金紅石型鈦白粉分散性在鈦白生產(chǎn)過程中的控制

  近幾年來，隨著人民生活水平的不斷提高，國(guó)內(nèi)的建筑產(chǎn)業(yè)得到了迅猛發(fā)展，由此也帶動(dòng)了建筑涂料行業(yè)的高速發(fā)展。為滿足用戶對(duì)環(huán)保、審美、個(gè)性化等方面的需求，建筑涂料廠家在產(chǎn)品的品種、質(zhì)量、環(huán)保等方面做了大量的改進(jìn)工作，取得了可喜的成績(jī)。
  鈦白粉是建筑涂料的一個(gè)極為重要的原料，其性能的優(yōu)劣對(duì)建筑涂料的各項(xiàng)應(yīng)用性能有著至關(guān)重要的影響。對(duì)于建筑涂料廠家來說，因?yàn)椴煌拟伆追凵a(chǎn)廠家以及他們所生產(chǎn)出的不同牌號(hào)的產(chǎn)品其性能是有差別的，所以選擇不同廠家不同型號(hào)的鈦白粉應(yīng)當(dāng)慎之又慎。
  眾所周知，鈦白粉的用途非常廣泛，它的應(yīng)用范圍涵蓋了涂料、塑料、造紙、油墨、化妝品、橡膠等領(lǐng)域，由于各領(lǐng)域的應(yīng)用條件以及用戶使用鈦白粉的目的各有差異，因此不同的鈦白粉生產(chǎn)廠家根據(jù)自身的特點(diǎn)和市場(chǎng)定位確定了不同的生產(chǎn)工藝以滿足不同客戶群的需求，這樣也導(dǎo)致了不同廠家或不同牌號(hào)的鈦白粉在應(yīng)用性能上的差異。撇開這個(gè)差異不說，即使各鈦白粉生產(chǎn)廠家均聲稱其某牌號(hào)產(chǎn)品完全適用于某種類型的涂料生產(chǎn)，但是由于各鈦白粉生產(chǎn)廠家的工藝技術(shù)、生產(chǎn)裝備、管理水平等方面的原因，仍然會(huì)產(chǎn)生適用范圍和涂料質(zhì)量上的差異。而這些差異首先集中表現(xiàn)在鈦白粉在該應(yīng)用體系的分散性方面，這個(gè)問題對(duì)于每一個(gè)鈦白粉生產(chǎn)廠家以及涂料生產(chǎn)廠家而言都是首先需要解決的極為重要的一個(gè)問題。因此就鈦白粉的生產(chǎn)與應(yīng)用過程而言，分散性的好壞常常是評(píng)價(jià)該牌號(hào)產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)劣的極為重要的指標(biāo)，對(duì)金紅石型鈦白粉更是如此。
  下面我們將從上海江滬鈦白化工制品有限公司R-930金紅石型鈦白粉在外墻乳膠漆體系中應(yīng)用的工藝設(shè)計(jì)原理入手，來探討金紅石型鈦白粉分散性在鈦白生產(chǎn)過程中的控制。
  一、鈦白粉在水相中分散的基本原理
  我們可以把鈦白粉的研磨分散過程大致分為相互影響、相互制約的三個(gè)步驟：(1)潤(rùn)濕；(2)分離；(3)穩(wěn)定化。
  在實(shí)際研磨分散過程中這三個(gè)步驟并不是循序漸進(jìn)的，而是一環(huán)扣一環(huán)，相輔相成又相互制約的，即這三者中若有一個(gè)不能達(dá)到目的就會(huì)使研磨效率下降甚至產(chǎn)品不能達(dá)到所需求的程度，或者返粗。
  顏料分散穩(wěn)定化機(jī)理大致有以下幾種類型：
  1、雙電層穩(wěn)定理論；2、空間穩(wěn)定理論；
  3、空缺穩(wěn)定理論；4、以上各種穩(wěn)定機(jī)理的相互復(fù)合。
  雙電層穩(wěn)定機(jī)理廣泛存在于各種應(yīng)用體系之中，是最為經(jīng)典的也是最為可靠的一種理論依據(jù)，對(duì)于純水相體系而言有著非常好的適用性。而空間穩(wěn)定理論以及空缺穩(wěn)定理論則牽涉到高聚物的作用因此也就相對(duì)比較復(fù)雜，但是在對(duì)金紅石型鈦白粉進(jìn)行有機(jī)處理時(shí)，如何選擇合適的有機(jī)處理劑、如何控制適宜的添加數(shù)量，則有著較好的指導(dǎo)意義。
