水性分散體系中干膜顏色的測(cè)定

水性分散體系中干膜顏色的測(cè)定

1度學(xué)指標(biāo)的測(cè)定二氧化鈦二號(hào)烯是由晶體結(jié)構(gòu)為鋒利鈦或金紅石的二氧化鈦組成的產(chǎn)品。它是目前白色涂料中光學(xué)和香料性能最好的品種。這也是國(guó)際貿(mào)易量高的重要有機(jī)原材料。二氧化鈦顏料的顏色在鈦白粉生產(chǎn)企業(yè)通常用油相白度或者干粉白度來表示,在實(shí)際使用中,企業(yè)更多地需要測(cè)量其在各種應(yīng)用體系中的標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)指標(biāo)[由國(guó)際照明委員會(huì)(簡(jiǎn)稱CIE)制定]。GB/T1706–2006《二氧化鈦顏料》的修改采用了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO591-1:2000《色漆用二氧化鈦顏料──第1部分:規(guī)范和試驗(yàn)方法》,其項(xiàng)目設(shè)置與技術(shù)指標(biāo)完全與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)一致,其中,7.5節(jié)“顏色測(cè)定”引用了GB/T5211.20–1999《在本色體系中白色、黑色和著色顏料顏色的比較色度法》的方法測(cè)定二氧化鈦顏料在油相中的顏色。色度法使用精密儀器──光度計(jì)進(jìn)行測(cè)試,科學(xué)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析結(jié)果,使得其在油性涂料生產(chǎn)中對(duì)二氧化鈦顏料顏色的測(cè)定頗具權(quán)威性。但在水性涂料生產(chǎn)中,由于基料本質(zhì)的改變,對(duì)測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生了一定的影響。隨著水性涂料的日益發(fā)展,水性鈦白色漿得到推廣應(yīng)用,因此,測(cè)定二氧化鈦顏料在水性分散體系中成膜后的顏色顯得更加重要。本文借鑒色度法的測(cè)試原理,設(shè)計(jì)了一種二氧化鈦顏料在水性分散體系中干膜顏色的測(cè)定方法,以適用于水性涂料生產(chǎn)中二氧化鈦顏料顏色的測(cè)定。2實(shí)驗(yàn)2.1羥基化試劑鈦白粉二氧化鈦顏料,一種為試劑級(jí),純度>99%,其他為市售進(jìn)口R706鈦白粉和A-100鈦白粉、國(guó)產(chǎn)R966鈦白粉和A-101鈦白粉;市售羥乙基纖維素,美國(guó)陶氏公司;進(jìn)口無色透明有機(jī)硅界面活性劑,德國(guó)畢克:無色透明烷基磷酸鹽(消泡劑),深圳海川實(shí)業(yè)股份有限公司;去離子水,自制;市售聚酯薄膜。2.2lor市分光光度儀JB90-D型強(qiáng)力電動(dòng)攪拌機(jī),順德華能化工有限公司;Datacolor臺(tái)式分光光度儀,美國(guó)Datacolor公司;平磨儀、100μm刮板細(xì)度計(jì)和工字涂布器,上海現(xiàn)代環(huán)境工程技術(shù)有限公司;砂磨機(jī),上尹機(jī)械制造廠;涂料用對(duì)比率測(cè)定儀,廣州市盛華化工科技有限公司。2.3涂料沙合物的制備在強(qiáng)力電動(dòng)攪拌機(jī)的作用下,將纖維素、消泡劑、分散劑分散在去離子水中,制得均勻黏稠的基料。然后將二氧化鈦顏料高速分散在基料中,制得試驗(yàn)漆料。當(dāng)試驗(yàn)漆料分散到一定細(xì)度后,使用150μm工字涂布器按GB/T1727–1992《漆膜一般制備法》中的漆膜刮涂法,在聚酯薄膜上制備試驗(yàn)樣板。