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| 你用的“鈦白粉”為什么不夠白呢？ |
| 2019-08-14 |
| 鈦白粉是顏料用二氧化鈦的俗稱，鈦白粉優(yōu)良的白色性能使其在油墨、涂料、造紙等行業(yè)占據(jù)了市場的絕大份額，生活中的許多白色產(chǎn)品或類白色產(chǎn)品，大多有鈦白粉的參與，因此，被冠于“白色之王”的美譽(yù)。忽略鈦白粉作為添加劑的許多優(yōu)秀品質(zhì)不說，鈦白粉既為白色之王，那其“白”的特性也當(dāng)屬于其重要的標(biāo)志之一，也是本文主要闡述的內(nèi)容。 據(jù)經(jīng)驗(yàn)分析，當(dāng)鈦白粉的白度升高時(shí)，其遮蓋力、消色力指標(biāo)也會(huì)相應(yīng)升高，因此，要達(dá)到同等的效果使用的鈦白粉量就少，成本就會(huì)降低。鈦白粉在使用過程中，用戶會(huì)反映鈦白粉不夠白這點(diǎn)，其實(shí)鈦白粉不夠白指的是“鈦白粉的遮蓋能力與白度亮度”不夠。若想改變鈦白粉的白度則“深究”影響其白度的因素自是必不可少的。目前，對(duì)鈦白粉白度影響的研究工作主要從鈦白粉的雜質(zhì)種類及含量；二氧化鈦粒子的大小、形狀；二氧化鈦含量；二氧化鈦粒子晶格的缺陷；鈦白粉分散性等這幾方面入手。 一、雜質(zhì)種類及含量 在鈦白粉工藝中，尤其是硫酸法鈦白粉工藝，大部分的作業(yè)是為了除去產(chǎn)品中的雜質(zhì)。硫酸法工藝路線成熟對(duì)設(shè)備的配置要求很低，對(duì)原料的要求不高，鈦礦、鈦渣都可以，而且這種方法即可以生產(chǎn)金紅石型鈦白粉，又能生產(chǎn)銳鈦型鈦白粉，基建要求低，投產(chǎn)時(shí)間短。在在鈦白粉行業(yè)，尤其是我國的鈦白粉行業(yè)依然占有相當(dāng)重要的地位。 硫酸法酸解制得到鈦液屬于極其復(fù)雜的懸濁體系，里面既含有未分解的鈦鐵礦，也有未參加反應(yīng)的一些細(xì)小顆粒，也有硅、鋁等元素形成的膠體雜質(zhì)顆粒，另外就是還有大量的硫酸鹽類等可溶性雜質(zhì)。有些雜質(zhì)即使含量甚微，也對(duì)其白度產(chǎn)生明顯的不良影響。這些雜質(zhì)主要是一些氧化物，氧化物導(dǎo)致鈦白粉的白度降低可以分為兩種情況，一種是雜質(zhì)氧化物污染的顏色，另一種是晶格摻雜導(dǎo)致著色。 顯色金屬氧化物雜質(zhì)在極低的含量下就能影響白度，這些元素有鐵、錳、鉻、銅等，這些雜質(zhì)本身就帶有顏色，在白色的鈦白粉中極易顯色，常見的雜質(zhì)及顯色濃度見下表。 在實(shí)際生產(chǎn)中，雜質(zhì)污染鈦白粉的極限含量要比上面中更低，雜質(zhì)在更低的濃度下就能顯色。以鐵元素為例，當(dāng)紅色的Fe3+進(jìn)入Ti4+的位置后，因極化而變形，這就比正常的鐵吸收更多的紅色。 除了如上工藝帶來的雜質(zhì)，機(jī)械磨損產(chǎn)生的雜質(zhì)，例如在雷蒙、氣粉等設(shè)備中，由于劇烈摩擦致使機(jī)器表面的物質(zhì)脫落，雜質(zhì)也會(huì)帶入到鈦白粉中，從而增加鈦白粉對(duì)光的吸收，使其白度降低。 