二氧化鈦的相對散射力研究

1、二氧化鈦的相對散射力介紹了相對散射力的概念，并對比分析了國內(nèi)外部分金紅石型二氧化鈦的相對散射力。研究了煅燒時間、粒度及粒度分布、介質(zhì)中的分散性以及后處理包膜等因素對金紅石型二氧化鈦在一定顏料體積濃度（PVC）下的相對散射力的影響。二氧化鈦作為一種性能卓越的白色顏料而廣泛用于涂料、塑料、造紙等行業(yè)，其重要的顏料性能，如消色力和遮蓋力等都與顏料粒子在分散介質(zhì)中的散射力緊密相關(guān)。在實際應(yīng)用中，通常采用2種白色顏料的散射力比值（即相對散射力）來比較顏料的散射力大小。相對散射力在顏料應(yīng)用體系中的舉足輕重的作用已愈來愈為二氧化鈦的制造商和用戶所重視，ISO5912000色漆用二氧化鈦顏料標準亦將相對散射力

2、作為一項重要指標列入檢測項目，因此，研究影響二氧化鈦相對散射力的相關(guān)因素，對于改善和提高二氧化鈦的品質(zhì)和應(yīng)用性能具有十分重要的意義。相對散射力的檢測原理及其表征 1.1定義 散射力指顏料在一定介質(zhì)中對入射光的散射能力。用來度量顏料散射力大小的物理量是散射系數(shù)Sp()。相對散射力Sr()是試樣的散射系數(shù)與標樣的散射系數(shù)之比，以百分數(shù)表示： 1.2原理及表征 根據(jù)Kubelka-Munk定律，材料的內(nèi)部反射因數(shù)R*由吸收系數(shù)K與散射系數(shù)S之比決定，即 因此，通過測量試樣和標樣在介質(zhì)中的反射因數(shù)R，即可計算出對應(yīng)的K/S值，由于白色顏料對光吸收較少，從而得到相對散射力Sr： 1.3檢測方法 以一定量

3、的二氧化鈦、炭黑、二氧化硅和醇酸樹脂在三輥磨和平磨儀上研磨，制成顏料體積濃度（PVC）約15%的灰漿，在無色玻璃板上使用濕膜制備器刮成厚約75?m的涂膜，立即用光譜儀測定濕膜在550nm的反射因數(shù)R，利用上述公式（2）、（3）、（4）計算二氧化鈦的相對散射力。本文所用的相對散射力數(shù)據(jù)皆以GB1703-93規(guī)定的金紅石型鈦白粉參比樣404為標樣。 2結(jié)果及討論 2.1國內(nèi)外部分金紅石型二氧化鈦相對散射力比較 國內(nèi)外部分金紅石型二氧化鈦相對散射力比較見圖1。 圖1 國內(nèi)外部分金紅石型鈦白粉相對散射力比較 圖1顯示，就相對散射力而言，氯化法產(chǎn)品（DuPont公司的R902和Kronos公司的KR22

4、20，因其生產(chǎn)工藝的優(yōu)越性而在該項指標上表現(xiàn)突出。同樣作為硫酸法產(chǎn)品，國內(nèi)金紅石型鈦白粉與國外產(chǎn)品（ISK公司的R930和Kronos公司的KR2190相比，相對散射力仍有差距，這種差距歸根結(jié)底是生產(chǎn)技術(shù)和工藝過程控制方面的不足造成的，同時這些不足也體現(xiàn)在分散性指標（圖2）上，而分散性是影響顏料散射力的重要因素。 圖2 國內(nèi)外同類產(chǎn)品研磨分散性比較 2.2煅燒時間的影響 將偏鈦酸置于馬弗爐中煅燒，其升溫過程為300500700900。分別取900煅燒20min，30min，40min，50min，70min和90min的試樣，分析其相對散射力，結(jié)果見圖3。 圖3 煅燒時間對相對散射力的影響 由

