二氧化钛的性能及其在涂料中的作用和应用
2018年10月30日
Tddchem
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本文系统阐述了色素级二氧化钛的分类标准、质量现状、核心性能及在涂料中的关键作用。国际上按晶型分为锐钛型（A型）和金红石型（R型），并依后处理工艺细分为AI/A2与RI/R2/R3等型号，其中R2型占主导；而我国现行标准（GB/T1706-93）仅设BA0101（未处理锐钛型）、BA0102（处理锐钛型）和BA0103（处理金红石型）三类，标准滞后、适配性差，新国标即将出台。后处理可显著提升TiO₂的分散性、耐候性、遮盖力及漆膜稳定性。金红石型折射率（2.76）高于锐钛型（2.55），遮盖力高25%–30%，耐光耐候性优异，广泛用于户外高端涂料；国产金红石产品在着色力、遮盖力、分散性等方面仍落后于进口品牌（如R-930）。作为涂料核心白色颜料，钛白占比超90%，其高性能远超锌白，是实现装饰性、保护性与经济性的关键组分。
1. 色素级二氧化钛的分类和质量标准
二氧化钛颜料分为锐钛型和金红石型两种。根据国际惯例，它们分别被称为R型和A型。未经后处理的金红石型和锐钛型分别被称为RI型和AI型；经过后处理的金红石型和锐钛型分别被称为R2、R3和A2。市场上大多数商售的金红石型二氧化钛为R2型和R3型，其中R2型占70%以上。R2和R3在涂料用金红石型二氧化钛中分别占77%和22%。
目前，中国使用的型号与国际惯例不同。只有三种类型的颜料钛白粉，即BA0101、BA0102和BA0103。BA0101和BA0102是锐钛型，BA0103是金红石型，BA0101未经过后处理，BA0102和BA0103经过后处理。关于中国颜料钛白粉的质量标准，请参见GB/T1706-93。
中国的标准与国外标准之间存在很大差距。特别是，锐钛型二氧化钛只有一个型号，这使得许多新开发、引进和特殊的二氧化钛品种无法与中国现行标准进行比较。同时，中国的生产厂和用户长期以来仅根据国家标准控制和接受产品质量，而不是根据用户需求改变工艺以生产满足客户不同需求的产品。据报道，中国将很快推出新标准。
为什么 BA0102 锐钛型和 BA0103 金红石型二氧化钛需要进行后涂层处理？原因是经过涂层处理后，二氧化钛的水溶性降低，不易凝聚，吸油量减少，白度、电阻率、消色力、遮盖力、颜料研磨分散性、涂料储存稳定性、漆膜耐水性、耐光性、耐候性和耐久性均得到改善，从而提高了二氧化钛的质量。
在中国，无论采用硫酸法还是氯化法，制备的金红石型钛白粉质量均低于进口的金红石型钛白粉，如R-930和R-902，主要体现在低着色力、低遮盖力和耐候性差。性能差，油分散性差，吸油量高。因此，国产金红石钛白粉仍然能够抵御进口金红石钛白粉的竞争，甚至每年进口大量金红石钛白粉。
2. 色素级二氧化钛的性质和用途
颜料级二氧化钛具有高折射率、强脱色力、大遮盖力、良好分散性、良好白度、无毒性、稳定的物理和化学性质，以及优异的光学和电学性能。因此，其用途非常广泛，油漆、塑料（9170，-40.00，-0.43%）、纸张、化学纤维、油墨、橡胶（11360，-165.00，-1.43%）、化妆品等都应使用颜料级二氧化钛。用量最大的是油漆，占约57%。特别是金红石型二氧化钛大多被涂料行业消耗。随着中国汽车工业、建筑业和水性涂料的快速崛起，涂料行业不仅在数量上需要更多的二氧化钛，而且对质量要求更高，品种更多。
