王玉雷，陳炳耀，胡倩，付曉東，姚榮茂

（1.廣東三和化工科技有限公司，廣東 中山 528429；2.佛山夫田涂料化工有限公司，廣東 佛山 528300）

水性涂料中二氧化鈦顏料顏色的測(cè)定

王玉雷1,*，陳炳耀1,2，胡倩2，付曉東1，姚榮茂2

（1.廣東三和化工科技有限公司，廣東 中山 528429；2.佛山夫田涂料化工有限公司，廣東 佛山 528300）

利用二氧化鈦顏料在水中的高分散性，借鑒色度法的測(cè)試原理，設(shè)計(jì)了二氧化鈦顏料在水性分散體系中干膜顏色的測(cè)定方法。研究了基料色度、漆料細(xì)度對(duì)二氧化鈦水性色漿顏色測(cè)試的影響，確定了試驗(yàn)漆料的組成。試驗(yàn)結(jié)果表明，該方法操作簡(jiǎn)便，數(shù)據(jù)重現(xiàn)性好，最小標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.009 6，最大標(biāo)準(zhǔn)偏差為 0.05。以試劑級(jí)二氧化鈦顏料為標(biāo)樣，各水性鈦白漿顏色的測(cè)試結(jié)果與標(biāo)樣的驗(yàn)證結(jié)果接近。該方法適用于水性涂料生產(chǎn)中二氧化鈦顏料顏色的測(cè)定。

水性涂料；二氧化鈦顏料；顏色測(cè)定；色度法；干膜

1 前言

二氧化鈦顏料是由晶體結(jié)構(gòu)為銳鈦型或金紅石型的二氧化鈦組成的顏料，是目前白色顏料中光學(xué)和顏料性能最好的品種，也是國(guó)際貿(mào)易量很大的重要無(wú)機(jī)化工產(chǎn)品[1-2]。二氧化鈦顏料的顏色在鈦白粉生產(chǎn)企業(yè)通常用油相白度或者干粉白度來(lái)表示，在實(shí)際使用中，企業(yè)更多地需要測(cè)量其在各種應(yīng)用體系中的標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)指標(biāo)[由國(guó)際照明委員會(huì)(簡(jiǎn)稱 CIE)制定]。GB/T 1706–2006《二氧化鈦顏料》的修改采用了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 591-1:2000《色漆用二氧化鈦顏料——第1部分：規(guī)范和試驗(yàn)方法》，其項(xiàng)目設(shè)置與技術(shù)指標(biāo)完全與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)一致，其中，7.5節(jié)“顏色測(cè)定”引用了 GB/T 5211.20–1999《在本色體系中白色、黑色和著色顏料顏色的比較 色度法》的方法測(cè)定二氧化鈦顏料在油相中的顏色。色度法使用精密儀器——光度計(jì)進(jìn)行測(cè)試，科學(xué)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析結(jié)果，使得其在油性涂料生產(chǎn)中對(duì)二氧化鈦顏料顏色的測(cè)定頗具權(quán)威性。但在水性涂料生產(chǎn)中，由于基料本質(zhì)的改變，對(duì)測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生了一定的影響。隨著水性涂料的日益發(fā)展，水性鈦白色漿得到推廣應(yīng)用，因此，測(cè)定二氧化鈦顏料在水性分散體系中成膜后的顏色顯得更加重要。本文借鑒色度法的測(cè)試原理，設(shè)計(jì)了一種二氧化鈦顏料在水性分散體系中干膜顏色的測(cè)定方法，以適用于水性涂料生產(chǎn)中二氧化鈦顏料顏色的測(cè)定。

2 實(shí)驗(yàn)

2. 1 主要試劑和材料

二氧化鈦顏料，一種為試劑級(jí)，純度＞99%，其他為市售進(jìn)口R706鈦白粉和A-100鈦白粉、國(guó)產(chǎn)R966鈦白粉和A-101鈦白粉；市售羥乙基纖維素，美國(guó)陶氏公司；進(jìn)口無(wú)色透明有機(jī)硅界面活性劑，德國(guó)畢克：無(wú)色透明烷基磷酸鹽(消泡劑)，深圳海川實(shí)業(yè)股份有限公司；去離子水，自制；市售聚酯薄膜。