5、圖3可見，相對散射力隨著煅燒時間的延長而變化，在煅燒過程中有一極大值出現(xiàn)，分析其原因主要是由于隨著時間的延長，二氧化鈦的晶型轉(zhuǎn)化逐漸完全，粒子成長為晶格整齊的顏料粒子，此時相對散射力逐漸上升，但高溫煅燒時間過長，顏料粒子成長太大，甚至發(fā)生部分燒結(jié)，又使散射力下降，顏料性能變差。 2.3粒度及其分布的影響 理論上二氧化鈦粒度與其散射強度的關(guān)系如圖4所示，但在應(yīng)用體系中，顏料粒子總以聚集態(tài)出現(xiàn)，因此，尋求單純的粒度與顏料相對散射力的關(guān)系較為困難，但是相對集中的粒度分布對顏料在分散介質(zhì)中的均勻分布，減少大團絮凝物是有利的，從而有助于獲得較高的相對散射力。圖4顯示平均粒度0.27?m0.29?m的金紅

6、石型鈦白粉煅燒品因粉碎研磨控制的差異，粒度分布不同，相對散射力的波動趨勢。粒度分布寬，0.5?m以上粗粒子多的煅燒品，相對散射力低。 圖4 二氧化鈦粒度與散射強度的關(guān)系 圖5 粗大粒子對相對散射力的影響 2.4分散性的影響 金紅石型二氧化鈦在灰漿中的分散性（將待測相對散射力的灰漿用刮板細度計檢測得到）與其相對散射力的關(guān)系如圖6所示。 圖6 分散性對相對散射力的影響 由圖6可見，灰漿中的分散性越好，相對散射力越高，這主要是由于二氧化鈦在介質(zhì)中只有少量是以原級粒子存在，大部分都是以聚集體的形式分散在介質(zhì)中。光學研究表明，只有粒度在可見光波長400nm700nm范圍內(nèi)的粒子，才能對可見光具有較高的散

7、射力，粒度過大或過小，其散射力都會因光波發(fā)生干涉或衍射而有所損失。因此，改善二氧化鈦粒子在介質(zhì)中的分散性，使其不產(chǎn)生過多的絮凝，將有利于提高其相對散射力。 2.5后處理包膜的影響 對金紅石型粉料進行單包鋁的試驗，相對散射力隨包覆量的變化見圖7。 圖7 包膜條件及包覆量對相對散射力的影響 由圖7可見，Al2O3包覆量為05%時，隨著包覆量的增加，相對散射力提高，并且在堿性條件下包膜比在酸性條件下包膜的相對散射力好。這是由于二氧化鈦粒子表面上水合氧化鋁的存在使二氧化鈦粒子間產(chǎn)生了一種較弱的空間位阻效應(yīng)，對二氧化鈦起到分散作用，使其粒子即使聚集在一起也不象未包膜的粒子那樣緊密，從而使光散射能夠基于較

8、小的粒子尺寸上完成，最終造成相對散射力的提高。 3結(jié)語 （1）提高煅燒強度能夠改善二氧化鈦的相對散射力，延長煅燒時間是一種行之有效的方法，但還應(yīng)同時兼顧其對白度指標的影響； （2）控制好粉碎使二氧化鈦的粒度分布集中，0.5?m以上的粗大粒子含量小于1%，有利于相對散射力的提高； （3）改善二氧化鈦在介質(zhì)中的分散性能夠提高其相對散射力。實驗表明，二氧化鈦在灰漿中的分散性小于45?m較為理想； （4）后處理包膜是提高二氧化鈦相對散射力的有效途徑之一。 儀器法測定散射力與目視法測定消色力比較沈蘇江，陳剛 (國家涂料質(zhì)檢中心常州 213016）摘要：分析比較了不同實驗室內(nèi)采用相同方法不同儀器進行二氧化

9、鈦顏料相對散射力測定的結(jié)果，井與目視法測定消色力所得結(jié)果作了比較，指出了二個方法的差異和利弊。    關(guān)鍵詞：二氧化鈦；散射力；消色力；比較    0前言    現(xiàn)行國家標準GB 1706-1993中規(guī)定用目視法測定消色力，方法為GB/T 5211.16-1988白色顏料消色力的比較（系等效采用ISO 787-17：1973），在實施過程中發(fā)現(xiàn)當標樣與試樣色相不一致時，此方法測定結(jié)果人為誤差較大，常引起爭議。    國際標準ISO 591-1：2000色漆用二氧化鈦顏料第1部分：規(guī)格和試驗方法中規(guī)定用儀器法測定散射

