鈦白粉的性質(zhì)

1、鈦白粉的性質(zhì) 北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院喬輝鈦白粉的性質(zhì)n晶體性質(zhì)n物理性質(zhì)n化學(xué)性質(zhì)n光學(xué)性質(zhì)晶體性質(zhì)n鈦白粉： 學(xué)名：二氧化鈦 英文名：Titanium Dioxide 分子式：TiO2結(jié)晶形態(tài)金紅石型和銳鈦型二氧化鈦的晶型結(jié)構(gòu)示意圖。TiOTiO2 2 PigmenT PigmenT. nOT all TiO. nOT all TiO2 2 are alike! are alike!不是所有鈦白粉都是一樣的不是所有鈦白粉都是一樣的二氧化鈦的結(jié)晶特征及物理常數(shù)物性金紅石型銳鈦型結(jié)晶系四方晶系四方晶系相對密度4.1折射率2.762.55莫氏硬度6-75.5-6電容率11

2、431熔點(diǎn)1858高溫時轉(zhuǎn)變?yōu)榻鸺t石型晶格常數(shù)A軸0.458,c軸0.795A軸0.378,c軸0.949線膨脹系數(shù)25/a軸7.1910-62.8810-6c軸9.9410-66.4410-6熱導(dǎo)率1.80910-3吸油度16481830著色強(qiáng)度1650190012001300顆粒大小光的吸收譜圖光的吸收譜圖銳鈦型和金紅石型鈦白粉在紫外線，可見光，紅外線區(qū)域的反射銳鈦型和金紅石型鈦白粉在紫外線，可見光，紅外線區(qū)域的反射 (after Kampfer, 1973.)n，金紅石型在高能 （較短波長）吸收輻射能較銳鈦型大，換句話說，對于金紅石型鈦白粉，在具有很強(qiáng)殺傷力的UV-波長

3、段內(nèi)（350-400nm），它對紫外線的反射率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于銳鈦型鈦白粉，在這種情況下，它對周圍的成膜物、樹脂等身上所要分擔(dān)的紫外光線就要少得多，那么這些有機(jī)物的使用壽命就長，這就是說，為什么通常所說的金紅石型鈦白粉的耐候性要比銳鈦型好之原因所在 金紅石型金紅石型鈦白粉鈦白粉 金紅石金紅石(R)(R)型鈦白粉型鈦白粉 銳鈦銳鈦(A)(A)型鈦白粉型鈦白粉原子結(jié)構(gòu)原子結(jié)構(gòu)較緊密較緊密折射系數(shù)折射系數(shù)(2.73)(2.73)2.552.55遮蓋力遮蓋力更高更高調(diào)色能力調(diào)色能力更強(qiáng)更強(qiáng) (10 - 30%)(10 - 30%)耐候能力耐候能力更好更好 穩(wěn)定型穩(wěn)定型更好更好密度密度3.75 - 4.153

4、.75 - 4.153.7 - 3.83.7 - 3.8色相色相較藍(lán)較藍(lán)磨耗能力磨耗能力較低較低銳鈦型(松散)金紅石型 (緊密)物理性質(zhì)n相對密度 n熔點(diǎn)和沸點(diǎn) n介電常數(shù) n電導(dǎo)率 n硬度n吸濕性 n熱穩(wěn)定性 相對密度n在常用的白色顏料中，二氧化鈦的相對密度最小，同等質(zhì)量的白色顏料中，二氧化鈦的表面積最大，顏料體積最高。 表 常見白色顏料的相對密度顏料名稱相對密度/(g/cm3)顏料名稱相對密度/(g/cm3)銳鈦型二氧化鈦3.83.9硫酸鉛6.46.6金紅石型二氧化鈦4.24.3氧化鋅5.55.7板鈦型二氧化鈦4.124.23鋅鋇白4.24.3堿式碳酸鉛6.86.9硫化鋅4.0熔點(diǎn)和沸點(diǎn)n

5、由于銳鈦型和板鈦型二氧化鈦在高溫下都會轉(zhuǎn)變成金紅石型，因此板鈦型和銳鈦型二氧化鈦的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)實(shí)際上是不存在的。只有金紅石型二氧化鈦有熔點(diǎn)和沸點(diǎn)，金紅石型二氧化鈦的熔點(diǎn)為1850、空氣中的熔點(diǎn) (1830土15)、富氧中的熔點(diǎn)1879，熔點(diǎn)與二氧化鈦的純度有關(guān)。金紅石型二氧化鈦的沸點(diǎn)為 (3200300)K，在此高溫下二氧化鈦稍有揮發(fā)性。介電常數(shù)n由于二氧化鈦的介電常數(shù)較高，因此具有優(yōu)良的電學(xué)性能。在測定二氧化鈦的某些物理性質(zhì)時，要考慮二氧化鈦晶體的結(jié)晶方向。例如，金紅石型的介電常數(shù)，隨晶體的方向不同而不同，當(dāng)與C軸相平行時，測得的介電常數(shù)為180，與此軸呈直角時為90，其粉末平均值為114。銳

