钛白粉是最重要的白色颜料,具有高折射率,良好的化学稳定性,耐候性,白度,高脱色力和隐蔽力,无毒无害,对人体无刺激作用,广泛用于涂料、塑料、造纸、油墨、药品、纤维、化妆品等领域。
1 .钛白粉的应用领域
(1)涂料
涂料是钛白粉的最大用户。 通常,钛白粉在涂料领域的消费量占钛白粉应用领域消费量的60%,同时也是涂料中使用量最多的颜料(各涂料中钛白粉的含量为10%~35% )。
乳胶漆:外用涂料必须使用金红石型钛白粉,内用涂料多使用锐钛矿型钛白粉。
卷材和印花涂料:卷材涂料可分为底层涂料和表层涂料,底层涂料要求低,可使用国产金红石型钛白粉和环氧树脂,表层涂料要求高,采用进口金红石型钛白粉和聚酯树脂。
汽车涂料:汽车涂料主要要求钛白粉的耐候性、光泽和隐蔽力。 目前轿车涂料中使用的钛白粉品牌很少,都是专用型进口氯化法金红石型钛白粉,如R2310、R706等。 国产金红石型钛白粉目前仅占中低档汽车涂料市场。
粉体涂料:粉体涂料多使用金红石型钛白粉。
(2)塑料
塑料工业是钛白粉的第二大用户,通常钛白粉在塑料领域的消费量占钛白粉应用领域的消费量的20%。 全球500多个钛白粉品种中,50多个是塑料专用品。
钛白粉在塑料制品中的应用,除了利用其高遮盖力、高消色力及其他颜料性能外,还提高了塑料制品的耐热性、耐光性、耐候性,保护塑料制品不受紫外光影响,改善塑料制品的机械性能和电气性能。 大部分的热硬化性和热塑性塑料使用钛白粉,一般的使用量是1%~5%,它可以与树脂干粉混合,也可以与含有增塑剂的液体混合,也可以将钛白粉加工成色母粒子后使用。
大多数塑料用钛白粉的粒径细(0.15~0.3μm ),因此能够得到蓝相的底色,对带有黄相的树脂和容易变黄的树脂的大多数有遮蔽作用。
塑料用钛白粉一般经有机(多元醇、硅烷或硅氧烷)表面处理,经处理的钛白粉可以用适当的机械剪切力较好地分散。
塑料制品对钛白粉的质量要求如下
耐候性:室外使用的塑料制品及塑料门窗等必须保证钛白粉的耐候性
白度:决定亮色或白色塑料制品的外观
分散性:影响塑料制品的生产成本,分散性差的钛白粉影响塑料制品中产品的平滑度和光亮度
隐蔽力:是隐蔽力好的钛白粉,生产的塑料制品更轻更薄。
(3)色母粒子
塑料色母粒是一种高浓缩、高性能的配色产品,据不完全统订,我国用于色母粒生产的钛白粉每年为2~3万t。
色母粒性能的优劣通常表现在后续产品的应用,如吹膜和注射,因此钛白粉在色母粒中的性能也主要表现在色母粒的应用过程中
着色力:决定相同颜色的塑料制品使用的钛白粉的量
白度和色差:决定钛白粉含量相同的浅色(白色)塑料制品的外观
分散性:影响色母粒生产成本和塑料制品外观、光泽等的指标
加工性能:影响色母粒的生产成本。
(4)造纸
造纸是钛白粉的第三个用户。 装饰纸、圣经纸、纸币一般使用钛白粉,采用钛白粉的纸白度好,强度高,有光泽,薄而光滑,印刷时不透过。 在同样的条件下,不透明度比碳酸钙、滑石高10倍,品质也能减轻15%~30%。
装饰纸也被称为钛白粉纸,主要用于制作家具、地板、壁纸等素材。 因为对于要求防老化性的纸,必须使用金红石型钛白粉的更多的金红石型钛白粉被用于高灰分的纸,不要求锐钛矿型钛白粉的隐蔽力。 锐钛矿型钛白粉用于圣经纸和纸币等低灰分纸。
据不完全估计,我国化妆纸用钛白粉每年超过3万吨。 化妆纸中钛白粉的使用量为20%~40%,其他纸中的钛白粉的使用量为1%~5%。 决定造纸工厂选择哪种钛白粉的主要原因是造纸的成本,也就是钛白粉的性价比。 锐钛矿型钛白粉决不使用金红石型钛白粉。
造纸行业对钛白粉品质的要求顺序是隐蔽力(不透明度)、白色度、分散性、耐候性、残存率。