2. 2 儀器

JB90-D型強(qiáng)力電動(dòng)攪拌機(jī)，順德華能化工有限公司；Datacolor臺(tái)式分光光度儀，美國(guó)Datacolor公司；平磨儀、100 μm刮板細(xì)度計(jì)和工字涂布器，上海現(xiàn)代環(huán)境工程技術(shù)有限公司；砂磨機(jī)，上尹機(jī)械制造廠；涂料用對(duì)比率測(cè)定儀，廣州市盛華化工科技有限公司。

2. 3 實(shí)驗(yàn)方法

在強(qiáng)力電動(dòng)攪拌機(jī)的作用下，將纖維素、消泡劑、分散劑分散在去離子水中，制得均勻黏稠的基料。然后將二氧化鈦顏料高速分散在基料中，制得試驗(yàn)漆料。當(dāng)試驗(yàn)漆料分散到一定細(xì)度后，使用150 μm工字涂布器按GB/T 1727–1992《漆膜一般制備法》中的漆膜刮涂法，在聚酯薄膜上制備試驗(yàn)樣板。待樣板干燥后，按照GB/T 11186.2–1989《涂膜顏色的測(cè)量方法 第二部分 顏色測(cè)量》，使用 Datacolor臺(tái)式分光光度儀測(cè)量樣板的L、a、b值(在CIE標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)指標(biāo)中，L表示亮度，a、b表示色度坐標(biāo))，并由這些值按 GB/T 11186.3–1989《涂膜顏色的測(cè)量方法 第三部分 色差計(jì)算》計(jì)算出二氧化鈦顏料的相對(duì)色調(diào)。

2. 4 試驗(yàn)漆料配比設(shè)計(jì)

二氧化鈦顏料在水中具有高分散性[3]。二氧化鈦顏料的分散性能與基料本身有很大關(guān)系，主要表現(xiàn)在基料中分散劑的選擇及用量、基料pH等方面[4-7]。在日常一些顏料分散或者色漿制備中，最安全也最實(shí)用的方法是選擇與實(shí)際漆料一樣的基料。本試驗(yàn)漆料的選擇參考水性建筑涂料中“高PVC(顏料體積濃度)乳膠漆配方”中分散劑、消泡劑的選擇方法，搭配乳膠漆常用有機(jī)類(lèi)增稠劑纖維素[8-10]，經(jīng)多次試驗(yàn)，確定正交試驗(yàn)漆料各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，并通過(guò)變換每個(gè)因子的成分與比例進(jìn)行復(fù)配，最終確定漆料基本配比如下：

3 結(jié)果與討論

3. 1 測(cè)試數(shù)據(jù)精密度

試驗(yàn)漆料經(jīng)高速分散形成混合均勻的黏稠液體。使用150 μm工字涂布器在聚酯薄膜上制備試驗(yàn)樣板，濕膜厚度為150 μm，干膜厚度介于50 ～ 60 μm之間。按照GB/T 23981–2009《白色和淺色漆對(duì)比率的測(cè)定》測(cè)定得對(duì)比率等于1。由于二氧化鈦顏料對(duì)黑色底材完全遮蓋，故測(cè)定時(shí)受底材顏色的影響可完全不計(jì)。選用試劑級(jí)二氧化鈦顏料和 R-706鈦白粉按照上述方法分別制備6塊試驗(yàn)樣板，每一塊樣板隨機(jī)選擇一個(gè)點(diǎn)，使用Datacolor臺(tái)式分光光度儀測(cè)定其L、a、b值，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表 1。根據(jù)表 1，由標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算公式得出試劑級(jí)二氧化化鈦顏料L值標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.055 2，a值標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.009 6，b值標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.049 7。R-706鈦白粉L值標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.046 3，a值標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.023 4，b值標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.040 6。6組數(shù)據(jù)中最小標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.009 6，最大標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.055 2。該實(shí)驗(yàn)方法所得數(shù)據(jù)重現(xiàn)性較好，精密度較高。

