鈦白粉在水性溶劑中的水分散性機(jī)理

鈦白粉在水性溶劑中的水分散性機(jī)理

0鈦白粉在水性涂料中的應(yīng)用在環(huán)境越來(lái)越受到重視的今天，水性涂料深受人們的喜愛(ài)。鈦白粉作為一種優(yōu)質(zhì)的白色顏料,已廣泛地用于涂料中。水分散性是鈦白粉在水性涂料中一個(gè)很重要的應(yīng)用性能指標(biāo),它的優(yōu)劣直接影響涂料的遮蓋力和顏料的其他性能。目前,對(duì)于鈦白粉水分散性機(jī)理的探討,尚未見(jiàn)系統(tǒng)的報(bào)道。本文從鈦白粉表面性質(zhì)出發(fā),通過(guò)定性試驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),推斷出鈦白粉在水中分散時(shí)的潤(rùn)濕類型,同時(shí)應(yīng)用雙電層理論對(duì)分散機(jī)理進(jìn)行分析,為改善鈦白粉的水分散性提供了理論依據(jù)。1鈦白粉的表面特性1.1鈦白粉的表征鈦白粉煅燒所得的原級(jí)粒子很小,具有很高的比表面能,極不穩(wěn)定,在高溫下會(huì)很快地團(tuán)聚,形成較大粒子的亞穩(wěn)態(tài)。對(duì)于一定量的鈦白粉而言,粒子愈小,原級(jí)粒子之間的引力愈強(qiáng),粒子更易團(tuán)聚。目前,采用儀器測(cè)定的鈦白粉平均粒徑多數(shù)是二級(jí)粒子的粒徑(一般為0.2～0.4μm),表面的能量仍然較高,繼續(xù)團(tuán)聚,以此來(lái)降低表面能量,達(dá)到準(zhǔn)穩(wěn)定狀態(tài)。因此,鈦白粉在單相中的易團(tuán)聚現(xiàn)象,是討論其水分散性的前提。1.2多羥基復(fù)合皮在水性溶劑中,鈦白粉呈現(xiàn)高度的分散性。其原因是:一方面,鈦白粉表面有很多羥基,它能夠吸附極性離子,使固體表面帶有相同的電荷,因同種電荷排斥而分散;另一方面,粒子的比表面能很大,表面收縮而降低表面能,使分散體系穩(wěn)定化。正是鈦白粉在水中的高度分散性,使它能夠在水性涂料中得以廣泛的應(yīng)用。2取代的過(guò)程過(guò)程所謂潤(rùn)濕是指固體表面的氣體被液體取代的過(guò)程。鈦白粉在水性溶劑中能否自行分散,首先要判斷它在水性溶劑中潤(rùn)濕的難易程度和潤(rùn)濕性能的優(yōu)劣。2.1潤(rùn)濕性能觀察稱取1.0g銳鈦型鈦白粉試樣,迅速倒入一個(gè)口徑為15cm盛滿水的表面皿內(nèi),觀察團(tuán)聚的鈦白粉試樣在水中的潤(rùn)濕性能。團(tuán)聚的鈦白粉試樣接觸到水時(shí),迅速潤(rùn)濕并進(jìn)行擴(kuò)展,表明鈦白粉顆粒表面的氣體能夠完全被水取代而浸漬潤(rùn)濕,潤(rùn)濕性能良好。2.2鈦白粉用于水性溶劑的潤(rùn)濕過(guò)程鈦白粉在水性溶劑中的潤(rùn)濕過(guò)程是改變其顏料表面性能、改變其極性、降低液-固之間界面張力的過(guò)程。其潤(rùn)濕過(guò)程受以下幾個(gè)因素影響。2.2.1粒子粒徑檢測(cè)煅燒產(chǎn)生的鈦白粉原級(jí)粒子受晶體表面能的作用聚集成二級(jí)粒子,通過(guò)電子顯微鏡觀察到其形狀各異、不規(guī)則,并通過(guò)統(tǒng)計(jì)方法檢測(cè)出其平均粒徑約為0.2～0.4μm。因此,這種因素對(duì)潤(rùn)濕性的影響是一個(gè)恒定值。2.2.2包膜處理的必要性表面處理能夠改變鈦白粉的表面特性,從而大大影響潤(rùn)濕過(guò)程。對(duì)于一些低檔次的銳鈦型鈦白粉,若表面不經(jīng)過(guò)任何處理,則對(duì)潤(rùn)濕性的影響是一個(gè)恒定值;對(duì)高檔次的金紅石型鈦白粉卻需進(jìn)行包膜處理來(lái)改變其表面特性,提高應(yīng)用性能。因此,表面處理方式對(duì)潤(rùn)濕性的影響也可看作一個(gè)恒定值。2.2.3潤(rùn)濕劑濃度對(duì)其分散劑的影響根據(jù)潤(rùn)濕效率公式可以發(fā)現(xiàn),降低溶劑粘度可提高潤(rùn)濕效率。例如,在25℃,水的粘度為0.8937cP,當(dāng)加入一定濃度的潤(rùn)濕劑時(shí),會(huì)降低水的粘度,此時(shí)潤(rùn)濕效率提高,但是潤(rùn)濕劑的加入可能會(huì)影響其分散過(guò)程或者分散穩(wěn)定化程度。