关于一种防水环保涂料专用金红石钛白粉的研究及应用

周 强，张修臻，徐 磊

［安徽金星钛白（集团）有限公司，安徽马鞍山 243051］

随着人们生活水平的不断提高，业主对建筑的要求也越来越高，对建筑工程中的防水问题也越来越重视。面对建筑防水问题，之前主要采用的是叠层沥青系统为主的沥青防水铺装方案。近年来，高分子防水卷材、聚合物薄膜和高分子防水涂料的高速发展，该方案逐渐没落。与此同时，积极与国外优秀企业交流，引进先进防水技术和产品，如PVC、TPO聚氨酯类防水技术、丙烯酸类防水产品，淘汰了大量陈旧、过时的产品和施工方法，走向更加先进且多元的行业潮流。其中以整体性能更优的防水涂料发展最为迅猛，其方法主要是在结构表层涂覆一层或多层防水涂料，经过一系列物理化学变化之后固化成膜，达到防水效果[3]。

为了能够使防水涂膜发挥出更大的效用，在涂膜施工过程前需要对涂料的配方进行调整，加入适量的填料。一方面通过添加填料降低涂料施工的成本，另一方面添加填料能够在成膜过程中对成膜体系起到支撑、补强的作用，钛白粉作为最主要的涂料填料，自身具备一定的耐候性和高遮盖力，同时TiO2具有极强的紫外线吸收能力，是一种天然的紫外线吸收剂，在日光的照射下，表现出良好的耐光性。在防水涂料体系中，不仅对体系的防水性能进行了补充，同时增强了涂膜整体的物理化学性能[4，5]。本文从水解工艺粒径控制和有机包膜两个方面改进钛白粉的性能，制备出一种适用于防水环保涂料的金红石型钛白粉，并探究不同处理方法对产品性能的影响。

1 实验部分

1.1 实验原料及仪器

试验药品：浓钛液（192~200g/L）、金红石型晶种、三价钛还原剂均为自制；偏铝酸钠，山东嘉虹化工有限公司，工业纯；三羟甲基丙烷（TMP），上海惠今化工贸易有限公司，工业纯；聚甲基硅氧烷，廊坊蓝科化学有限公司；二异丙醇胺，南京北化化工有限公司；偏铝酸钠、硫酸，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；去离子水，自制。

试验仪器：反应釜，威海化工机械有限公司；SHZ-D（3）型循环真空泵，郑州科达机械仪器设备有限公司；恒温水浴锅，常州亿通分析仪器制造有限公司；真空干燥箱，苏州欧文烘箱制造有限公司；SK-DC 1800超声波清洗器，张家港市神科超声电子有限公司；小型高速粉碎机，广州市旭朗机械设备有限公司；AS50A实验用气流粉碎机，上海捷誊粉体设备有限公司；ZP100压片机，上海天祺制药机械有限公司；MS2000粒径测定仪，马尔文仪器公司；

1.2 防水环保涂料专用金红石型钛白粉的制备

（1）取500L浓钛液（192~200g/L），加入金红石型晶种，在一定条件下进行水解反应，得到偏 钛酸。

（2）将所得偏钛酸进行水洗过滤，并加入硫酸酸溶，再加入三价钛还原剂和金红石型晶种，搅拌2h。

（3）将还原后的偏钛酸进行水洗过滤，经盐处理后放入马弗炉内煅烧。

（4）取煅烧后的钛白粉500g，转入烧杯，加水稀释至750g/L左右。

（5）放入恒温水浴锅中升温至45~70℃，加入2.0%~3.0%偏铝酸钠溶液（以Al2O3计）与稀硫酸溶液，控制pH在7.0~8.0并熟化30min。

（6）转入漏斗进行洗涤至洗涤水电导率80µS/cm以下，得到的产品放入真空干燥箱中干燥。

（7）得到的粉料置于气流粉碎机中有机处理得到最终产品。

1.3 漆膜制备

将制得钛白粉与厂家提供乳胶漆按配方混合，辊涂在马口铁上，实干后进行性能测试。

1.4 性能测试

1.4.1 偏钛酸灰变时间测试

加入晶种的浓钛液进行加热，沸腾时记为时间T0，从沸腾到表面为水泥灰色时记为时间T1，即T1为偏钛酸制备的灰变时间（单位：min）。

1.4.2 偏钛酸水解率测试

通过测定水解偏钛酸中未水解的总钛含量，计算出水解率。取100mL偏钛酸浆料，用慢速滤纸抽滤，抽滤出的液体检测总钛含量与对应浓钛液的总钛含量进行对比，其结果为水解率。

