如鈦白粉、乳液等的使用，進(jìn)而降低配方的成本；在配方中添加鈦融粉后，在配比合理的情況下可以出現(xiàn)協(xié)同效應(yīng)，因此與原配方相比可以在一定程度上提高白度，這是因?yàn)殁伻诜墼谂c各組份的粉體組成配方時(shí)，可以有效地彌補(bǔ)金紅石鈦白粉的顏色缺陷。當(dāng)漆膜在內(nèi)墻使用時(shí)帶藍(lán)白相而且光感柔和，這會(huì)使家庭裝飾更具舒適感；由于鈦融粉微觀顆粒微觀形態(tài)的特殊性，因此其添加到配方中后在漆膜表面可以形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的支撐，可提高漆膜的耐擦洗性，提高涂層的抗破壞能力。此外鈦融粉在與各組份原料組成配方時(shí)，可以使質(zhì)感涂料的白度更自然，擁有更好的調(diào)色均勻度以及色彩反應(yīng)，使質(zhì)感效果更強(qiáng)烈，改善批刮性的同時(shí)可讓涂料更貼服于墻體；由于鈦融粉的堆積密度比較小且分散性非常好，添加到配方中后不容易形成團(tuán)聚，因此其涂布率比較好，在配比合理時(shí)，在干膜狀態(tài)下其遮蓋力較強(qiáng)。此外使用鈦融粉后的漆膜觸感性變得油滑，由于棒狀結(jié)構(gòu)的成膜表面體沒(méi)有傳統(tǒng)涂料的干冷感，因此在細(xì)微觀察狀態(tài)下有點(diǎn)接近雞蛋殼的啞光優(yōu)質(zhì)狀態(tài)；在生產(chǎn)時(shí)使用鈦融粉可以有效減少表面活性劑的投放，降低助劑在干膜過(guò)程中揮發(fā)有機(jī)物的含量，使涂料更加環(huán)保，在長(zhǎng)時(shí)間的儲(chǔ)存狀態(tài)下可以提高涂料的懸浮穩(wěn)定性；由于鈦融粉微觀顆粒微觀形態(tài)為規(guī)整的顆粒形狀，與鈦白粉相比，鈦融粉的渾濁懸浮狀態(tài)明顯持久，因此可以有效防止流體的沉降；由于鈦融粉的吸油量比較小，因此漆膜的成膜更好且質(zhì)感更厚，表面更光滑；由于鈦融粉微觀顆粒微觀形態(tài)的特殊性，添加到配方中后會(huì)在漆膜的表面形成漫反射，因此添加鈦融粉后可以提高消光效果；在配方合理的情況下添加鈦融粉可以有效增強(qiáng)固含物質(zhì)之間的協(xié)同性，此外特殊的形狀結(jié)構(gòu)可在施工時(shí)達(dá)到更優(yōu)效果，使用鈦融粉后加強(qiáng)了涂層對(duì)紫外線的抵御能力，延長(zhǎng)涂料的使用壽命；鈦融粉的特性使其在應(yīng)用中具有降低成本、提高白度、提高耐擦洗性、提高遮蓋力、防止流體沉降、增加光滑性、改善消光性以及增強(qiáng)體系中固相物質(zhì)之間協(xié)同性的優(yōu)勢(shì)。

3 結(jié)論

星華納米研制生產(chǎn)的鈦融粉系列產(chǎn)品TR-201、TR-901、TR-501 分別在水性涂料、裝飾原紙以及油性涂料中有廣泛的應(yīng)用。將鈦融粉應(yīng)用到配方中后可以有效降低成本、提高白度、提高耐擦洗性、提高遮蓋力、防止流體沉降、增加光滑性、改善消光性以及增強(qiáng)體系中固相物質(zhì)之間協(xié)同性的優(yōu)勢(shì)。目前其在內(nèi)墻涂料、外墻涂料以及質(zhì)感涂料中有大量的應(yīng)用，在涂料中添加鈦融粉后，與原有的對(duì)比配方相比，涂料指標(biāo)非常接近，部分指標(biāo)如PVC、干遮蓋以及對(duì)比率等要好于原有配方。此外添加鈦融粉后可以有效減少其他材料的使用量，通過(guò)成本核算可知添加鈦融粉優(yōu)化后的配方與原有的對(duì)比配方相比每噸的成本大幅下降。