金红石型二氧化钛的折射率为2.76，而锐钛型二氧化钛的折射率为2.55。遮盖力由颜料的折射率与介质的折射率之间的差异决定，其相对值可以根据公式计算。金红石型二氧化钛的反射系数比锐钛型二氧化钛高25%到30%，这表明如果具有与锐钛型二氧化钛相同的遮盖力，则金红石型二氧化钛的用量可以减少25%到30%。此外，金红石型二氧化钛结构紧密，相对稳定，光化学活性低，耐紫外线，户外不易粉化，耐候性和光泽优于锐钛型二氧化钛。因此，它广泛用于各种高档船舶、桥梁、汽车、建筑及其他户外涂料，占涂料的约70%，而锐钛型二氧化钛易粉化且易黄变。对于室内涂料或底漆，其用量仅占涂料中二氧化钛用量的30%。
3. 顏料級二氧化鈦在塗料中的作用
涂层是一种由粘合剂、颜料、填料、溶剂和助剂组成的粘性悬浮液。它涂覆在物体表面，形成坚韧的涂层膜，以保护和维护物体。
油漆中的颜料具有一定的遮盖力，不仅可以覆盖被涂物表面的原色，还可以赋予涂层膜以鲜艳的色彩，实现美观和装饰。同时，颜料与固化剂紧密结合，融为一体，可以增强涂层膜的机械强度和附着力，防止开裂，增加涂层膜的厚度，防止紫外线和湿气的渗透，提高涂层膜的耐老化性，延长膜的使用寿命。
无论是溶剂型还是水性涂料，如果使用二氧化钛，其作用不仅是覆盖和装饰，还重要的是改善涂层的物理化学性质，增强化学稳定性，甚至提高遮盖力、颜色还原和耐腐蚀性。它耐光和耐候性，增强漆膜的机械强度和附着力，防止开裂，防止紫外线和湿气的传递，延缓老化并延长漆膜的寿命。同时，它还可以节省材料并增加品种。
在颜料中，白色颜料是使用最广泛的，白色涂料和浅色涂料都使用。因此，白色颜料在涂料中的使用量远远超过其他颜料。涂料中常用的白色颜料有锌白、锌白、钛白等。由于某些合成树脂涂料的聚合度较大，如果加入锌白，锌白呈碱性，涂料中的游离脂肪容易因耐酸性而增稠；如果加入锌白，耐候性较差。然而，使用钛白可以改善上述缺点。因为钛白颗粒细小均匀，光化学稳定性高。在遮盖力方面，金红石型钛白是锌白的7倍，是锌白的5.56倍，锐钛型钛白是锌白的5.57倍。在着色力方面，金红石型二氧化钛是锌白的8.3倍，是锌白的6.25倍，锐钛型钛白是锌白的6.4倍，是锌白的4.8倍。在使用效果方面，1吨钛白相当于至少4吨锌白；在使用寿命方面（指户外耐粉化性），使用钛白颜料的涂料比使用锌白颜料的涂料高三倍。因此，使用钛白可以大大减少整个涂料中的颜料用量，同时涂料明亮，不易发黄，耐光、耐热、耐磨、耐风化、耐碱、耐硫、耐稀酸。正因为钛白比锌白和锌白性能优越，已成为涂料生产中最好的白色颜料。钛白的用量占涂料总颜料的90%以上，占涂料白色颜料的95%以上。它占涂料原材料成本的10%到25%。
二氧化钛颜料分为锐钛型和金红石型两种。根据国际惯例，它们分别被称为R型和A型。未经后处理的金红石型和锐钛型分别被称为RI型和AI型；经过后处理的金红石型和锐钛型分别被称为R2、R3和A2。市场上大多数商售的金红石型二氧化钛为R2型和R3型，其中R2型占70%以上。R2和R3在涂料用金红石型二氧化钛中分别占77%和22%。
目前，中国使用的型号与国际惯例不同。只有三种类型的颜料钛白粉，即BA0101、BA0102和BA0103。BA0101和BA0102是锐钛型，BA0103是金红石型，BA0101未经过后处理，BA0102和BA0103经过后处理。关于中国颜料钛白粉的质量标准，请参见GB/T1706-93。
中国的标准与国外标准之间存在很大差距。特别是，锐钛型二氧化钛只有一个型号，这使得许多新开发、引进和特殊的二氧化钛品种无法与中国现行标准进行比较。同时，中国的生产厂和用户长期以来仅根据国家标准控制和接受产品质量，而不是根据用户需求改变工艺以生产满足客户不同需求的产品。据报道，中国将很快推出新标准。
为什么 BA0102 锐钛型和 BA0103 金红石型二氧化钛需要进行后涂层处理？原因是经过涂层处理后，二氧化钛的水溶性降低，不易凝聚，吸油量减少，白度、电阻率、消色力、遮盖力、颜料研磨分散性、涂料储存稳定性、漆膜耐水性、耐光性、耐候性和耐久性均得到改善，从而提高了二氧化钛的质量。
