钛白粉在乳胶漆中的应用

马玉杰，王建伟，张 亮，吴 琼 （锦州钛业股份有限公司，辽宁锦州 121005）

0 引言

随着中国经济的快速发展，建筑业已成为我国经济发展新的增长点，房地产市场持续升温，市场对乳胶漆的需求增长强劲，我国已成为世界上最大的乳胶漆制造国。乳胶漆色彩丰富，浓淡雅艳可随意选取，装饰效果好，使用期长，已成为打扮城市建筑物的漂亮“外衣”。

颜料作为乳胶漆中重要的组成物质，起着不可或缺的作用。颜料的正确选择和使用直接影响到乳胶漆的保色性，并且可指导加工生产高品质的乳胶漆。钛白粉作为乳胶漆中最重要的颜填料之一，对乳胶漆的遮盖力和耐候性起着决定性的作用，其产量占无机颜料的70%以上，消费量占白色颜料总消费量的95.5%。目前世界上约60%的钛白粉用于制备各种涂料，特别是金红石型钛白粉［1-2］。因此，选择适合不同类型乳胶漆用途的钛白粉就显得非常重要。

1 乳胶漆的组成

乳胶漆主要由颜料和基料两部分组成。

1.1 颜料

颜料是一种能赋予被着色材料颜色的物质。颜料是彩色的、黑的、白的或荧光的微粒子，有机的或无机的固体物质，颜料在实际应用中不会受物理及化学因素的影响，一般不溶于使用的介质，而始终以原来的晶体状态存在，它的着色作用是靠其对光线有选择的吸收及散射来实现的，如白颜料主要靠散射；黑颜料主要是吸收；其他颜料则是部分散射和部分吸收。颜料分为有机颜料和无机颜料。无机颜料是由天然矿物或无机化合物制成的，其中多数纯度低，色泽较暗，着色力低，许多品种具有毒性，但价格便宜，遮盖力高，耐光、耐候性好；有机颜料色泽鲜艳，色光纯正，着色强度高，多数品种符合环保要求。颜料还有着色颜料和体质颜料之分：着色颜料具有遮盖力和色彩；体质颜料没有遮盖力，主要用来调节体系黏度、防潮、调整涂膜结构和作为增量剂来降低成本。

1.2 基料

基料由成膜物质、助剂及稀释剂组成。乳胶漆的成膜物基本就是乳液了，其中常用的有：醋丙乳液、苯丙乳液、纯丙乳液、醋酸乙烯聚合物、聚乙烯醇树脂水溶液、硅丙乳液等。乳胶漆常用的助剂包括润湿剂、分散剂、消泡剂、成膜剂、pH调节剂、增稠剂及流变改性剂、防霉防腐剂等。稀释剂主要是水。

2 乳胶漆分类

按应用领域划分，乳胶漆可分为内墙乳胶漆和外墙乳胶漆。

2.1 内墙乳胶漆

内墙乳胶漆的成膜物以醋酸乙烯聚合物、苯丙乳液为主，其主要功能是装饰和保护室内壁面，使其美观、整洁，涂层具有质地平滑、细腻、色彩柔和等特点。内墙用乳胶漆在性能上主要有4个方面的指标要求：遮盖力、耐洗刷性、抗沾污性和耐碱性。

2.2 外墙乳胶漆

外墙乳胶漆的成膜物主要以苯丙乳液、纯丙乳液和硅丙乳液为主。外墙乳胶漆起装饰和保护建筑物的外墙面，使建筑物外观整洁美观，达到美化城市环境的目的。外墙乳胶漆经受日晒、雨淋、风吹、温变等漫长老化作用，涂层会出现龟裂、脱落、粉化、变色等现象，使其失去对建筑物的装饰和保护作用。外墙用乳胶漆在性能上主要有5个方面的指标要求：耐候性、耐沾污性、耐水性、耐碱性和耐温变性（冻融稳定性）。

3 乳胶漆的制备

乳胶漆的生产一般包括研磨制浆工序和调制涂料工序，设备多为高速分散机或变速分散机。

3.1 研磨制浆工序

研磨制浆工序是分散的主要工序，一般加入水、增稠剂、pH调节剂、冻融稳定剂、润湿剂、消泡剂、分散剂、钛白粉和填料等，要求直接高速分散或分散后用砂磨机进行研磨，至细度合格为止。

3.2 调制涂料工序

调制涂料工序要求慢速搅拌，此时主要加入成膜助剂、消泡剂、乳液、增稠剂、pH调节剂、防腐剂、色浆和水等。此时细度已合格，主要是对涂料的各项性能，如黏度、干性、光泽等进行调整。

4 乳胶漆对钛白粉的要求

颜料在乳胶漆中主要提供遮盖力和装饰性，填料可提高涂膜的机械性能和降低涂料成本。颜填料在乳胶漆中所占的比例在多数情况下都是最大的。在半光和平光乳胶漆中，颜填料与乳液的质量比多在1.5∶1甚至6∶1以上，有光乳胶漆中的颜填料与基料比，多为（0.4～0.7）∶1，所以对颜填料在乳胶漆中的作用应予以重视。 钛白粉是乳胶漆中最主要的白色颜料，它通过散射光线提供极好的白色效果。不仅是白色乳胶漆需要它，其他彩色乳胶漆也需要它作为基础颜料来提供遮盖力。对于乳胶漆来说，钛白粉是不可或缺的颜料，要从其白度、色相、鲜艳度、遮盖力、着色力、粒径及其分布、吸油值、密度、耐光性、耐热性、化学反应性、抗渗性、防腐蚀性、易分散性等性能指标方面来综合考量钛白粉对乳胶漆性能的影响。下面对较为关键的几个指标进行阐述。

