岑健偉

（吉林星華互吉納米科技有限公司，吉林 長春 130000）

0 前言

鈦融粉，英文名稱為Tairong Powder，其主要是采用化學(xué)方法將二氧化鈦（TiO）與無機(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TiO與無機(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)過美國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合成工藝來進(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、無毒無味以及綠色環(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?；诖?，該文以鈦融粉作為研究對象，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采用的試驗(yàn)原料見表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，可以通過調(diào)整表面狀態(tài)來調(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來延長漆膜的使用壽命；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定涂料性能選用的試驗(yàn)設(shè)備見表2。

表2 試驗(yàn)設(shè)備

1.3 試驗(yàn)過程

該文在試驗(yàn)過程中主要是將常規(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)行配制后對涂料進(jìn)行性能測試。

表3 試驗(yàn)配方

其中，所采用鈦融粉TR-201 的技術(shù)指標(biāo)見表4。

表4 鈦融粉TR-201 的技術(shù)指標(biāo)

涂料的配制過程包括漿料制備以及配漆兩個過程，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量的增稠劑，調(diào)節(jié)整個混合體系的黏度為90 KU，經(jīng)過過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)依次對漆樣的PVC、質(zhì)量固含、體積固含、黏度、比重、濕遮蓋、干遮蓋、對比率以及耐洗刷性能進(jìn)行測試。

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；在測試時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，對一塊長方體的膜來說，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儀器測量。測量厚度時，采用噴涂法制板，可以獲得均勻的涂膜，有利于測量，由于噴涂后因溶劑揮發(fā)而影響濕膜厚度檢測，因此濕膜測量要在施工后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量。

黏度：采用斯托默型黏度計進(jìn)行測量。

比重：采用溶劑對比重杯進(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測定試樣的遮蓋力，測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，形成一個楔形空間。測定時在底板上倒上少量樣品，來回移動頂板，一直到通過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，或者通過儀器所附的換算表換算出單位面積用漆量。

對比率：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的洗刷次數(shù)或洗刷至規(guī)定次數(shù)的涂層有無露底。漆膜耐洗刷儀刷子及夾具總重450 g，刷子往復(fù)運(yùn)動頻率為37次/分，每個沖程刷子運(yùn)動距離為300 mm，在中間100mm區(qū)間大致為勻速運(yùn)動，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，用自來水洗凈。以樣板剛露底時所經(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

通過對1#配方以及2#配方制備的涂料性能進(jìn)行分析，結(jié)果見表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，通過成本核算可知添加鈦融粉優(yōu)化后的配方與原有的對比配方相比每噸的成本有大幅度下降。

通過對1#配方以及2#配方制備的涂料的老化性能進(jìn)行長期的跟蹤分析，結(jié)果見表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#，隨著暴曬時間的延長保光率略有下降，但是下降幅度不明顯，經(jīng)過12 個月的暴曬后沒有出現(xiàn)粉化的情況，在暴曬12 個月以后一直到36 個月均只出現(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，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)墻使用時帶藍(lán)白相而且光感柔和，這會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，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，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，降低助劑在干膜過程中揮發(fā)有機(jī)物的含量，使涂料更加環(huán)保，在長時間的儲存狀態(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)可在施工時達(dá)到更優(yōu)效果，使用鈦融粉后加強(qiáng)了涂層對紫外線的抵御能力，延長涂料的使用壽命；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。

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。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，通過成本核算可知添加鈦融粉優(yōu)化后的配方與原有的對比配方相比每噸的成本大幅下降。