6、鈦型二氧化鈦的介電常數(shù)比較低只有48 。電導(dǎo)率n二氧化鈦具有半導(dǎo)體的性能，它的電導(dǎo)率隨溫度的上升而迅速增加，而且對缺氧也非常敏感。例如，金紅石型二氧化鈦在20時還是電絕緣體，但加熱到420時，它的電導(dǎo)率增加了107倍。稍微減少氧含量，對它的電導(dǎo)率會有特殊的影響，按化學(xué)組成的二氧化鈦(TiO2)電導(dǎo)率10-10s/cm，而TiO1.9995的電導(dǎo)率只有10-1s/cm。n金紅石型二氧化鈦的介電常數(shù)和半導(dǎo)體性質(zhì)對電子工業(yè)非常重要，該工業(yè)領(lǐng)域利用上述特性，生產(chǎn)陶瓷電容器等電子元器件。硬度n按莫氏硬度10分制標(biāo)度，金紅石型二氧化鈦為66.5，銳鈦型二氧化鈦為5.56.0，因此在化纖消光中為避免磨損噴絲

7、孔而采用銳鈦型 。吸濕性n二氧化鈦雖有親水性，但吸濕性不太強(qiáng)，金紅石型較銳鈦型為小。n二氧化鈦的吸濕性與其表面積的大小有一定關(guān)系，表面積大，吸濕性高。n二氧化鈦的吸濕性也與表面處理及性質(zhì)有關(guān)。熱穩(wěn)定性n二氧化鈦屬于熱穩(wěn)定性好的物質(zhì)項(xiàng)目銳鈦型金紅石型相對密度(g/cm3)表觀密度(g/cm3)莫氏硬度介電常數(shù)熔點(diǎn)/空氣中熔點(diǎn)/富氧中熔點(diǎn)/沸點(diǎn)/K比熱容(25)/kJ/(kgK)導(dǎo)熱率/W/(mK)0.75.06.0480.711.800.86.07.0114185018301518791532003000.710.620熔解熱/(kJ/mol)生成熱/(kJ/

8、mol)潤濕熱/(J/cm2)摩爾標(biāo)準(zhǔn)熱容/J/(mol)摩爾標(biāo)準(zhǔn)熱焓/J/(mol)摩爾標(biāo)準(zhǔn)熵/J/(mol)升華熱(25)/J/g摩爾標(biāo)準(zhǔn)自由能/(kJ/mol)汽化熱/J/g熒光性64931.4-944.556.9849.9950.4-944.57264.1-889.33768.1314沒有64931.4-944.55.510-556.4850.241.5-917.166.3強(qiáng)化學(xué)性質(zhì)n二氧化鈦的化學(xué)性質(zhì)極為穩(wěn)定，是一種偏酸性的兩性氧化物。常溫下幾乎不與其他元素和化合物作用，對氧、氨、氮、硫化氫、二氧化碳、二氧化硫都不起作用。也不溶于水、稀酸及弱無機(jī)酸，在某些堿類的水溶液中的溶解度見表5

9、-5。二氧化鈦在某些堿類中的溶解度 溶劑TiO2的溶解度/(mg/L)溶劑TiO2的溶解度/(mg/L)10%NaOH溶液36%NaOH溶液10%KOH溶液40%KOH溶液10%NaHCO3溶液20256010030045070090025030%K2CO3溶液飽和KHCO3溶液飽和Na2CO3溶液飽和K2CO3溶液207000不溶300n鈦白粉元素，能溶于氫氟酸，生成氟鈦酸，其反應(yīng)方程式如下：nTiO2 + 6HF = H2TiF6 + 2H2On在長時間煮沸的情況下，溶于濃硫酸，生成硫酸鈦或硫酸氧鈦，其反應(yīng)方程式如下：nTiO2 + 2H2SO6 = Ti(SO4)2 + 2H2OnTiO

