中國大陸最大的金紅石鈦白生產(chǎn)線（4萬噸/年）二氧化鈦顏料介紹二氧化鈦顏料應(yīng)用生產(chǎn)工藝表面處理與二氧化鈦顏料構(gòu)造耐久性二氧化鈦顏料的發(fā)展摘要TiO2

顏料介紹涂料57%塑料22%紙品12%TiO2顏料介紹TiO2有3種晶型:金紅石,銳鈦型和板鈦型

只有金紅石型和銳鈦型應(yīng)用在涂料TiO2顏料介紹金紅石晶體是透明的．TiO2顏料介紹大顆的金紅石結(jié)晶鈦白粉顆粒影相結(jié)構(gòu)TiO2顏料介紹密度g/cm34.2-4.33.8–3.9折射率

2.712.52莫氏硬度6-75.5-6熔點1858°Cconverts相對光活化性0.31.0類型金紅石型銳鈦型9.51?3.76?2.96?3.59?晶體結(jié)構(gòu)TiO2顏料介紹R和A為同一晶型——四方晶系，但晶格不同：R晶體細(xì)長，呈棱型，通常是孿晶；A一般近似規(guī)則的八面體TiO2

顏料應(yīng)用光學(xué)常識遮蓋力—顏料加在透明的基料中使之成為不透明，完全蓋住基片的黑白格所需的最少顏料量謂之。其光學(xué)本質(zhì)是顏料和存在其周圍介質(zhì)折光率所造成。折光率相等—透明大—強反之亦然。

TiO2

顏料應(yīng)用要了解采用鈦白粉的原因首先需知道光譜的組成波長(nm)380400500600700780可見光10-1610-1410-1210-1010-810-610-21102波長(m)廣播無線短波電視FM雷達(dá)宇宙射線X射線紫外線可見光紅外線伽碼射線TiO2

顏料應(yīng)用鈦白粉能提供遮蓋力現(xiàn)象主要基于以下兩點：第一鈦白粉具有很高的折射系數(shù)（RI）RI值金紅石型 2.71銳鈦型 2.52鉛白 1.9-2.1氧化鋅 1.99樹脂 1.4-1.6水 1.3空氣 1.0顏料顆粒聚合物基礎(chǔ)底才可見光TiO2

顏料應(yīng)用TiO2

顏料應(yīng)用第二鈦白粉差不多反射全部的可見光波長-納米金紅石銳鈦紅外線可見光紫外線人的眼睛接收到所有及均勻的反射色光為….白色反

射

率

%

TiO2

顏料應(yīng)用TiO2

跟載體組成的油漆……..AnataseZnO

……..其表現(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越其它當(dāng)時期在用的白顏料TiO2

顏料應(yīng)用Fresnel方程：

(NP-N0)2

R=————(NP+N0)2

R—反射光的系數(shù)

NP—顏料的折射率

N0—介質(zhì)的折射率（1.48~1.55）

TiO2

顏料應(yīng)用現(xiàn)代金紅石銳鈦代入Fresnel方程中，可知R金紅石比

R銳鈦高25~30%;同等遮蓋力時，金紅石型鈦白粉的用量可以減少25~30%。TiO2

顏料應(yīng)用二氧化鈦顏料擁有的遮蓋能力讓它成為非常重要的顏料。油漆沒有加入顏料是透底的。甚至有色的油漆也加入二氧化鈦顏料以避免透底現(xiàn)象。沒有鈦白粉的帶色涂料有鈦白粉的帶色涂料TiO2

顏料應(yīng)用粒度分布對遮蓋力的影響TiO2

顏料應(yīng)用吸收與散射入射光（白光）黑色顏料吸收白色顏料散射遮蓋力隨顏料顆粒大?。剑┒儯巧⑸浜臀盏慕Y(jié)果。粒度分布對遮蓋力的影響粒度及分布對遮蓋力的影響：當(dāng)粒徑相當(dāng)光波的1/2λ時光的衍射能（S）最大，為其在全光譜范圍得到高的反射率（可見光波長為400-700nm之間）。鈦白粉的粒度粉分布應(yīng)控制在200-350nm之間.粒徑的減小，透明性增強，遮蓋力越來越差，粒徑的增大，光的散射作用越來越差，遮蓋力逐漸減弱。

粒度分布對遮蓋力的影響粒度分布對遮蓋力的影響給出最高遮蓋力范圍影響光澤的范圍粒度分布對遮蓋力的影響大顆粒轉(zhuǎn)換入射光鈦白粉小顆粒散射光粒度分布對遮蓋力的影響鈦白粉粒徑大小對遮蓋力的影響粒度分布對遮蓋力的影響影響鈦白粉遮蓋力的其它因素影響金紅石遮蓋力的因素除本身折射率、粒徑、粒徑分布和分散性等因素外，涂料中其它成份對金紅石鈦白粉遮蓋力也有很大的影響。