  二、影響金紅石型鈦白粉在水性體系中分散的主要因素
  依據(jù)上述基本原理，結(jié)合鈦白粉的生產(chǎn)制備過程和工藝控制要素，經(jīng)過大量的分析、試驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)以下幾個(gè)指標(biāo)的控制將會(huì)對(duì)金紅石型鈦白粉在水性體系中的分散產(chǎn)生重要的影響：
  1、鹽含量（電阻率）
  根據(jù)雙電層的一般原理，表面帶負(fù)電荷的微粒其雙電層將會(huì)受到體系中陰離子或陰離子集團(tuán)的壓縮，從而導(dǎo)致微粒的Zeta電位下降并直接導(dǎo)致分散體系的穩(wěn)定性下降，尤其明顯的是高價(jià)陰離子或陰離子集團(tuán)對(duì)處于分散狀態(tài)的微粒的Zeta電位的影響更為突出。
  我們?cè)诮鸺t石型鈦白粉的表面處理過程中，通常難以避免的會(huì)引入大量的雜質(zhì)離子，其中常見的是SO42、Cl-等陰離子以及Na等陽(yáng)離子。雖然各廠家的生產(chǎn)工藝條件不一樣，但由表面處理帶入一定數(shù)量的雜質(zhì)種類均會(huì)對(duì)最后產(chǎn)品的水分散性帶來不良影響。因此，有必要將表面處理之后的產(chǎn)品進(jìn)行去除雜質(zhì)的處理，這項(xiàng)指標(biāo)往往以電阻率來表示，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB1706－93中BA01-03(金紅石型鈦白粉)的合格品及一等品均要求該項(xiàng)指標(biāo)≥50Ωamp;#8226;ｍ，優(yōu)等品要求該項(xiàng)指標(biāo)≥100Ωamp;#8226;ｍ。
  鹽含量過高不僅會(huì)對(duì)水性體系的分散產(chǎn)生不良影響，同時(shí)還會(huì)對(duì)油性體系的分散產(chǎn)生不良影響，只是因?yàn)殁伆追墼谟退畠上嘀蟹稚⒌闹鲗?dǎo)原理不一樣，對(duì)油相分散的影響通常會(huì)相對(duì)小一些。那么是否就可以說產(chǎn)品的電阻率越高分散性就越好呢？顯然，這是不可能的。電阻率的指標(biāo)宜控制在100Ωamp;#8226;ｍ之上一些就可以了，過高的電阻率沒有什么太多的實(shí)際意義且會(huì)增加生產(chǎn)成本，從而也就自然而然地會(huì)增加用戶的成本。因此，國(guó)內(nèi)的金紅石鈦白粉生產(chǎn)廠家均將此項(xiàng)指標(biāo)控制在100Ωamp;#8226;ｍ左右。
  2、體系的PH值
  鈦白粉在應(yīng)用體系中的PH值雖然不是由鈦白粉制造商所能決定的，但是仍然有必要對(duì)這一指標(biāo)的影響進(jìn)行充分的了解。因?yàn)樵阝伆追鄣闹苽溥^程中，PH值本身的變動(dòng)范圍也比較大，了解該項(xiàng)指標(biāo)對(duì)分散性的影響，有利于我們控制鈦白粉的PH值在更加有效的范圍內(nèi)，并盡可能地提高鈦白粉在水相體系中的分散性能。
  經(jīng)實(shí)踐我們發(fā)現(xiàn)，在接近理想狀態(tài)的水相體系中，體系的PH值也將成為影響金紅石型鈦白粉分散的重要因素，其產(chǎn)生影響的主要機(jī)理我們分析認(rèn)為可能還是可以歸結(jié)到雙電層的原因。有資料表明，不同型號(hào)的鈦白粉由于其表面性質(zhì)的差異，其所謂的等電點(diǎn)則有非常明顯的不同。舉例來說，通常單鋁包膜的產(chǎn)品其等電點(diǎn)在PH＝8左右，而單硅包膜的產(chǎn)品其等電點(diǎn)在PH＝2左右。當(dāng)然，這只是一個(gè)參考數(shù)據(jù)，各鈦白粉生產(chǎn)廠家因?yàn)榫唧w生產(chǎn)工藝上的細(xì)微差別往往會(huì)導(dǎo)致等電點(diǎn)有非常大的差別。
