鈦白粉的分類
鈦白粉有哪些分類方法？
鈦白粉是工業(yè)生產(chǎn)中非常重要的白色顏料，它的分類有很多種，根據(jù)生產(chǎn)工藝可分為硫酸型鈦白粉和氯化法鈦白粉，按晶型分為銳鈦型鈦白粉和金紅石型鈦白粉，根據(jù)使用對象分為顏料型鈦白粉和特種鈦白粉等等，下面上海精顏化工就為您介紹一下鈦白粉的分類。
（1）硫酸法和氯化法鈦白粉
根據(jù)生產(chǎn)工藝的不同，可分為硫酸法鈦白粉和氯化法鈦白粉，氯化法鈦白粉因其雜質(zhì)含量低、粒徑分布窄、白度高、顏料性能好等優(yōu)點在涂料中很受歡迎。起初，硫酸法產(chǎn)品質(zhì)量不如氯化法，但為了與氯化法競爭，硫酸法改進工藝，加強過程控制，大大提高了質(zhì)量。兩種方法生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量相比，盡管在某些方面（如粒度分布、雜質(zhì)含量、色相等），氯化法生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量確實略高于硫酸法生產(chǎn)的產(chǎn)品，但由于氧化法裝置開工率高于硫酸法，世界鈦白粉市場氧化法產(chǎn)品相對密度已超過硫酸法。1996年，氯化法工藝生產(chǎn)能力約占世界總生產(chǎn)能力的55%，硫酸法占45%。美國市場已經(jīng)基本沒有硫酸金紅石型鈦白粉，美國剩余的硫酸工廠都生產(chǎn)銳鈦礦型鈦白粉。可以肯定地說，涂料中使用的金紅石型鈦白粉最近已經(jīng)占據(jù)了大部分，因為環(huán)保問題，未來還會持續(xù)增長。
（2）金紅石和銳鈦礦型鈦白粉
按晶型可分為金紅石型和銳鈦礦型二氧化鈦。硫酸法可生產(chǎn)金紅石型鈦白粉和銳鈦礦型鈦白粉，而金紅石型鈦白粉只能用氯化法生產(chǎn)。金紅石型二氧化鈦晶體結(jié)構(gòu)致密，銳鈦礦型晶體結(jié)構(gòu)疏松。金紅石型由于折射率高，其遮蓋力和消色差比銳鈦礦型高約20～30%，金紅石型的耐久性大于銳鈦礦型。從白度和色調(diào)來看，在可見光譜的紫外端，金紅石型比銳鈦礦型吸收更多的光，所以金紅石型往往具有黃色相，不如銳鈦礦型具有藍色相的白色。但隨著制造工藝的提高，金紅石型的一些品種在這方面與銳鈦礦型沒有區(qū)別，甚至沒有區(qū)別。雖然銳鈦礦的價格較便宜，但由于價格相差不大，要實現(xiàn)同樣的遮蓋力，銳鈦礦二氧化鈦需要使用2倍以上，導致成本增加，并且耐久性差，所以發(fā)達國家一般不使用銳鈦礦作為油漆顏料，甚至因其抗旋光度差而不作為內(nèi)漆使用。以前，銳鈦礦型二氧化鈦因容易粉化的特性被用來制作自潔外墻漆和路標漆，但現(xiàn)在基本不用了，只有一些對色漆有特殊要求的，例如只有使用少量銳鈦礦型二氧化鈦，才能表現(xiàn)出干凈的白色或淡藍色相。
（3）大粒徑、小粒徑鈦白粉
二氧化鈦晶體的粒徑都在1pm以下，屬于亞微米范圍。一般為了實現(xiàn)有效的光散射，產(chǎn)生最佳遮蓋力和消色差，二氧化鈦的粒徑應(yīng)等于或略小于散射光波長的一半。但由于人的肉眼對黃綠光敏感，因此，涂料用鈦白粉顏料的平均粒徑應(yīng)為0.2～0.3um。理論上，當二氧化鈦晶粒尺寸小于0.19um時，沒有遮蓋力。但事實上，由于二氧化鈦晶體不可避免的聚集，這一粒徑遠小于0.19um。近年來成功研制了粒徑為0.01～0.05μm的超細二氧化鈦，它是一種無遮蓋力、透明的二氧化鈦，在不同顏色的透明涂料和汽車面漆中得到廣泛應(yīng)用。