顏料體積濃度（PVC）、基料折射率、填料粒徑、填料折射率

遮蓋力與基料折射率的關(guān)系HP∝m2∝0.16(np-nb)2

式中HP---遮蓋力；

np---顏料折射率；

nb---基料的折射率；

m---為Lorentz指數(shù)，m=0.4(np-nb)。

從上式可以看出，當(dāng)顏料一定時，基料折射率越小，遮蓋力越大。

遮蓋力與PVC的關(guān)系涂布率與PVC的關(guān)系在一個涂料配方中，選擇適當(dāng)?shù)拟伆追垠w積濃度（PVC），可以使鈦白粉的遮蓋力達(dá)到最佳化；另外，正確選擇基料、填料也有助于鈦白粉遮蓋效率的最佳體現(xiàn)。顏料體積濃度（PVC）影響二氧化鈦粒子之間的距離。低PVC涂料中二氧化鈦粒子之間的距離大；高PVC涂料二氧化鈦粒子之間的距離小，粒子排列擁擠。當(dāng)粒子之間的距離比光波半波長還小時，單個粒子不再具有獨立散射中心的功能，反而降低遮蓋效率。最佳PVC與二氧化鈦粒徑、基料折射率等因素有關(guān)。

當(dāng)PVC高于臨界PVC時，基料不能包覆二氧化鈦顆粒，空氣取代一部分基料形成島狀空氣團(tuán)，產(chǎn)生新的散射中心。由于空氣的折射率為1.00，小于基料的折射率，空氣代替基料后，np-nb的值變大，因此遮蓋力增加；并且PVC越高，空氣取代基料就越多，遮蓋力也越高，這就是通常所說的空氣干遮蓋效應(yīng)，這也是含填料的高PVC涂料設(shè)計的依據(jù)。

影響鈦白粉遮蓋力的其它因素填料（體質(zhì)顏料）在中高PVC涂料配方中大量使用，它既可以降低成本，也對涂料的流變性、涂膜的力學(xué)性能等方面產(chǎn)生影響，但填料的粒徑太粗時會影響二氧化鈦的遮蓋力。

遮蓋力與填料粒徑的關(guān)系遮蓋力與填料折射率的關(guān)系純填料涂料在純丙和苯丙體系中的對比率

滑石粉高嶺土硅灰石滑石粉高嶺土硅灰石1.631.561.49填料涂料在純丙和苯丙體系中的對比率（含金紅石鈦白粉）

1.631.561.491.481.53遮蓋力與填料折射率的關(guān)系填料的折射率一般在1.45至1.65之間，基料的折射率一般在1.45至1.60之間。當(dāng)涂料選用低折射率的基料時，選用高折射率的填料可以提高鈦白粉的遮蓋力；當(dāng)涂料選用高折射率的基料時，選用低于基料折射率的填料可以提高鈦白粉的遮蓋力。

遮蓋力與填料折射率的關(guān)系顏色與底色顏色相對光散射的能力顆粒直徑（納米）底色-粒度分布的影響白光（可見光）顏料顆粒藍(lán)光紅光聚合物基礎(chǔ)底才黑色的顏料顆粒底色-粒度分布的影響

分散性與相容性分散性與相容性鈦白粉的顆粒是非常小的典型為200-300納米100顆?？梢韵胂笕祟^發(fā)的直徑已足夠放下100顆鈦白粉鈦白粉的顆粒有多大？分散性與相容性新制的顏料

經(jīng)儲存的顏料經(jīng)分散的顏料附聚和分散分散性與相容性0.2微米(單一顆粒)注意:在這里顯示的聚集體仍然太小，肉眼還是看不到．通?？梢姷念w粒大概比這個顆粒大５０倍….聚集體的直徑:2.0微米或1/500毫米單一

TiO2

顆粒相對聚

集體的大小分散性與相容性分散差鈦白電鏡照片分散性與相容性分散較好鈦白電鏡照片分散性與相容性分散性——又稱研磨分散性或研磨潤濕性1、影響因素：粒徑大小、比表面積、表面自由能、表面電荷、PH、極性、表面吸附狀態(tài)；2、分散、團(tuán)聚、最低能量原理、有機物包膜劑3、分散性的好壞不僅影響鈦白粉的消色力、遮蓋力、吸油量，而且也影響光澤和耐候性；

俗話說：物以類集，人以群分；門當(dāng)戶對。專業(yè)謂之：相似相溶原理。水性、油性涂料與塑料因其自身性質(zhì)的不同，不可共用。而分散劑與涂料的其它顏填料、助劑相親相愛—配伍性。

分散性與相容性分散性對涂料光澤的影響分散性與相容性生產(chǎn)工藝生產(chǎn)工藝通常制造TiO2

顏料基體（表面處理前）有兩種方法：在TiO2基體進(jìn)行表面處理,通常跟基體制造方法無關(guān)

硫酸法氯化法原料(45-60%TiO2)原料(85-95%TiO2)酸解凈化水解煅燒氯化凈化氧化

氯化法

-

按照下述化學(xué)反應(yīng)

TiO2

(impure)

+2Cl2+CTiCl4+CO2

TiCl4+O2TiO2(pure)

+2Cl2

硫酸法

-

按照下述化學(xué)反應(yīng)