待樣板干燥后,按照GB/T11186.2–1989《涂膜顏色的測(cè)量方法第二部分顏色測(cè)量》,使用Datacolor臺(tái)式分光光度儀測(cè)量樣板的L、a、b值(在CIE標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)指標(biāo)中,L表示亮度,a、b表示色度坐標(biāo)),并由這些值按GB/T11186.3–1989《涂膜顏色的測(cè)量方法第三部分色差計(jì)算》計(jì)算出二氧化鈦顏料的相對(duì)色調(diào)。2.4顏料分散制備二氧化鈦顏料在水中具有高分散性。二氧化鈦顏料的分散性能與基料本身有很大關(guān)系,主要表現(xiàn)在基料中分散劑的選擇及用量、基料pH等方面。在日常一些顏料分散或者色漿制備中,最安全也最實(shí)用的方法是選擇與實(shí)際漆料一樣的基料。本試驗(yàn)漆料的選擇參考水性建筑涂料中“高PVC(顏料體積濃度)乳膠漆配方”中分散劑、消泡劑的選擇方法,搭配乳膠漆常用有機(jī)類增稠劑纖維素,經(jīng)多次試驗(yàn),確定正交試驗(yàn)漆料各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù),并通過變換每個(gè)因子的成分與比例進(jìn)行復(fù)配,最終確定漆料基本配比如下:二氧化鈦顏料20%~40%增稠劑1%~3%分散劑1%消泡劑1%去離子水55%~77%3結(jié)果與討論3.1法分析測(cè)定鈦白粉l、a、b值的標(biāo)準(zhǔn)偏差試驗(yàn)漆料經(jīng)高速分散形成混合均勻的黏稠液體。使用150μm工字涂布器在聚酯薄膜上制備試驗(yàn)樣板,濕膜厚度為150μm,干膜厚度介于50~60μm之間。按照GB/T23981–2009《白色和淺色漆對(duì)比率的測(cè)定》測(cè)定得對(duì)比率等于1。由于二氧化鈦顏料對(duì)黑色底材完全遮蓋,故測(cè)定時(shí)受底材顏色的影響可完全不計(jì)。選用試劑級(jí)二氧化鈦顏料和R-706鈦白粉按照上述方法分別制備6塊試驗(yàn)樣板,每一塊樣板隨機(jī)選擇一個(gè)點(diǎn),使用Datacolor臺(tái)式分光光度儀測(cè)定其L、a、b值,試驗(yàn)結(jié)果見表1。根據(jù)表1,由標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算公式得出試劑級(jí)二氧化化鈦顏料L值標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.0552,a值標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.0096,b值標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.0497。R-706鈦白粉L值標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.0463,a值標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.0234,b值標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.0406。6組數(shù)據(jù)中最小標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.0096,最大標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.0552。該實(shí)驗(yàn)方法所得數(shù)據(jù)重現(xiàn)性較好,精密度較高。3.2水性鈦白漿的試樣制備按照已公告的中國(guó)專利“銳鈦型鈦白漿及其制備方法”(公開號(hào)為101280128)中的測(cè)試步驟,以目前市場(chǎng)上流通的進(jìn)口R706鈦白粉、進(jìn)口A-100鈦白粉、國(guó)產(chǎn)R966鈦白粉、國(guó)產(chǎn)A-101鈦白粉及試劑級(jí)二氧化鈦顏料分別制備水性鈦白漿,并經(jīng)砂磨處理使細(xì)度控制在10μm。