表1 L、a、b值測(cè)試結(jié)果Table 1 Test results of L, a and b values

3. 2 測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確度

按照已公告的中國(guó)專利“銳鈦型鈦白漿及其制備方法”(公開(kāi)號(hào)為101280128)中的測(cè)試步驟，以目前市場(chǎng)上流通的進(jìn)口R706鈦白粉、進(jìn)口A-100鈦白粉、國(guó)產(chǎn)R966鈦白粉、國(guó)產(chǎn)A-101鈦白粉及試劑級(jí)二氧化鈦顏料分別制備水性鈦白漿，并經(jīng)砂磨處理使細(xì)度控制在10 μm。將此5種水性鈦白漿用150 μm工字涂布器在聚酯薄膜上制備試驗(yàn)樣板，待試驗(yàn)樣板干燥后，按GB/T 11186.2–1989使用Datacolor臺(tái)式分光光度儀對(duì)樣板進(jìn)行測(cè)量。所有試驗(yàn)以試劑級(jí)二氧化鈦顏料為標(biāo)樣，按色度法、本文試驗(yàn)方法測(cè)量數(shù)據(jù)，結(jié)果見(jiàn)表2。表 2表明，對(duì)于各種水性鈦白漿，本文所述試驗(yàn)方法的測(cè)試結(jié)果與標(biāo)樣驗(yàn)證結(jié)果接近。目視測(cè)色效果顯著。

3. 3 基料色度的影響

在一種色中加入另一種色，將構(gòu)成與原色不同的顏色。色料的混合意味著對(duì)光吸收量的增加，這樣就削弱了反射光的能力，使其明度和純度大大降低[11]。在所制得的試驗(yàn)漆料中，除二氧化鈦顏料外，其余各組分帶入的顏色粒子都會(huì)對(duì)光產(chǎn)生反射和透射，從而影響光度計(jì)或者色度計(jì)對(duì)二氧化鈦顏料顏色的測(cè)量。為了減少這種影響因素，色度法(GB/T 5211.20–1999)中規(guī)定，對(duì)制備的試驗(yàn)樣板濕膜進(jìn)行覆膜等相關(guān)的技術(shù)處理后，應(yīng)快速測(cè)量，因?yàn)樵囼?yàn)樣板干燥之后會(huì)因?yàn)榇妓針?shù)脂色度值較大，帶入顏色粒子，造成試驗(yàn)樣板出現(xiàn)色相變化。因此，所選用的消泡劑、增稠劑和分散劑的外觀應(yīng)為無(wú)色透明狀，或者漆料中的基料其色度越小越好。本試驗(yàn)對(duì)所選用的消泡劑、增稠劑和分散劑在去離子水中分散均勻后組成的基料，采用GB/T 1722–1992《清漆、清油及稀釋劑顏色測(cè)定法》測(cè)定其色度，所得色度值均小于1。

表2 不同水性鈦白漿顏色測(cè)試結(jié)果Table 2 Test results of color of different water-based titanium dioxide slurries