為了充分發(fā)揮不同類型涂料中覆蓋鈦白粉顏料的光學性能，現(xiàn)代鈦白粉工業(yè)生產(chǎn)了各種粒徑的鈦白粉。一般0.2～0.3um為小粒徑二氧化鈦，0.4～0.5um為大粒徑二氧化鈦。小粒徑金紅石型鈦白粉光澤度高，白度好，銳鈦礦型鈦白粉色調(diào)清新，底色藍色，消色差大，主要適用于顏料體積分數(shù)低的高光澤涂料，用于增加入射光在涂膜中的散射點數(shù)，以提高涂膜的覆蓋力，即所謂顆粒子數(shù)效應(yīng)。而小粒徑金石鈦白粉的抗粉化程度較差。中等粒徑金紅石型鈦白粉顏料性能平衡，抗粉化性能好，廣泛應(yīng)用于各種涂料中，有的稱為通用型鈦白粉。大顆粒二氧化鈦有兩種，一種是扁平乳膠漆用海綿狀鋁硅包覆二氧化鈦，吸油吸水性高，能起到提高遮蓋力的效果，多用于超過臨界顏料體積濃度的涂料配方中，以減少二氧化鈦用量，另一種是金屬罐用的鐵油墨和一些家電涂料用的鈦白粉。由于這類涂料的涂膜是一次性形成的，而且大部分都很薄，為了達到最大的遮蓋力，涂料的顏料體積分數(shù)必須很高，此時如果使用小粒徑的二氧化鈦，由于顆粒數(shù)量過大，必然會導致顏料顆粒的聚團，導致部分顆粒因不能接收入射光而不能起到散射點的作用，從而導致光散射效率下降，即出現(xiàn)所謂的顆粒聚團效應(yīng)，所以這個時候特別適合使用大粒徑的二氧化鈦，但這種大顆粒金紅石型二氧化鈦不同于乳膠漆中使用的具有遮蓋力的二氧化鈦。
（4）不同抗粉化程度的鈦白粉
根據(jù)抗粉化程度，鈦白粉可分為不粉化型、中等抗粉化型和高抗粉化型。雖然抗粉化性能和耐久性有一定的差異，但在實際應(yīng)用中經(jīng)常是混合使用的。未經(jīng)表面處理的銳鈦型和金紅石型鈦白粉具有旋光性，耐久性較差，屬于非粉化型，基本只能內(nèi)部使用。而有些對旋光度要求嚴格，即使內(nèi)部使用銳鈦礦型，也因其旋光度較差。中等耐粉性的鈦白粉在一些文獻中被稱為高耐粉性，如R902鈦白粉、TR-92等都屬于這一類型，大多適用于低PVC、中PVC搪瓷和噴漆，一些用于中高PVC搪瓷、醇酸和平乳膠建筑涂料的二氧化鈦也屬于這一類型，這種二氧化鈦是經(jīng)過表面處理的。高防粉型又稱超耐久型，耐久性極佳，特別適用于要求耐久性和光澤保護的汽車面漆、外卷漆和重涂周期長的街道高層建筑長外墻涂料，主要品種有杜邦R960鈦白粉。
（5）鋅穩(wěn)定和鋁穩(wěn)定鈦白粉
硫酸法鈦白粉生產(chǎn)過程中，在煅燒水合鈦白粉前，若加入氧化鋅可以使金紅石晶體性狀更加穩(wěn)定，稱為鋅穩(wěn)定鈦白粉；若加入氧化鋁以穩(wěn)定晶體，則稱為鋁穩(wěn)定二氧化鈦。氧化鋅是一種金紅石促進劑，能使金紅石晶化轉(zhuǎn)化率達到98%以上，并殘留在成品二氧化鈦中，一部分進入TiO2晶格，一部分存在于TiO2晶體表面，形成包覆層，可以改善鈦白粉的耐候性，因此金紅石二氧化鈦配鋅更適合油性漆，因為植物油基木體耐候性較差，所以氧化鋅可以穩(wěn)定油性基料。而現(xiàn)代涂料以合成樹脂為主要基料，不需要鋅來穩(wěn)定，也可制成不含鋅的二氧化鈦，抗粉化性能高。含鋅品種中的氧化鋅會與涂料中的酸性粘結(jié)劑發(fā)生反應(yīng)，會影響鈦白粉的白度、分散性和光澤，以及乳膠漆的貯存穩(wěn)定性。因此，有些公司不主張?zhí)砑愉\，例如氯化法鈦白粉就不含鋅，但一些公司仍主張?zhí)砑愉\。