4.1 白度

乳胶漆是作为一种装饰性涂料涂覆在建筑物表面上，因而其美观性就显得尤为重要。美观性有两方面的要求：一是提供色彩均匀的装饰涂层；二是把建筑物本身的颜色遮盖住。钛白粉的白度是钛白粉对光线的作用结果，决定了其在涂料中呈现白色的能力，对乳胶漆来说是至关重要的一项指标。

4.2 遮盖力

遮盖力是指当一个物体被涂以某种涂料时，涂料中的颜料能够遮盖被涂物体表面的底色，使该底色不能再透过涂料而显露出来的能力。遮盖效应主要是由于二氧化钛导致的散射或由于有色物质的存在而引起的吸收或者以上两种原因共同作用使入射光强度减退的现象。颜料的遮盖力不仅取决于它的晶体结构、折射率和对光的散射能力，而且还取决于它对光的吸收能力。但是二氧化钛和其他白色颜料一样，由于它对光的吸收能力很小，虽然光的吸收对遮盖力有影响，但没有散射能力的影响大，因此其遮盖力主要受散射力的影响，还与折射率、粒径、粒径分布和分散性能有关。折光指数越大，遮盖力越大；粒度越小，遮盖力越大，但当其粒度小于可见光波长的一半时，遮盖力反而下降。涂同样面积的表面所用钛白粉的遮盖力越大，所需涂料量越少，生产成本就低。因此钛白粉在乳胶漆中的遮盖力也是一项重要指标。

4.3 着色力

着色力也是二氧化钛的重要特性指标之一，是指二氧化钛与另一种颜料混合后，得到的混合物显示其本身颜色的能力。有时为了区别白色颜料和着色颜料，把着色颜料的着色能力称为着色力，把白色颜料的着色能力称为消色力，也就是说对白色颜料而言，它与深色颜料混合后，混合物的颜色越浅，表示它的消色力越强。着色力是颜料对光的吸收和散射的结果。二氧化钛对光的吸收非常小，其着色力大小主要取决于它对可见光的散射能力，散射力大，着色力高。在现实生活中，大都使用彩色或浅色涂料来涂装建筑物，较少采用纯白色涂料。一般先用钛白粉制备出白色的调色基础涂料，涂覆前再将色浆加入到基础涂料中，进行现场调色。钛白粉应用于调色基础涂料中时，除了考虑其遮盖力的问题外，更主要的是考虑它的着色力。着色力越大，其用量越小，就可以降低生产成本。

4.4 分散性

分散性是钛白粉重要的应用指标。分散性的优劣不仅会影响钛白粉的着色力、遮盖力、吸油量等指标，而且还会直接影响产品的加工过程及最终产品的光泽和耐候性等。近年来，各涂料厂为提高生产效率，大多取消了研磨工序，这对钛白粉的分散性及分散稳定性提出了更高的要求。

4.5 耐候性

外墙涂料的耐候性，即户外耐久性，是指暴露在室外环境条件下，外墙涂料的力学性能，如模量、强度，粘结性、保色保光性等的变化程度，以及是否发生脆化、粉化、变色、失光、剥落等现象。外墙涂料的主要功能是保护和装饰，涂膜必须能维持到下次更新，且能保持良好的视觉效果，因此，耐候性就显得十分重要。目前，我国外墙涂料一般要求耐候8～10 a以上。

光引发氧化降解和水解是两种主要的户外降解过程，它们常常同时进行，有时甚至相互促进，加速涂膜的破坏。未进行无机表面处理的钛白粉表面晶格存在缺陷，使其表面上存在许多光活化点，在紫外光的作用下，其晶格上的氧离子失去两个电子变为氧原子，释放出来的电子被Ti4+所捕获，还原成Ti3+。释放出的活性氧原子会引起周围的树脂发生断链，致使涂膜发生黄变、开裂等老化问题。因此，在外墙乳胶漆中，应选用耐候性佳的金红石型钛白粉。

5 不同乳胶漆适用的钛白粉牌号

在涂料配方设计中，钛白粉用量在原料成本中占比很大，而钛白粉种类繁多，所有的产品都是为某些性能而设计的，具有不同的产品特征。不同类型涂料产品要选择不同特征的钛白粉作为颜料才能使其具有优异的产品性能。目前，用于乳胶漆领域的钛白粉主要有以下几类性能特征的产品：

（1） 通用型产品：常用的国外品牌产品有杜邦R902+，奎斯特RCL595，特诺CR828、CR822，石原R930、R980，康诺斯2310等；常用的国内品牌产品有锦钛CR-501、CR-510、龙蟒佰利联R996、BLR601，东佳R237、R2377，中核R215，裕兴R818等。

（2） 高耐候性产品：常用的国外品牌产品有杜邦R706、R960，奎斯特RCL696，特诺CR826等；常用的国内品牌产品有锦钛CR-506等。

（3） 高耐候、高干遮盖力产品：常用的国外品牌产品有杜邦R931、TS6300，石原R780、克朗诺斯2044等；国内此类产品认可度不是很高，尚未量产化。

在涂料配方中，除选择合适的钛白粉外，另一个关键问题是如何确定钛白粉的最佳用量，这取决于涂料颜色、遮盖力的要求，但也受到其他因素，如PVC（颜料体积浓度）、润湿分散性、涂膜厚度、涂料固含量和其他颜料存在的影响。