在中国，无论采用硫酸法还是氯化法，制备的金红石型钛白粉质量均低于进口的金红石型钛白粉，如R-930和R-902，主要体现在低着色力、低遮盖力和耐候性差。性能差，油分散性差，吸油量高。因此，国产金红石钛白粉仍然能够抵御进口金红石钛白粉的竞争，甚至每年进口大量金红石钛白粉。
2. 色素级二氧化钛的性质和用途
颜料级二氧化钛具有高折射率、强脱色力、大遮盖力、良好分散性、良好白度、无毒性、稳定的物理和化学性质，以及优异的光学和电学性能。因此，其用途非常广泛，油漆、塑料（9170，-40.00，-0.43%）、纸张、化学纤维、油墨、橡胶（11360，-165.00，-1.43%）、化妆品等都应使用颜料级二氧化钛。用量最大的是油漆，占约57%。特别是金红石型二氧化钛大多被涂料行业消耗。随着中国汽车工业、建筑业和水性涂料的快速崛起，涂料行业不仅在数量上需要更多的二氧化钛，而且对质量要求更高，品种更多。
金红石型二氧化钛的折射率为2.76，而锐钛型二氧化钛的折射率为2.55。遮盖力由颜料的折射率与介质的折射率之间的差异决定，其相对值可以根据公式计算。金红石型二氧化钛的反射系数比锐钛型二氧化钛高25%到30%，这表明如果具有与锐钛型二氧化钛相同的遮盖力，则金红石型二氧化钛的用量可以减少25%到30%。此外，金红石型二氧化钛结构紧密，相对稳定，光化学活性低，耐紫外线，户外不易粉化，耐候性和光泽优于锐钛型二氧化钛。因此，它广泛用于各种高档船舶、桥梁、汽车、建筑及其他户外涂料，占涂料的约70%，而锐钛型二氧化钛易粉化且易黄变。对于室内涂料或底漆，其用量仅占涂料中二氧化钛用量的30%。
3. 顏料級二氧化鈦在塗料中的作用
涂层是一种由粘合剂、颜料、填料、溶剂和助剂组成的粘性悬浮液。它涂覆在物体表面，形成坚韧的涂层膜，以保护和维护物体。
油漆中的颜料具有一定的遮盖力，不仅可以覆盖被涂物表面的原色，还可以赋予涂层膜以鲜艳的色彩，实现美观和装饰。同时，颜料与固化剂紧密结合，融为一体，可以增强涂层膜的机械强度和附着力，防止开裂，增加涂层膜的厚度，防止紫外线和湿气的渗透，提高涂层膜的耐老化性，延长膜的使用寿命。
无论是溶剂型还是水性涂料，如果使用二氧化钛，其作用不仅是覆盖和装饰，还重要的是改善涂层的物理化学性质，增强化学稳定性，甚至提高遮盖力、颜色还原和耐腐蚀性。它耐光和耐候性，增强漆膜的机械强度和附着力，防止开裂，防止紫外线和湿气的传递，延缓老化并延长漆膜的寿命。同时，它还可以节省材料并增加品种。
在颜料中，白色颜料是使用最广泛的，白色涂料和浅色涂料都使用。因此，白色颜料在涂料中的使用量远远超过其他颜料。涂料中常用的白色颜料有锌白、锌白、钛白等。由于某些合成树脂涂料的聚合度较大，如果加入锌白，锌白呈碱性，涂料中的游离脂肪容易因耐酸性而增稠；如果加入锌白，耐候性较差。然而，使用钛白可以改善上述缺点。因为钛白颗粒细小均匀，光化学稳定性高。在遮盖力方面，金红石型钛白是锌白的7倍，是锌白的5.56倍，锐钛型钛白是锌白的5.57倍。在着色力方面，金红石型二氧化钛是锌白的8.3倍，是锌白的6.25倍，锐钛型钛白是锌白的6.4倍，是锌白的4.8倍。在使用效果方面，1吨钛白相当于至少4吨锌白；在使用寿命方面（指户外耐粉化性），使用钛白颜料的涂料比使用锌白颜料的涂料高三倍。因此，使用钛白可以大大减少整个涂料中的颜料用量，同时涂料明亮，不易发黄，耐光、耐热、耐磨、耐风化、耐碱、耐硫、耐稀酸。正因为钛白比锌白和锌白性能优越，已成为涂料生产中最好的白色颜料。钛白的用量占涂料总颜料的90%以上，占涂料白色颜料的95%以上。它占涂料原材料成本的10%到25%。
2024年05月29日 11:58:28
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