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钛白粉的制造有两种生产工艺:硫酸法和氯化法。金红石型钛白粉和锐钛型钛白粉均可由任何一种工艺来生产。
硫酸法是将含钛的矿砂溶于硫酸中,产生钛的溶液及钛和其他金属的硫酸盐。然后经过一连串的步骤,包括化学还原、纯化、沉淀、洗涤、燃烧。再得到二化钛中间体。国内大部分钛白粉厂采用这种工艺生产,容易污染环境。
氯化法包括两个高温无水蒸汽相反应。钛矿和氯气在还原条件下发生反应,生成四氯化钛和金属氯化物杂质,杂质清除后。
中间体都是颜料粒子的成簇二氧化钛晶体,这种成簇粒子必须加以分散(研磨),以及各种湿加工方法来改良二氧化钛。
制造钛白粉的重要问题是钛矿的供应,虽然钛的蕴藏量列在前十名元素之中,但它在自然界中却以低浓度广泛地分布,需要提高采矿和矿物加工操作的效率,以满足制造钛白粉的经济要求。
人们对绿色环保的意识不断提高,以及自然资源保护的不断完善,使钛白粉行业在生产工艺的污染治理和钛矿采购方面压力日益增大。制造费用比以前明显攀升。
我们制造粉末涂料的时候,怎样分析钛白粉的质量好坏呢?哪些指标值得我们关注呢?
2、钛白粉的质量分析
各行业的应用特点不同,对钛白粉的要求也不完全一样,检验方法也会有所区别。
2.1 粉末涂料行业对钛白粉的要求
钛白粉在粉末涂料的应用中,主要用于着色,做白色用量大时还起到骨架支撑作用。
钛白粉作为装饰调色而使用,依据减色法理论,颜色当然是白度越高越好。当含有黑色或其它杂色色调时,容易变灰,白度下降。
挥发份是钛白粉在粉末涂料应用中控制的重要指标之一。挥发份包括水份的挥发,以及粉末生产和施工温度(95℃~200℃)下反应产生的各种挥发气体。
吸油量是100g样品在规定条件下所吸收的精制亚麻仁油的量。可用ml/100g或g/100g表示。吸油量大小关系涂料的湿润和分散,太大则会影响涂膜的平滑性和光泽。
测定吸油量的方法:将试样置于平板上,用滴定管滴加精制亚麻仁油,每次加油量不超过10滴,加完后再用调刀压研,使油渗入受试样品,继续以此速度滴加至油和试样表成团块为止。
涂膜的粒子弊病是粉末涂料生产中难解决的问题之一。所以,最好是提前预防。根据粉末涂层的厚度要求,钛白粉用300 目标准分样筛水中湿筛时,必须完全通过为宜;
从理论上,钛白粉的粒径分布当然是越窄越好。如果要有效地散射光线,二氧化钛颜料粒子的直径应该略小于散射光线波长的一半,因为肉眼对黄、绿光(波长大约0.55μm)最敏感,所以,涂料用钛白粉的粒径在0.2~0.3μm 之间最理想。
由于钛白粉干粉不好分散,建议采用湿法粒度分布仪测量。
钛白粉在粉末涂料中百分比颜料体积浓度不同,会呈现不同的遮盖力。钛白粉的颜料体积浓度(PVC)10%时,为获得较好遮盖力的经济用量。
当钛白粉的PVC浓度增加至10%(因为各涂料品种的密度不同,10%PVC浓度相当于重量份约22~32%)以上时,由于钛白粒子的聚集会使绕射光的折射效率减少。
一般情况下,我们采用第一次进料使用确认合格后,以10%重量份(约3%PVC浓度)没完全遮盖条件下,制干板留样作为标准样,作为以后评判的标准。因为没完全遮盖状态下,更容易判别两个钛白粉遮盖力之间的差异。