二、粒徑和粒度分布 粒徑和粒度分布也是影響鈦白粉白度的主要因素，它主要是通過鈦白粉顆粒對(duì)光的反射、散射等現(xiàn)象影響的。在一定粒度范圍內(nèi)，二氧化鈦粒子粒徑減小，表面積增大，對(duì)光的散射能力增大，白度就越高。從光學(xué)效果來看，當(dāng)光散射力最大時(shí)，顏料直徑與入射光的波長λ、顏料折射率n1、漆料的折射率n2 之間的關(guān)系可用公式：D=2λ[π(n1-n2)]來表示。 上式中，可見光的波長為400-700nm，金紅石型二氧化鈦的折射率為2.71，涂料中大部分漆料（樹脂）的折射率為1.45-1.60，因此金紅石型二氧化鈦的粒徑控制在0.2~0.3μm時(shí)最佳，在此粒徑范圍內(nèi)顏料對(duì)可見光具有最大的散射力，可獲得更高的遮蓋力、消色力和純正的白度。但粒徑小于0.1μm時(shí)，由于發(fā)生光的衍射，光線從顏料顆粒的周圍通過，不發(fā)生反射，反而使遮蓋力下降，甚至趨于透明，這類超細(xì)鈦白粉由于呈透明狀，可用來制造透明的防曬護(hù)膚霜，這種護(hù)膚霜膏體細(xì)膩，具有自然肌膚感覺，目前在日本護(hù)膚品產(chǎn)品中非常流行。 這款深受女士鐘愛的爆款日產(chǎn)“安耐曬防曬小金瓶”主要防曬成分是氧化鋅及二氧化鈦 三、鈦白粉的鈦含量 包膜劑的折光率相對(duì)二氧化鈦來說差距很大，對(duì)遮蓋力的提升有限，影響鈦白粉的白度，一般包膜劑量大的話遮蓋力也會(huì)差一點(diǎn)。 顏料級(jí)鈦白粉中二氧化鈦的含量一般在90%以上，具體在92~98%之間，其他物質(zhì)主要為包膜劑與少量雜質(zhì)。目前根據(jù)不同的應(yīng)用場合可選用不同的包膜劑種類，常用的包膜劑有鋁包膜、硅包膜、鋯包膜等，也有兩種或多種包膜劑共同使用，如鋯鋁包膜、硅鋁包膜等，這些包膜劑的加量各廠家不盡相同。 四、二氧化鈦粒子晶格的缺陷 二氧化鈦的Ti和O的比值是1:2，但由于制造條件的變化和其他一些因素，最終的二氧化鈦產(chǎn)品可能會(huì)出現(xiàn)O不足的現(xiàn)象，即氧缺陷，而且純粹的二氧化鈦也會(huì)由于紫外線照射或加熱等外部能量的作用發(fā)生氧原子脫離晶體的現(xiàn)象(TiO2→Ti2O3+1/2O2)。 Ti4+O22+晶體中的O原子留下2個(gè)電子離開系統(tǒng)，留下的兩個(gè)電子把兩個(gè)Ti4+還原成Ti3+。Ti4+是無色的，而Ti3+呈現(xiàn)青紫色。缺氧造成的晶體中Ti3+有強(qiáng)烈的極化作用，外殼電子非常傾斜，比沒有極化的Ti3+光吸收更大，因此使顏料帶較重的青灰相。 五、分散性 鈦白粉的分散性對(duì)遮蓋力會(huì)有很大影響，特別是添加量少的情況下，同樣的100g鈦白粉，分散到10um和20um肉眼無法看到明顯的顆粒，但是越細(xì)的粒徑則會(huì)有更多的顆粒來占據(jù)樹脂中的位置，對(duì)光線的折射效果會(huì)提高很多很多。如果鈦白粉的分散性較差，粉都團(tuán)聚粘接在一塊了，細(xì)粉變粗粉，自然是會(huì)降低鈦白粉的白度，遮蓋力了。 |