FeTiO3+2H2SO4

TiOSO4+FeSO4+2H2O

TiOSO4

OH-

TiO2nH2O+H2SO4

TiO2nH2OHeatTiO2+nH20

不同制造方法的化學(xué)反應(yīng)生產(chǎn)鈦白粉的硫酸法工藝是否注定會消亡？為回答此問題，回顧近十年鈦白粉工業(yè)所發(fā)生的變化,對我們分析這個問題是有益助的.主要的變化內(nèi)容是:

l

環(huán)保問題

l

生產(chǎn)成本

l

產(chǎn)品質(zhì)量和質(zhì)量前景環(huán)保問題：氯化法工藝中，廢副主要是氯化物硫酸法工藝中，廢副主要是廢硫酸和硫酸鹽氯化法處理氯化物廢副是一種工藝，硫酸法處理硫酸鹽廢副是另外一種工藝。德國的硫酸法鈦白粉工廠把所有的固體、液體和氣體廢料轉(zhuǎn)變成可銷售的或其他可使用的產(chǎn)品，成功實踐了“零”排放的觀點。產(chǎn)品質(zhì)量和質(zhì)量前景在歐洲和亞洲，因為大的氯化法鈦白制造商通過大量的和成功的營銷手段，占領(lǐng)了傳統(tǒng)硫酸法鈦白粉的市場，所以人們就形成了一種觀念，就是氯化法鈦白的質(zhì)量比硫酸法的更好。這種觀念錯誤至極，是一種誤導(dǎo)。根據(jù)不同的應(yīng)用需要，這兩種工藝生產(chǎn)的鈦白粉各有優(yōu)缺點。通過先進(jìn)的后處理技術(shù)，針對不同的應(yīng)用領(lǐng)域，很多種硫酸法金紅石鈦白粉產(chǎn)品完全可以與氯化法鈦白粉媲美。硫酸法還有一個重要的優(yōu)點：一個工藝能生產(chǎn)多種鈦化工產(chǎn)品，如銳鈦型和金紅石型鈦白粉，銳鈦和金紅石超細(xì)鈦白粉以及其他鈦化工產(chǎn)品。表面處理與二氧化鈦顏料構(gòu)造顏料進(jìn)行表面處理基于以下原因:改善分散性能與系統(tǒng)的相容性和潤濕性建立顏料特性方面的潛能遮蓋力和著色力改善耐久性抗粉化和保光性表面處理與二氧化鈦顏料構(gòu)造未經(jīng)包膜的鈦白粉表面處理與二氧化鈦顏料構(gòu)造致密包膜的鈦白粉表面處理與二氧化鈦顏料構(gòu)造松散包膜的鈦白粉表面處理與二氧化鈦顏料構(gòu)造顆粒截面表面處理與二氧化鈦顏料構(gòu)造顏料基本上按下列方式構(gòu)成:白色無機氧化物:鋁硅鋯鈦TiO2

主體金紅石晶格加入Al2O3

或ZnO穩(wěn)定劑有機涂層:多元醇,硅氧烷,胺更多新穎的處理: 氧化錫氧化鋅氧化鈰磷酸鹽硝酸鹽鉬表面處理與二氧化鈦顏料構(gòu)造鈦白粉制造商通過不同的表面處理工藝生產(chǎn)出一系列不同的產(chǎn)品，這些表面處理技術(shù)所使用的條件非常復(fù)雜，是各制造商的技術(shù)核心和機密。不管怎樣,在表面處理中可調(diào)整的變數(shù)包括:表面處理的程度

-

溫度用作處理的化學(xué)物本質(zhì)

-

pH加入或沉淀的速度

-

加入的次序采用化學(xué)物共沉淀

-

特別的添加劑這些可調(diào)整的變數(shù)對處理與及最終產(chǎn)品的特性有極大的影響:為高PVC體系設(shè)計經(jīng)硅與鋁處理的顏料為耐久性用途而設(shè)計經(jīng)硅與鋁處理的顏料表面處理與二氧化鈦顏料構(gòu)造耐久性顏料的發(fā)展銳鈦型和金紅石型顏料吸收紫外光幫助延長涂料的壽命大部份在20世紀(jì)初所使用的樹脂只擁有限的耐久程度光化學(xué)降解是主要導(dǎo)致涂料系統(tǒng)失敗的原因耐久性二氧化鈦顏料的發(fā)展在耐久性樹脂中顏料對耐久性能有負(fù)面的影響踏入二十世紀(jì)中,已可得到抵抗紫外線降解能力的樹脂這強調(diào)了鈦顏料具光催化能力的本質(zhì)UV輻射和濕氣e-+h+-OH-O2OHHO2樹脂耐久性二氧化鈦顏料的發(fā)展

TiO2的光催化性質(zhì)：由于二氧化鈦在晶體生長過程中造成的晶格缺陷（肖特基缺陷Schottkydefect“氧缺陷”）。使其表面上存在許多光活化點，在紫外光（UV）的作用下，發(fā)生光催化反應(yīng)。

[h.v]abs

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