  一般來說，就水性分散體系而言，它們的體系PH值大多數(shù)都在7左右，這一點(diǎn)是值得鈦白粉工藝人員注意的地方。在建筑涂料方面，尤其是外墻用乳膠漆，其體系的PH值通常在8－9之間，這就給我們鈦白工藝人員提供了比較明確的方向。為了使產(chǎn)品的水相分散性得到提高，我們可以針對(duì)水相體系的實(shí)際PH值入手，調(diào)整產(chǎn)品的等電點(diǎn)，從而使產(chǎn)品的水相分散性得到改善。具體來說，外墻乳膠漆體系的PH值通常在8－9之間，我們可以將產(chǎn)品的等電點(diǎn)調(diào)整到PH值5－6左右，這樣可以得到比較好的效果。實(shí)踐表明這樣的調(diào)整是有效的。
  3、鈦白粉的表面性質(zhì)
  作為鈦白粉生產(chǎn)廠家而言，根據(jù)不同的產(chǎn)品定位和客戶需求來調(diào)整鈦白粉的表面性質(zhì)是一種非常有效和極為簡(jiǎn)便的方式。這種調(diào)整可以通過無機(jī)包膜的方式來實(shí)現(xiàn)，也可以通過有機(jī)處理的方式來實(shí)現(xiàn)，或者由兩者相結(jié)合。
  有機(jī)處理目前在鈦白粉制造業(yè)中被越來越多的廠家所采用，其主要原理在于微量的有機(jī)處理劑可以通過羥橋的作用被錨定在鈦白粉的表面上，然后向體系中伸展出各種親水性基團(tuán)或親油性基團(tuán)或兩者兼而有之，從而改善該產(chǎn)品在不同體系內(nèi)的分散性。
  在鈦白生產(chǎn)過程中，有機(jī)處理劑往往還能起到助磨的作用，并能夠改善產(chǎn)品的諸如白度、消色率、粒子的顆粒特性等其他性能，因此國(guó)內(nèi)眾多廠家越來越傾向于使用有機(jī)處理劑做為調(diào)整鈦白粉表面性質(zhì)的重要手段。
  但是，在水相體系中分散時(shí)引入有機(jī)處理劑，通常會(huì)帶來泡沫較多的一類問題，這樣就會(huì)給用戶帶來不必要的麻煩，甚至直接導(dǎo)致涂料的某些性能下降。因此，我們還可以考慮通過無機(jī)處理的方式改善鈦白粉的表面性質(zhì)以克服上述的缺點(diǎn)。正如前面所述，不同的無機(jī)處理工藝可以改變鈦白粉的表面性質(zhì)，因此我們針對(duì)外墻用乳膠漆體系嘗試了多種無機(jī)處理工藝條件，最終確定目前所采用的NR950生產(chǎn)工藝，并取得了一定成效。由于該型號(hào)產(chǎn)品克服了起泡的缺點(diǎn)，所以贏得了用戶的好評(píng)。
  在無機(jī)處理的基礎(chǔ)上，將有機(jī)處理再控制在適當(dāng)水平，我們的產(chǎn)品應(yīng)用性能會(huì)有更好的效果。
  4、產(chǎn)品的顆粒特性
  說到產(chǎn)品的分散性，無論是金紅石型鈦白粉、銳鈦型鈦白粉或者是高嶺土、輕鈣等產(chǎn)品，其顆粒特性都是影響產(chǎn)品分散性的一個(gè)重要方面。對(duì)于鈦白粉而言，顆粒的形狀越趨向于球形并且分布越集中，同時(shí)粒徑大小適中，則產(chǎn)品的分散性能就越好，尤其是顆粒的形狀和分布對(duì)分散性能的影響更為明顯。不良的形狀和散亂的分布通常會(huì)由于邊界效應(yīng)相互抵消了同電性相斥的作用從而直接導(dǎo)致產(chǎn)品的分散性下降，因此無論是水相或者是油相的分散性，均需要注意產(chǎn)品的顆粒特性所帶來的各種影響。
  綜上所述，我們可以清楚地看到，金紅石型鈦白粉應(yīng)用在建筑涂料等水相體系中時(shí)，我們應(yīng)當(dāng)在生產(chǎn)過程中控制好產(chǎn)品的顆粒特性、可溶性鹽（電阻率），并根據(jù)不同水相體系的PH值更加精確地控制鈦白粉的PH值，改變鈦白粉顆粒的表面性質(zhì)，從而改善其潤(rùn)濕性和分散穩(wěn)定性，另外再加上適宜的有機(jī)處理就可以得到滿足用戶需求的產(chǎn)品了。