鈦鐵礦用于硫酸生產(chǎn)二氧化鈦的鈦鐵礦，有時含有定量的五價鈮，在煅燒時進入二氧化鈦晶格。由于鈦有四個電子，鈮有五個電子，額外的電子可以增加二氧化鈦晶體的半導體性能，產(chǎn)生光吸收，使影響鈦白粉的白度，這對金紅石鈦白粉來說是一個嚴重的問題。為了克服鈮的不利影響，在煅燒水合二氧化鈦時要加入三價鋁，補償鈮的第五電子，使鈦白粉電中性，稱為鋁穩(wěn)定二氧化鈦。此時在鈦白粉中形成并進入晶格稱為酸不溶鋁，目前鋁穩(wěn)定的二氧化鈦比鋅穩(wěn)定的要多得多。
(6)無機包膜和有機包膜的鈦白粉
現(xiàn)代鈦白顏料，尤其是金紅石型，絕大多數(shù)都要進行表面處理，以提高分散性、遮蓋力、消色力、耐久性等性能。若按包膜物質(zhì)分，可分為無機表面包膜和有機表面包膜處理的鈦白。
無機包膜主要是鋁、硅、鈦、鋯等金屬的氧化物或水合氧化物，可單用一種處理劑處理，更多的是用幾種處理劑進行聯(lián)合處理，以產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)。對于大多數(shù)小粒徑鈦白，為了使其具有很高的光澤，往往僅用鋁處理，而高抗粉化型的鈦白則多用硅、鋁、鈦、鋯等聯(lián)合處理。與鈦白顏料性能具有同等重要性的，是它在成膜物質(zhì)中的分散性。為了改善分散性，國外在20世紀60年代末70年代初發(fā)展了有機表面處理。有機處理劑有多元醇、三乙醇胺、二異丙醇胺、酯化苯乙烯順丁烯二酸酐共聚物、聚甲基硅氧烷等。國外公司廣泛采用有機包膜處理工藝。
(7)輕包膜和重包膜的鈦白粉
在乳膠漆與專用鈦白出現(xiàn)之前，鈦白顏料中的TiO2含量大都在95 ~ 96%，無機包膜量大致為3 ~ 4%，這種包膜量很少的鈦白稱為輕包膜鈦白。現(xiàn)在，TiO2 最低含量在89%，無機處理劑量在10%以下的鈦白，也稱為輕包膜的鈦白。平光乳膠漆中鈦白顏料含量低，為了使涂膜具有適當?shù)恼谏w力，一定要借助于干遮蓋力的幫助，于是設(shè)計出了鋁硅處理量很高的乳膠漆用鈦白。這種鈦白為了產(chǎn)生干遮蓋力，要增大表面處理劑量，并使粒子表面粗糙多孔。這種顏料的鈦白粉含量低達80 ~ -85%，無機包膜量在15%以上的鈦白稱為重包膜鈦白。水性乳膠漆用鈦白在世界用量極大，所以世界各鈦白公司都大量生產(chǎn)這種重包膜的鈦白，以滿足建筑涂料的需要。
(8)專用型和通用型鈦白粉