3. 4 試驗(yàn)漆料細(xì)度的影響

目前，市售二氧化鈦顏料種類(lèi)繁多，在水中的分散性參差不齊，以不同廠家生產(chǎn)的鈦白粉制備的漆料在相同的分散時(shí)間內(nèi)所達(dá)到的分散細(xì)度各不相同。因此，制備的試驗(yàn)樣板中顏料粒子大小各不相同。理論上顏料的最佳粒徑應(yīng)為人射光波長(zhǎng)的一半，一般的可見(jiàn)光波長(zhǎng)為0.4 ～ 0.7 μm，故采用米頓公式計(jì)算出二氧化鈦的最佳粒徑應(yīng)為0.20 ～ 0.35 μm[12]。但是在實(shí)際應(yīng)用中，顏料的粒子總是以聚集態(tài)出現(xiàn)。粒子過(guò)粗，光的散射率下降；粒子過(guò)細(xì)，則發(fā)生光的衍射，導(dǎo)致不透明度下降，容易產(chǎn)生色相、色調(diào)不一致的現(xiàn)象。色度法已經(jīng)明確規(guī)定，采用包括鏡面反射的d/8或者8/d的幾何條件來(lái)測(cè)定顏色(在此條件下，不會(huì)觀察到試驗(yàn)樣板上任何鏡面反射和紋理)，同時(shí)在完全遮蓋的不吸光的白色漆膜對(duì)光全反射，故改變顏料粒子的大小對(duì)顏色沒(méi)有影響。以試劑級(jí)二氧化鈦顏料所制備的試驗(yàn)樣板為例，其Kubelka-Munk函數(shù)值的對(duì)數(shù)與光波波長(zhǎng)的關(guān)系如圖1所示(K為吸收系數(shù)，S為散射系數(shù))。它表明，在420 nm波段后，在藍(lán)光至紅光的可見(jiàn)光光譜波長(zhǎng)范圍內(nèi)，K值與S值基本相等。因此，二氧化鈦漿料的細(xì)度不影響試驗(yàn)樣板的測(cè)定結(jié)果。但為使對(duì)比試驗(yàn)更具有可比性，減少無(wú)關(guān)變量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾，本試驗(yàn)要求二氧化鈦顏料標(biāo)樣及試樣的分散細(xì)度與實(shí)際生產(chǎn)中制備的水性鈦白漿的細(xì)度保持一致。

圖1 二氧化鈦試板的lg(K/S)隨光波長(zhǎng)的變化Figure 1 Variation of lg(K/S) with light wavelength for titanium dioxide test plate

4 結(jié)論

(1) 通過(guò)試驗(yàn)研究了二氧化鈦顏料在水性分散體中干膜顏色的測(cè)定方法，確定了試驗(yàn)漆料中各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：二氧化鈦20% ～ 40%，增稠劑1% ～ 3%，分散劑1%，消泡劑1%，去離子水55% ～ 77%。

(2) 該試驗(yàn)方法操作簡(jiǎn)便，測(cè)定結(jié)果數(shù)據(jù)重現(xiàn)性好，精度高，試驗(yàn)樣板容易保存，適用于水性涂料生產(chǎn)中二氧化鈦顏料顏色的測(cè)定，并已得到驗(yàn)證。

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Determination of the color of titanium dioxide pigment in water-based coatings //

WANG Yu-lei*, CHEN Bing-yao, HU Qian, FU Xiao-dong, YAO Rong-mao

A method for determination of dried film color of titanium dioxide pigment in water-based dispersion system was designed by making use of the high dispersion of titanium dioxide pigment in water based on the measuring principle of colorimetric method. The influence of base material chroma and paint fineness on color determination of water-based titanium dioxide slurry was studied. The composition of test paint was determined. The test results demonstrated that the method is easy to operate with good repeatability. The minimal and maximum standard deviations are 0.009 6 and 0.05, respectively. When reagent grade titanium dioxide pigment is used as standard sample, the color determination results of various water-based titania slurries are close to the that of the standard sample. This method can be applied to determination of the color of titanium dioxide pigment during production of water-based coatings.

water-based coating; titanium dioxide pigment; color determination; colorimetric method; dried film

Guangdong Sanvo Industry Technology Co., Ltd., Zhongshan 528429, China

TQ621.12

A

1004 – 227X (2011) 04 – 0074 – 03

2010–10–14

2010–11–23

王玉雷（1984–），男，湖北宜昌人，大專，助理工程師，主要從事油性涂料，氣霧漆及汽車(chē)護(hù)理產(chǎn)品的研究。

作者聯(lián)系方式：(E-mail) waihaoer@163.com。

[ 編輯：韋鳳仙 ]