10、力，方法為ISO 787-24：1985顏料和體質(zhì)顏料通用試驗方法第24部分：著色顏料相對著色力和白色顏料相對散射力的測定光度計法，目前此法已轉(zhuǎn)化為我國國家標準GBT 13451.2-1992（系等效采用）。    本文分析比較了在幾個不同實驗室內(nèi)采用相同方法不同儀器對若干二氧化鈦顏料樣品測定其相對散射力所得的結(jié)果，并將此結(jié)果與目視法測定消色力所得的結(jié)果進行了比較，指出了二個方法的差異及利弊。    1實驗部分    1.1 樣品    選取二氧化鈦顏料樣品13個，分別編號如1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#

11、、8#、9#、10#、11#、12#、13#。    1.2方法    儀器法測定散射力GB/T 13451.2-1992；    目視法測定消色力GB/T 5211.16-1988。    2結(jié)果與分析    2.1實驗結(jié)果    選定幾個不同實驗室，采用相同方法不同儀器測得若干二氧化鈦顏料樣品的相對散射力，所得結(jié)果見表1。    2.2結(jié)果分析及討論    從表中試驗結(jié)果可以看出：    不同儀器測定所得100R

12、值是不同的，這與儀器本身性能、特點有關(guān)，但相對于同一標樣（參比樣）而言，同一樣品計算所得的相對散射力數(shù)值在同一實驗室內(nèi)絕對差最大為3，不同實驗室間絕對差最大為4，結(jié)果一致性較好。    對于2#9#樣而言，以1#樣作標樣，不同實驗室相對散射力測定結(jié)果與消色力測定結(jié)果雖數(shù)值上有差異，絕對差最大為6，但兩者排序基本一致；對于 11#13#樣而言，以10#樣作標樣，僅13#樣不同實驗室相對散射力測定結(jié)果與消色力測定結(jié)果差異略小，最大絕對差為5，其余2個樣最大絕對差均大于10，儀器法與目視法結(jié)果無可比性。    從方法的操作步驟看，目視法更簡單、方便一些，但人為

13、因素大，特別是標樣與試樣色相不一致時，結(jié)果判定非常困難。而儀器法則可避免人為因素的影響，更科學一些，只是操作步驟相對復(fù)雜一些，所用儀器昂貴一些。    目前相對散射力這一項目的測定愈來愈為二氧化鈦制造商和用戶所重視，因儀器法具有目視法無可比擬的優(yōu)勢，此法的應(yīng)用將愈來愈廣泛。    表1不同實驗室測定結(jié)果比較樣品編號        實驗室A        實驗室B        

14、實驗室C        實驗室A、B、C相對散射力最大絕對差，（）        消色力結(jié)果（%）        100R        相對散射力（%）        100R        相對散射力（%）   &#

15、160;    100R        相對散射力（%）        1        作2#9#標樣        27.59        作2#9#標樣        28.8   

16、     作2#9#標樣        25.3        作2#9#標樣         2        93        26.21        90    

17、;    27.2        89        23.8        89        13        98        27.42       

18、; 98        28.2        96        24.9        97        24        93        26.14

19、0;       89        27.4        90        23.6        87        35        99    

20、   27.56       27.24        100      97        28.4        97        25.3        100  

21、0;     36        86        25.06        82        26.1        81        22.7     

22、0;  81        17        97        27.18        27.20        97      97        27.8  &

23、#160;     93        24.7        95        48        98        26.97        96    

24、60;  27.9        93        24.3        92        49        90        25.42       

25、0;84        26.4        83        23.1        84        110        作11#13#標樣        31.39&

26、#160;       作11#13#標樣        32.1        作11#13#標樣        28.9        作11#13#標樣         11       

27、60;99     100        29.70     29.64        88     88        30.4        88        27.0

28、60;       87        1        12        95     95        32.7232.38        110     108