钛白粉性能对涂膜光泽度的影响

傅正彦，梁 艳

（山东道恩钛业有限公司，山东龙口 265700）

涂料是指一种保护、装饰物体表面的材料，这种材料通过采用特定的涂装工艺涂覆在工件表面上，经物理或者化学干燥固化后，形成固态薄膜，这类固态薄膜又称漆膜或者涂膜。而钛白粉属于涂料中的颜填料类别，因其良好的光学性能，在白色漆中的占比高达10%～30%，是涂料中应用最为广泛的白色颜料。

涂膜的光泽度指涂料固化干燥成膜后对投射光线的反射能力，涂膜表面对光线反射的能力越强，说明其光泽越高。涂膜的光泽度是涂料的一项重要性能指标，它对被涂物件的外观质量有很大的影响，涂膜光泽度的评价一般使用光泽仪测量，在入射光的一个角度或多个角度测量镜面发射率即表观为光泽度。涂膜的光泽度受涂料配方中多种组成的影响，比如其成膜物质本身的光学属性、颜填料的种类、分散润湿剂的类型、涂料助剂的相容性、涂料配方的颜基比、涂装底材、及涂装表面的平整度等。而在实际应用中，颜料中的钛白粉本身是没有光泽的，其应用于涂料干燥后的涂膜才有光泽，但在涂料配方或油墨配方设计中，颜料本身的性能对涂膜的光泽有较大的影响。钛白粉作为涂料中应用最广泛的无机白色颜料，其本身的各种性能对涂膜的光泽影响不一。本文考察了钛白粉的粒径、钛白粉表面处理的方式、分散性能、钛白粉的吸油量以及在涂料配方中的添加量（颜料体积浓度）对漆膜光泽的影响，以为钛白粉的生产开发及涂料配方设计提供理论参考。

1 实验部分

1.1 实验原料

改性醇酸树脂：工业级，长兴化学工业有限公司；涂料助剂及溶剂均为市售工业品；涂料基础清漆配方以改性醇酸树脂∶溶剂∶混合助剂=55∶18∶2混合均匀配制而成。实验用钛白粉为公司自产。

1.2 实验仪器

全自动震荡混匀机（MIX-3459）：南京方华仪器设备有限公司；全自动涂膜机（Y02-VS）：南京云凤仪器有限公司；光泽度计（AG-4448）：德国比克化学有限公司；高速分散机（SAE-4056）：上海五华仪器有限公司；激光粒度仪（Mastersizer 3000E）：上海思百吉仪器系统有限公司；刮板细度计：上海天辰现代环境有限公司；湿膜制备器：上海天辰现代环境有限公司。

1.3 实验方法

称取醇酸树脂涂料基础清漆液和钛白粉样品（质量比为70∶30），于高速分散机2 500r/min 分散10min，然后加入等量的研磨玻璃珠，放入全自动震荡混匀机中震荡分散15min。将震荡混匀后的涂料置于自动涂膜机上，用100μm 湿膜制备器以固定的压力，1.50cm/s 的速度在干净的玻璃板上进行刮涂，制备平整的漆膜。将制备好的漆膜置于恒温恒湿房（温度25℃±1℃，相对湿度 50%±5%）干燥 24h，然后用光泽计对漆膜测定20°的光泽度。（测定标准参照标准《GB/T 97542007 色漆和清漆不含金属颜料的色漆漆膜的 20°、60° 和 85°镜面光泽的测定》）。

2 结果与分析

2.1 钛白粉颗粒粒径分布对涂膜光泽的影响

分别考察钛白粉颗粒不同粒径尺寸分布对涂膜光泽度的影响，采用激光粒度仪选取不同粒径的钛白粉，考察粒径在0.2～2μm 分布对涂膜状态的影响。根据上述实验方法测试不同粒径的涂料干燥后的涂膜光泽并观察其外观，每个实验平行测定3次，取3次平均值。钛白粉粒径分布对涂膜光泽及外观状态影响的数据如表1所示，实验结果表明，当钛白粉颗粒粒径0.5μm以上分布含量较多时，涂膜的光泽明显较低；同时对比实验2和实验3，发现当钛白粉颗粒粒径＜0.2μm分布较多时，光泽也有明显降低，可能为粒径太细钛白粉颗粒容易在成膜过程中发生聚集，致使涂膜表面凹凸不平，从而使涂膜的光泽度下降。

表1 钛白粉粒径分布对涂膜光泽的影响

2.2 钛白粉表面包覆对涂膜光泽的影响

钛白粉的表面包覆处理是钛白粉生产工艺中后处理的核心工序，包覆处理后的钛白粉能明显提升其分散稳定性与及其他填料的综合应用性能，钛白粉不同的包覆处理以适应不同的应用场景。钛白粉的表面包覆处理可以分为无机包膜和有机包膜两大类，不同包覆处理的钛白粉对涂膜的光泽也有一定的影响。