耐热性指钛白粉受热的颜色稳定性程度。因为粉末涂料的施工烘烤设备的施工局部温度在170℃~220℃之间,当钛白耐热性不好时,挂在烤炉中不同位置的工件会出现不同的颜色。无光白施工时尤其明显。
一般情况下,金红石型的钛白粉要比锐钛型钛白粉耐热好;经包膜的钛白粉比未经包膜的钛白粉耐热好。
2.1.8 耐候性与晶体结构和成份的影响
耐候性是指对光、热、潮湿,以及光、热、潮湿交替环境的抗化学降解性。钛白粉的耐候性对颜色和光泽的保持程度,以及对抗霉菌和灰尘引起的褪色有很大影响。
纯TiO2颗粒表面在有水汽和氧气的存在下是光化学活泼的,甚至可促进在其颗粒周围基料的降解。
钛白粉表面包膜得越致密会越稳定,耐候性越有保障。而包膜得越致密,包膜层会越厚,且包膜物的用量也会增加。
钛白粉是不建议用于耐候涂料的。X 射线检验是鉴定钛白粉晶体结构和成份的重要方法之一,但设备比较昂贵。
2.2 钛白粉的掺假和检验鉴别
进口钛白粉和国产钛白粉、金红石型钛白粉和锐钛型钛白粉之间的价格差异比较明显。
首先,对于换包装的鉴别。进口钛白粉在其包装上通常有其特征(如图案、字体、批号等),可先在其包装外观上加以识别;
其次,对于以部分锐钛型钛白粉冒充金红石型钛白粉的鉴别。用一般的化学方法难以快速检验,只能用X-衍射法进行鉴别。
再次,对于钛白粉中掺入碳酸钙、立德粉、硫酸钡、氧化锌等杂质。可以用碳酸钙、立德粉遇酸后的特性鉴别。
X射线荧光分析和X 射线衍射分析两者基本原理都是基于布拉格方程2dsinθ=nλ,两者都是测定衍射角θ值,但鉴定分析给出的信息完全不同,两种方法互相补充,成为钛白粉质量分析的重要方法。
然而,大部分的粉末厂不可能购置这么昂贵的专业分析仪器。普遍是有必要时通过送第三方认可实验室检验,以及通过厂内自行制作干板,然后比对干板的遮盖和抗老化性来鉴定。
3.1 物理消光剂粉末涂料的消光原理
物理消光其本义是添加消光填充料、蜡等非反应的组份而消光。消光剂本身不参加反应,不必改变配方中成膜树脂及固化剂的反应比例。而现在市场上流通的物理消光剂,已经失去了物理消光的本意。
这种所谓的物理消光剂普遍是改性蜡、不同官能团的丙烯酸树脂(包括带羧基–COOH、羟基–OH、带氨基–CONHCH2OR 以及带环氧基等官能团)、复合催化剂等的混合物。
3.2 钛白粉对物理消光剂粉末涂料的影响因素
从物理消光剂的消光机理可以知道,钛白粉的一些因素也会对物理消光剂粉末的光泽产生影响。
近年来钛白粉利润空间变窄的影响下,很多钛白粉厂都进行工艺变革和配方调整。
其次,在进行包膜时或不法商人掺假时,如果混入了与物理消光剂多级反应有催化作用的氧化物品种也会影响光泽,锌和锡类化合物尤其敏感。
理论上,钛白粉的吸油量和粒径没有变化,如果用X-射线光谱定性定量检验钛白粉的组成也没有改变,当然是不会影响光泽的。
3.3 不同钛白粉影响物理消光剂粉末涂料光泽的配方举例
我们以同等条件下,两个不同钛白粉的户外粉末涂料对物理消光剂粉末光泽的影响来进行具体分析。如下表:
国内钛白粉生产技术和工艺的不断进步和完善,先进的生产工艺和技术必定会替代落后的技术和工艺。适合各行各业的品种将会标准化。
文章来源:粉末登场;谢品雄 立兴远东(肇庆)粉体制造有限公司
图片来源:网络
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