因此,對(duì)于鈦白粉在水性溶劑中潤(rùn)濕時(shí),一般不加入任何潤(rùn)濕劑,均可達(dá)到浸漬潤(rùn)濕。3鈦白粉在水性溶劑中的分散過(guò)程3.1分散鈦白粉時(shí)對(duì)含鈦白粉的分散大量研究表明,鈦白粉表面有很多極性的羥基,若水中不加任何分散劑,鈦白粉在水中分散時(shí)會(huì)吸附大量的極性基團(tuán);若加入一定濃度的高分子分散劑,此時(shí)高分子分散劑吸附在鈦白粉顆粒表面,使得吸附層厚度增加,表面特性改變。3.2雙電層理論解釋鈦白粉在水性溶劑中的分散過(guò)程通過(guò)檢測(cè)鈦白粉在水中的ζ電位,發(fā)現(xiàn)銳鈦型鈦白粉在pH值為6.8左右時(shí),ζ電位約為-36mV,表明鈦白粉表面帶有電荷,而且電負(fù)性較強(qiáng)。那么根據(jù)雙電層理論解釋鈦白粉在水性溶劑中的分散過(guò)程合乎事實(shí),有一定的科學(xué)依據(jù)。實(shí)際上,鈦白粉在水性溶劑中分散的過(guò)程是雙電層形成的過(guò)程。當(dāng)鈦白粉接觸溶劑表面,瞬間浸漬潤(rùn)濕,其表面吸附一層相反電荷,構(gòu)成了雙電層。這種雙電層可以看作是四周被同一電荷所包圍的粒子,當(dāng)布朗運(yùn)動(dòng)使兩個(gè)粒子靠近時(shí),電荷濃度發(fā)生變化,電荷產(chǎn)生斥力,當(dāng)這種斥力大于范德華引力時(shí),則粒子分開(kāi),體系處于分散穩(wěn)定狀態(tài)。4影響水分散度的因素4.1粒度與水分散性關(guān)系鈦白粉的粒度分布能夠表征鈦白粉粒子的均勻程度,也能夠粗略定量地判斷出粗細(xì)粒子的分布比例。通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)和成品粒度與水分散性關(guān)系的統(tǒng)計(jì)得出:在鈦白粉粒度分布正態(tài)圖中,當(dāng)峰寬在0.1μm左右時(shí),水分散性一般能夠達(dá)到85%以上;當(dāng)粗粒子(即粒徑大于0.5μm)的比例大于10%時(shí),就足以影響鈦白粉的水分散性。因此,鈦白粉的粒度分布情況是影響其水分散性的一個(gè)重要因素。4.2鈦白粉的分散機(jī)理一般情況下,鈦白粉的吸水量越低,它的應(yīng)用性能越好。當(dāng)鈦白粉吸入較多的水分時(shí),它與表面的羥基結(jié)合,削弱表面電負(fù)性,使得兩相中的高分散性減弱,同時(shí)分散穩(wěn)定性也降低。因此,鈦白粉吸水量的大小也影響其水分散性。4.3鈦白粉的水分散性鈦白粉的油分散性,是涂料和色母粒一個(gè)很重要的應(yīng)用性能指標(biāo)。通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)表明,具有很高油分散性的鈦白粉,它的水分散性較差。因此,對(duì)于這種鈦白粉,可作為不同種類的專用產(chǎn)品,來(lái)滿足不同行業(yè)和客戶的需要。4.4分散方式對(duì)水性涂料性能要求高鈦白粉水分散性能的優(yōu)劣,還與其分散設(shè)備息息相關(guān)。目前,市場(chǎng)上分散設(shè)備種類很多,如高速分散機(jī)、剪切機(jī)、砂磨機(jī)和超聲分散儀等,對(duì)于要求不高的水性涂料,一般的分散設(shè)備都能夠滿足要求;對(duì)一些特殊的水性涂料,必須借助特殊的分散設(shè)備(如砂磨機(jī)等),它分散效果好,分散體系穩(wěn)定,不過(guò)成本相應(yīng)提高。4.5分散劑的分散影響鈦白粉水分散性的因素較多,例如:分散劑、分散劑濃度、分散時(shí)間以及分散設(shè)備的強(qiáng)度等。在實(shí)際應(yīng)用中,應(yīng)根據(jù)各種產(chǎn)品質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn),選出適合本產(chǎn)品的分散穩(wěn)定體系。5鈦白粉的后處理通過(guò)上述對(duì)鈦白粉水分散性的機(jī)理探討和影響因素的分析,可從以下幾個(gè)方面改進(jìn)其水分散性:第一,鈦白粉的粒徑應(yīng)盡可能的均勻;鈦白粉后處理可選用氣流粉碎機(jī)、萬(wàn)能磨、旋風(fēng)分離器以及錘磨設(shè)備等;控制粒徑的大