钛白粉表面包覆方式对漆膜的光泽有明显的影响。硅铝包膜（SiO2/Al2O3）的钛白粉产品制备的涂料相对于锆铝包膜（SiO2/Al2O3）的钛白粉产品，其漆膜光泽度稍低。铝包膜的钛白粉产品制备的涂料漆膜光泽最佳，适宜制备高光涂料。由于硅包膜的钛白粉粒子表面致密度稍低，存在部分疏松多孔状，导致涂料干燥后的漆膜不够平滑，平整度稍差，其光线的反射能力变差，从而降低了涂料的光泽。同时有机包覆的钛白粉采用三羟甲基乙烷（TME）处理的钛白粉光泽略高于三羟甲基丙烷（TMP）处理的钛白粉，硅烷类处理的钛白粉对漆膜的光泽度影响更为明显。

2.3 钛白粉吸油量对涂膜光泽的影响

粉料的吸油量指定量的粉料，逐步滴入油，把滴加的油脂与粉料刚好黏合成团，即粉料被完全润湿，一般以100g 粉料所吸收的油的最低克数表示。钛白粉的粒径越小，比表面积越大，团聚絮凝的颗粒多，颗粒间隙越大，钛白粉的吸油量越高。

在普通的溶剂型涂料中，钛白粉的吸油量是其选择的重要参考指标，高吸油量的钛白粉在涂料中需要更多的溶剂来润湿分散，钛白粉吸附树脂能力下降，导致钛白粉在涂料分散性和分散稳定性降低，涂料干燥成膜后其漆膜的表面形成不均匀的凹凸。同时，因为钛白粉吸油量高，涂料体系的黏度也相应增高，过多的溶剂和树脂油的消耗将会导致涂膜的流平性能下降，直接影响了漆膜表面的平整度，涂膜的光泽随之下降。

考察了同类型表面处理工艺条件下钛白粉，不同吸油量对涂料制成漆膜后光泽的影响，其实验结果如图1所示。图1结果表明，钛白粉吸油量在14～19g 时，吸油量越高，用其制备涂料的漆膜光泽反而越低，钛白粉的吸油量对涂膜表面的平整度有着直接的影响，进而影响涂膜的光泽。

图1 钛白粉吸油量对漆膜光泽度的影响

2.4 钛白粉的分散性对涂膜光泽的影响

涂膜表面的平整度直接影响着漆膜的光泽，涂膜表面越平滑，漆膜表面反射光线能力越强，光泽就越高，反之，涂膜的光泽越低。钛白粉颗粒在涂料中尺寸分布均匀，能均匀地分散于涂料中，无明显的粗颗粒，其制备的涂料涂膜光泽也会较高。

本文考察了钛白粉的分散性对涂膜光泽的影响，分散性的测定方法依照标准 《GB/T 21868.3—2008 颜料和体质颜料评定分散性用的分散方法》 进行，分散实验以先前制备醇酸树脂清漆，以高速搅拌机2 500r/min 高速分散10min，调整制备的涂料黏度接近以保证进行高速分散的剪切力接近。分散测试结果如图2所示。结果表明，钛白粉在涂料中的分散细度越低，漆膜的光泽也会越高，未分散均匀钛白粉颗粒越多，漆膜的表面平整度相对越差，其漆膜的光泽度则越低。

图2 钛白粉分散细度对漆膜光泽度的影响

2.5 颜料体积分数对漆膜光泽的影响

本文考察了不同颜料体积分数（PVC）对漆膜光泽度的影响，本实验的PVC 以钛白粉在涂料中的添加量所表示，不含其他颜料，一般涂料的颜料体积分数越高漆膜的光泽有略微下降的倾向。结果如图3所示，当PVC 在10%～15%时光泽较高，且比较稳定，其光泽受颜料体积分数的影响较小。当 PVC＞15%时，随着PVC 的增加，漆膜的光泽表现为急剧下降。颜料本身无光泽度，涂料的光泽主要来源于树脂基料，随着颜料体积分数的提高，其漆膜的表面粗糙度也会有所提高，同时因颜料含量过多，涂料成膜过程中溶剂挥发较快，溶剂的快速挥发会促进涂膜的下层和上层对流加剧，形成贝纳德漩涡，同时颜料不停向上迁移，容易造成漆膜光泽的大幅下降[4]。

图3 颜料体积浓度对涂膜光泽的影响

3 结论

探究了不同钛白粉性能对其制备的涂料漆膜光泽度影响，分别考察了钛白粉的粒径、表面处理方式、吸油量、颜料的分散性及颜料体积浓度（PVC）对漆膜光泽的影响，其影响因素的实验结果表明：

1）当钛白粉颗粒粒径0.5μm 以上分布含量较多时，涂膜的光泽明显较低，当钛白粉颗粒粒径＜0.2μm分布较多时，因粒径太细造成钛白粉团聚，其光泽也有明显降低；

2）钛白粉表面包覆方式对漆膜的光泽有明显影响，铝包膜的钛白粉产品制备的涂料漆膜光泽最佳，适宜制备高光涂料；

3）钛白粉吸油量高，涂膜的光泽则越低；

4）钛白粉在涂料中的分散细度越低，其漆膜的光泽也会越高，未分散均匀钛白粉颗粒越多，漆膜的表面平整度相对越差，其漆膜的光泽度则越低；

5）颜料体积分数越高，其漆膜的表面粗糙度越高，同时贝产生贝纳德漩涡效应，颜料不停向上迁移，会造成漆膜光泽的大幅下降。综上所述，钛白粉的性能对涂膜的光泽有明显的影响，其不同钛白粉性能影响因素实验对钛白粉的研发生产及涂料配方开发具有重要的参考意义。