  三、外墻用乳膠漆對(duì)金紅石型鈦白粉的分散性要求
  1、一般來說，經(jīng)高速分散制備成為鈦白粉色漿后使用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)粗略測(cè)定其粘度大約在幾十厘泊；
  2、采用刮板細(xì)度計(jì)方法測(cè)定此色漿應(yīng)當(dāng)在50amp;micro;m左右；
  3、放置24小時(shí)、48小時(shí)后分別檢驗(yàn)是否有返粗、增稠、結(jié)底現(xiàn)象；
  4、配制成成品漆后進(jìn)行貯存穩(wěn)定性的加速試驗(yàn)無異常。
  四、外墻乳膠漆用金紅石型鈦白粉的生產(chǎn)控制
  我們認(rèn)為，金紅石型鈦白粉要在外墻乳膠漆中得到很好的分散，應(yīng)在鈦白粉生產(chǎn)過程中控制好以下幾個(gè)問題。
  1、基礎(chǔ)顏料性能的控制
  通過水解、鹽處理以及轉(zhuǎn)窯等工序的質(zhì)量控制達(dá)到比較好的顏料性能指標(biāo)，與此相關(guān)的是需要控制好金紅石型鈦白粉的基礎(chǔ)粒子達(dá)到一定的要求。
  2、整理以及預(yù)分散
  經(jīng)過干磨和粉碎，大部分粒子的當(dāng)量粒徑達(dá)到了一定的要求，之后在預(yù)分散的基礎(chǔ)上進(jìn)行濕法研磨。
  濕法研磨不僅僅可以提高無機(jī)處理前預(yù)分散的效率，也可以進(jìn)行顆粒形狀的整形，從而使顆粒的形狀更易于趨向球形而且分布也趨向于集中。經(jīng)充分濕磨后的漿料再進(jìn)行篩分和分級(jí)，去除其中的大顆粒從而進(jìn)一步改善鈦白粉的分布。
  3、無機(jī)處理
  在良好的預(yù)分散這一重要前提下，無機(jī)處理工序是最為關(guān)鍵的一個(gè)崗位。采取適宜的無機(jī)處理可以得到不同類型的產(chǎn)品，這包括對(duì)分散性的影響，也包括對(duì)耐候性和抗粉化性能的影響。
  4、有機(jī)處理及微粉碎
  前面已經(jīng)談到有機(jī)處理劑的作用是非常大的，各鈦白粉生產(chǎn)廠家對(duì)此都有一些獨(dú)到的見解和認(rèn)識(shí)，并且已經(jīng)進(jìn)行了大量的實(shí)踐，也取得了一些好的效果。我們?cè)趯?shí)際生產(chǎn)過程也進(jìn)行了一定程度的處理。微粉碎是對(duì)金紅石型鈦白粉的粒徑及分布進(jìn)行最后控制的工序，該工序的工藝控制水平同樣對(duì)金紅石型鈦白粉的粒徑及分布產(chǎn)生非常大的影響，從而也就會(huì)對(duì)分散性能產(chǎn)生較大的影響。
  五、小結(jié)
  基于以上的分析，我們?cè)谠囼?yàn)的基礎(chǔ)上生產(chǎn)了NR950金紅石型鈦白粉，其在外墻乳膠漆中優(yōu)異的分散性得到了用戶的好評(píng)。
  分散性是鈦白粉以及其他顏料生產(chǎn)商首要關(guān)心的一項(xiàng)重要指標(biāo)，再優(yōu)秀的顏料如果沒有極好的分散性為前提，其功效也就將大打折扣。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，與鈦白粉相關(guān)的產(chǎn)業(yè)尤其是建筑涂料制造業(yè)發(fā)展極為迅速，這給我們國(guó)內(nèi)的鈦白粉制造業(yè)帶來了前所未有的機(jī)遇，但由于國(guó)外超大公司對(duì)鈦白粉技術(shù)的壟斷，也給我們帶來了極為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。在此，我們不揣冒昧與大家共同探討金紅石型鈦白粉在外墻乳膠漆中的分散性，或有謬誤請(qǐng)多為指教