專門為某些特定用途而設(shè)計的鈦白稱為專用型鈦白，其特點是與特定應(yīng)用有關(guān)的某些性能被設(shè)計得很高，因此，在應(yīng)用性能和成本上具有優(yōu)勢，因為它可以最大限度地挖掘出鈦白這方面的性能潛力。現(xiàn)代專用型鈦白很多，建筑乳膠漆用的大粒徑、重包膜的鈦白，便是一種專用型鈦白。相反，應(yīng)用范圍較廣、性能被設(shè)計成比較平衡的鈦白，稱為通用型鈦白。其特點是各種性能都被照顧到。因此，在一定條件下可代替專用型。其優(yōu)點是具有通用，可降低用戶的鈦白庫存，其缺點是不能最大限度地滿足用戶所要求的性能，用戶還會浪費掉一些自己不用的性能，因此在性能上和或成本上可能會有某種程度的不足。多年以來，我國涂料工業(yè)所用的金紅石型鈦白粉幾乎全部為通用型，只是近年來才開始少量應(yīng)用專用型鈦白。這是因為我國涂料生產(chǎn)廠家眾多，每家涂料生產(chǎn)量都很少，但品種又很齊全，因此，只有通用型鈦白才能應(yīng)付這樣的局面。
(9)親油性、親水性和兩親性鈦白粉
按鈦白顏料在應(yīng)用系統(tǒng)中對基料的親合性，可分為親油性、親水性和兩親性鈦白。未經(jīng)表面處理的鈦白，由于表面上含有大量親水基團如表面羥基等，故其本質(zhì)上是親水疏油的，但為使其有足夠的親水性，以適應(yīng)在水性系統(tǒng)中的應(yīng)用，還必須進行親水處理(表面處理)，并且在應(yīng)用系統(tǒng)中還要加入適量陰離子型分散劑，故現(xiàn)代可適用于水性系統(tǒng)的鈦白品種，都有分散劑需要這一技術(shù)指標。親油性鈦白一般都末經(jīng)過表面處理。晶體狀水合氧化鐵包膜能改進鈦白的親油性，因為它有助于聚合物基料的吸附，并在應(yīng)用系統(tǒng)中產(chǎn)生空間位阻效應(yīng)。大多數(shù)有機表面處理能提高鈦白的親油性?，F(xiàn)代鈦白顏料都是兩親性的，它們既適用于油性(溶劑型)系統(tǒng)，又適用于水性系統(tǒng)。
(10) 水漿、油漿和干粉鈦白粉
按鈦白商品存在狀態(tài)，可分為水漿鈦白、油漿鈦白和干粉鈦白粉，目前供貨量最大的仍然是干粉鈦白。20世紀70年代早期為了減輕用戶的研磨分散等操作，市場上投放了水漿鈦白產(chǎn)品，它分散穩(wěn)定，可以泵送，適用于同一牌號用量比較大的水性漿用戶，特別是造紙和水性建筑涂料生產(chǎn)廠家。利川水漿鈦白除節(jié)省分散時間和動力消耗外，還可以減少鈦白損失、消除粉塵飛揚和不用處理包裝袋，用戶也容易實現(xiàn)生產(chǎn)自動化。水漿中的鈦白可以是銳鈦型的，也可以是金紅石型的。漿中含有大約60 ~ 80%的鈦白顏料，這取決于鈦白顏料品種。水漿中還含有分散劑、pH調(diào)節(jié)劑、防腐劑、殺菌劑等。水漿鈦白在北美大量應(yīng)用，北美各大鈦白生產(chǎn)商都無一例外地進行大批量的生產(chǎn)。油漿鈦白也是一一種預分散產(chǎn)品，用于配制小批量涂料產(chǎn)品。油漿鈦白大部分都是非鈦白生產(chǎn)商生產(chǎn)的，因此與水漿鈦白完全不同。
(11) 復合型鈦白粉
為了節(jié)省鈦白用量，當鈦白市場緊俏時，總會有一些復合鈦白上市，硫酸法最初生產(chǎn)的鈦白就是硫酸鈣二氧化鈦復合顏料，一度很流行，一直使用了幾十年。日前，它已從絕大多數(shù)的市場中消失。這種所謂鈦~鈣復合顏料在溶劑型涂料中的性能還較可以，但不適用于水性體系，因為硫酸鈣晶體在水中會長大，并且痕量的鈣離子和硫酸根離子會使乳膠漆料產(chǎn)生絮凝現(xiàn)象。
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