2 .钛白粉的应用指标
(1)颜色
颜色是颜料的重要技术指标。 钛白粉的颜色指标是白度。 即使是相同化学成分的钛白粉,由于工序、原料、设备、技术水平的不同也会产生颜色的差异,色光依赖于化学成分,但更重要的是,经常发挥决定性作用的要素是其粒子形状、大小、粒度分布、结晶型、杂质含量等。
(2)隐蔽力
隐蔽力的光学本质是由于颜料和其周围介质的折射率的差所致。 金红石型钛白粉的折射率为2.71,锐钛矿型钛白粉的折射率为2.55,是隐蔽力最高的白色颜料。
掩蔽效果主要是由于二氧化钛的散射,或者有色物质的存在引起的吸收,或者这两个原因引起的入射光强度的减退引起的掩蔽现象。 因此,决定钛白粉隐蔽力的主要因素除了化学成分、结晶型以外,还与钛白粉的粒子形状、粒径及粒度分布有关。
(3)着色力
着色力是二氧化钛的重要特性指标,是二氧化钛与其他颜料混合后,混合物显示其自身颜色的能力。 也就是说,对于白色颜料来说,越是与深色颜料混合,混合物的颜色越淡,表示其着色力(脱色力)越强。
(4)吸油量
吸油量也是钛白粉的重要颜料性质之一,涉及钛白粉在展色剂中的填充状态,说明其在介质中的分散性。 在涂料搅拌前,可以推断涂料的稠度,指导涂料的配方,预估其颜料体积浓度( PVC )。
(5)化学组成
钛白粉的化学组成决定其化学性质,除了表现颜料的一系列颜料性能,如白度、脱色力、吸油量等,对其应用性能,如耐候性、分散性等的影响也很大。
(6)耐光性、耐候性
钛白粉的耐光性和耐候性是测定钛白粉应用性能的重要指标,将钛白粉应用于相关应用领域(如汽车涂料、型材等)后,该指标有意义。
另外,为了测定钛白粉的耐光性和耐候性,必须确保其应用载体的耐候性优于钛白粉。 影响钛白粉耐气候性指标的主要因素是其化学成分、被膜物质的化学形态、结晶结构、应用配方等。
(7)光泽度
钛白粉的光泽度是测定钛白粉应用性能的重要指标,通常钛白粉没有光泽,将钛白粉应用于相关应用领域(如汽车涂料、油墨、型材、色母粒子等)后,该指标意义重大
(8)挥发成分
钛白粉的挥发成分实际上是含水量。 由于其表面存在高能和羟基,其表面必须经常吸附一定的水分以降低表面能,吸附的水分与钛白粉的表面有机处理及其保存环境的湿度和温度有关。
钛白粉挥发成分的高低不能判断其产品的优劣,取决于其应用体系。 一般来说,水性系统的挥发成分的高低不太影响应用,但对于溶剂型系统以及聚烯烃等系统,挥发成分越高,越影响系统中的分散性以及产品质量,因此要求挥发成分越低越好。
(9)分散性
分散性指标是钛白粉的重要应用指标。 分散性也称为研磨分散性或研磨润湿性。 分散性的好坏不仅影响钛白粉的脱色力、隐蔽力、吸油量等指标,也影响涂料成膜和型材成形的光泽和耐候性。 在涂料研磨分散时,分散性的好坏直接影响研磨分散时间的长短,是涂料生产时的重要经济指标之一,而且研磨时间过长会增加设备污染,使产品的白度变差。 在塑料色母粒和型材的生产中,分散性的好坏直接影响头屏的更换周期和最终产品的性能。
( 10 )表面改性
未经表面处理的金红石型二氧化钛通常不能满足许多高级用途的要求,需要进行一层或多层无机或有机的表面处理。 表面处理是钛白粉加工过程的一个重要环节,表面处理工艺和条件决定了二氧化钛的表面性和应用性能,决定了这种钛白粉的应用领域。
(十一)质量的稳定性;
钛白粉的质量稳定性与其下游用户产品的质量稳定性直接相关。 如果这个指标不稳定,即使有的钛白粉指标大大提高,这也不是下游用户所希望的产品,而是要根据钛白粉质量指标的变化来调整处方。 否则,产品质量就有问题。 这是下游用户非常关注的问题。