將此5種水性鈦白漿用150μm工字涂布器在聚酯薄膜上制備試驗(yàn)樣板,待試驗(yàn)樣板干燥后,按GB/T11186.2–1989使用Datacolor臺(tái)式分光光度儀對(duì)樣板進(jìn)行測(cè)量。所有試驗(yàn)以試劑級(jí)二氧化鈦顏料為標(biāo)樣,按色度法、本文試驗(yàn)方法測(cè)量數(shù)據(jù),結(jié)果見表2。表2表明,對(duì)于各種水性鈦白漿,本文所述試驗(yàn)方法的測(cè)試結(jié)果與標(biāo)樣驗(yàn)證結(jié)果接近。目視測(cè)色效果顯著。3.3顏色粒子的檢測(cè)在一種色中加入另一種色,將構(gòu)成與原色不同的顏色。色料的混合意味著對(duì)光吸收量的增加,這樣就削弱了反射光的能力,使其明度和純度大大降低。在所制得的試驗(yàn)漆料中,除二氧化鈦顏料外,其余各組分帶入的顏色粒子都會(huì)對(duì)光產(chǎn)生反射和透射,從而影響光度計(jì)或者色度計(jì)對(duì)二氧化鈦顏料顏色的測(cè)量。為了減少這種影響因素,色度法(GB/T5211.20–1999)中規(guī)定,對(duì)制備的試驗(yàn)樣板濕膜進(jìn)行覆膜等相關(guān)的技術(shù)處理后,應(yīng)快速測(cè)量,因?yàn)樵囼?yàn)樣板干燥之后會(huì)因?yàn)榇妓針渲戎递^大,帶入顏色粒子,造成試驗(yàn)樣板出現(xiàn)色相變化。因此,所選用的消泡劑、增稠劑和分散劑的外觀應(yīng)為無色透明狀,或者漆料中的基料其色度越小越好。本試驗(yàn)對(duì)所選用的消泡劑、增稠劑和分散劑在去離子水中分散均勻后組成的基料,采用GB/T1722–1992《清漆、清油及稀釋劑顏色測(cè)定法》測(cè)定其色度,所得色度值均小于1。3.4氧化鈦漿料的細(xì)度對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響目前,市售二氧化鈦顏料種類繁多,在水中的分散性參差不齊,以不同廠家生產(chǎn)的鈦白粉制備的漆料在相同的分散時(shí)間內(nèi)所達(dá)到的分散細(xì)度各不相同。因此,制備的試驗(yàn)樣板中顏料粒子大小各不相同。理論上顏料的最佳粒徑應(yīng)為人射光波長(zhǎng)的一半,一般的可見光波長(zhǎng)為0.4~0.7μm,故采用米頓公式計(jì)算出二氧化鈦的最佳粒徑應(yīng)為0.20~0.35μm。但是在實(shí)際應(yīng)用中,顏料的粒子總是以聚集態(tài)出現(xiàn)。粒子過粗,光的散射率下降;粒子過細(xì),則發(fā)生光的衍射,導(dǎo)致不透明度下降,容易產(chǎn)生色相、色調(diào)不一致的現(xiàn)象。色度法已經(jīng)明確規(guī)定,采用包括鏡面反射的d/8或者8/d的幾何條件來測(cè)定顏色(在此條件下,不會(huì)觀察到試驗(yàn)樣板上任何鏡面反射和紋理),同時(shí)在完全遮蓋的不吸光的白色漆膜對(duì)光全反射,故改變顏料粒子的大小對(duì)顏色沒有影響。以試劑級(jí)二氧化鈦顏料所制備的試驗(yàn)樣板為例,其Kubelka-Munk函數(shù)值的對(duì)數(shù)與光波波長(zhǎng)的關(guān)系如圖1所示(K為吸收系數(shù),S為散射系數(shù))。它表明,在420nm波段后,在藍(lán)光至紅光的可見光光譜波長(zhǎng)范圍內(nèi),K值與S值基本相等。因此,二氧化鈦漿料的細(xì)度不影響試驗(yàn)樣板的測(cè)定結(jié)果。但為使對(duì)比試驗(yàn)更具有可比性,減少無關(guān)變量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾,本試驗(yàn)要求二氧化鈦顏料標(biāo)樣及試樣的分散細(xì)度與實(shí)際生產(chǎn)中制備的水性鈦白漿的細(xì)度保持一致。4各