1.4.3 偏钛酸沉降高度测试

量取100mL水解偏钛酸倒入1 000mL带塞量筒中，用常温水将量筒冲洗干净，向带塞量筒中加水至1 000mL，摇匀，放置半小时，分层，量取上清液面高度。

1.4.4 偏钛酸过滤时间测试

取100mL水解偏钛酸倒入过滤漏斗内，过滤至表面干燥时间记为T2；再加入500mL脱盐水进行水洗，水洗至表面干燥记为时间T3（单位：s）。

1.4.5 钛白粉粒径测试

在室温条件下，取0.5g钛白粉置于400mL烧杯中，加入六偏磷酸钠3mL以及去离子水200mL轻微搅拌，将烧杯置于超声机中超声20min，备用。

打开粒径测试仪，进行预对光处理，更换样品容器中的纯水，进行对光处理，将超声备用的钛白粉溶液倒入装有纯水的容器中，使遮光度在5~8，点击开始进行测试，测试平行数据三次，取平均值。

1.4.6 漆膜防水性能测试

将漆膜涂覆过的板材长度的三分之二置于蒸馏水中，并维持在室温，在一定时间后取出并用滤纸吸干表面水分，记录板材表面情况。

2 结果与讨论

2.1 金红石晶种用量对偏钛酸性能的影响

钛白粉的粒径主要受水解工艺的影响，其中尤以浓钛液指标和晶种指标为主，为此设计了以金红石晶种为变量的实验，该实验分为五组，每组晶种添加量占反应浓钛液的A为0%；B为0.2%；C为0.4%；D为0.6%；E为0.8%，并保持其余参数不变，其部分参数见表1。

表1 五组偏钛酸主要参数值表

从表1和图1可以看出，晶种加量对灰变时间、沉降高度、粒径以及过滤水洗时间都有较大的影响，当水解体系内没有加入晶种进行反应时，浓钛液在进行水解反应时，无稳定反应核心，反应速率较慢，在水解第一阶段中，表面能量较大，形成的偏钛酸原级粒子大，比表面积较小，容易二次凝集，形成偏钛酸粒子较大，容易沉积，过滤时间较短[6，8]；但其水解率较低，体系内仍有大量浓钛液影响沉降视觉观察。随着晶种加量的增加，反应速率得到提升，水解原级粒子逐渐细化，表面结合能量逐渐增大，一次粒子变粗，使得二次凝结能力减弱，D50逐渐变小。由图2可以明显看出，随着晶种加量的逐步提升，偏钛酸粒子的粒径逐渐减小，呈现出正态分布状；但晶种添加量在0.8%时，偏钛酸的粒径有分布有右移的趋势，这表明随着晶种加量的过量，水解反应迅速，二次凝聚能力极弱，但形成的偏钛酸粒子由于粒径小，更容易在表面形成键能，增大其粒子检测范围，表现为粒径增大，影响过滤性能，不适用于工业生产。

图1 晶种加量对过滤过水速率的影响

图2 五组实验粒径分布图

图2 为三种有机包膜剂处理后的钛白粉水分散图

2.2 有机包膜对漆膜防水性能的影响

钛白粉在作为填料应用前，要根据应用条件的不同，对其进行有机包膜处理。分别使用TMP、聚甲基硅氧烷和二异丙醇胺对钛白粉表面进行有机处理，生产出对应的钛白粉分别为R1、R2、R3，并将三种不同钛白粉放入烧杯中加入适量的水，静置半小时，如图3所示。

从图3可以看出，A、B、C三种钛白粉在水中的分散性不同，A具有一定水溶性同时也可以看出其水溶性效果不佳，有部分未能溶于水；B完全不溶于水，不具备水溶性；C水溶性较好，杯壁上未发现明显不溶物。

从表2可以看出，三种钛白粉在涂料中的分散情况较为良好，未发现有分散不均、颗粒明显的现象，同样的，在施工过程中，施工表现正常，所辊涂的漆膜正常，表面光泽度较好。从耐水性能表现来看，R1在水中浸泡10d板材表面有起泡现象，R2经过10d的浸泡板材表面正常，未发现明显起泡，而R3在水中浸泡3d就已经起泡，且在经过10d的浸泡后，其表面已经出现较为明显的脱落现象，因此可以得出R2所用的钛白粉更适合作为防水涂料使用，R1可应用为通用型涂料，R3适用于亲水型涂料的。

表2 为清漆耐水性能测试结果

3 结束语

研究一种适用于防水环保涂料的金红石型钛白粉，针对其水解工艺以及有机包膜处理，设计一系列实验。结果表明，晶种添加量为0.6%时，水解偏钛酸的整体性能较好；使用聚甲基硅氧烷作为钛白粉的有机包膜剂，将该助剂与清漆混合制备的涂膜外观良好，耐水性能较好，满足防水涂料的要求。