10、2 + H2SO6 = TiO（SO4）2 + H2On能溶于堿，如強(qiáng)堿（氫氧化鈉、氫氧化鉀）或堿金屬碳酸鹽（碳酸鈉、碳酸鉀）熔融，可轉(zhuǎn)化為可溶于酸的鈦酸鹽，其反應(yīng)方程式如下：nTiO4 + 4NaOH = Na2TiO4 + 2H2On懸浮在某些有機(jī)介質(zhì)中的鈦白粉，在光和空氣的作用下，可循環(huán)地被還原與氧化而導(dǎo)致介質(zhì)的被氧化，這一種光化學(xué)活性，在紫外線照射下銳鈦型鈦白粉尤為明顯，這一種性質(zhì)使鈦白粉既是某些無機(jī)化合物的光敏氧化催化劑，又是某些有機(jī)化合物光敏還原催化劑。光學(xué)性質(zhì)n折射率(Refractive index)n二氧化鈦粒子大小和散射強(qiáng)度（scattering power） n二氧化鈦粒

11、子大小對制品顏色的影響 n遮蓋力（Hiding Power ）n不透明度（Opacity） n光澤 n著色力（消色力）n著色底相（Undertone） n吸油量（Oil absorption） n白度（whiteness）n顏料體積濃度PVC（pigment volume concentration） 折射率(Refractive index)n折射率是光線通過兩個在光學(xué)上不同介質(zhì)的界面時，光的速度發(fā)生變化而改變?nèi)肷浞较虍a(chǎn)生折射，這時光線入射角的正弦與折射角的正弦比值(sin/sin)稱為折射率，又稱折光指數(shù)。 n折射率隨物質(zhì)的化學(xué)組成、晶體結(jié)構(gòu)及光的波長不同而改變。n當(dāng)光射過兩個折射率相同的

12、介質(zhì)時，不發(fā)生折射，這時光全部從第一種介質(zhì)進(jìn)入第二種介質(zhì)，介質(zhì)就呈現(xiàn)透明狀態(tài)；n當(dāng)光從一種折射率低的介質(zhì)中射入另一種高折射率的介質(zhì)時，在這兩種介質(zhì)的界面處，一部分光經(jīng)過折射進(jìn)入后一種介質(zhì)，而另一部分光則在界面處發(fā)生反射，這使后一種介質(zhì)變?yōu)椴煌该?，這就起到了遮蓋作用，這兩種介質(zhì)的折射率相差越大，這種效果就越顯著。白色顏料折射率基料或介質(zhì)折射率硅藻土1.45真空1.0000二氧化硅1.41-1.49空氣1.0003碳酸鈣1.63水1.3330重晶石1.64聚醋酸乙烯酯樹脂1.47陶土（白土）1.65大豆油1.48硅酸鎂1.65精制亞麻仁油1.48立德粉1.84乙烯樹脂1.48氧化鋅2.02壓克力樹

13、脂1.49堿性碳酸白粉1.94-2.09桐油1.52氧化銻2.09-2.29氧化大豆油醇酸樹脂1.52-1.53硫化鋅2.37苯乙烯丁二烯樹脂1.53銳鈦型二氧化鈦 2.5570/15/15醇酸/三聚氰胺/尿素1.54金紅石二氧化鈦 2.7375/25醇酸/三聚氰胺1.55二氧化鈦折射倍數(shù)差異如何影響不透明度n在右圖中，含高折射率倍數(shù)的二氧化鈦的薄膜中，光的曲折比在含低折射倍數(shù)二氧化鈦的薄膜中大，因此，光走的路徑較短，且沒有穿透的那么深。這兩個薄膜都顯得白色且不透明，因其沒有吸光粒子，且實(shí)際上所有的入射光都會返回表面。然而，若在一個較薄的薄膜中（圖5-6-2），圖左中含高折射倍數(shù)的二氧化鈦的薄

14、膜仍然顯現(xiàn)白色及不透明，而圖右中含低折射倍數(shù)二氧化鈦的薄膜則允許少量的光線完全地透過，而為黑色背景所吸收，這薄膜就無法完全不透明，且和白色薄膜相較之下顯得灰色。折射示意圖n圓球表示浮懸于低折射倍數(shù)之樹脂中的二氧化鈦微粒。當(dāng)光線通過二氧化鈦微粒，由于材料中顏料粒子與基料折射率不同, 當(dāng)光線穿越后、會產(chǎn)生曲折現(xiàn)象。光在高折射倍數(shù)的二氧化鈦微粒內(nèi)行進(jìn)的速度遠(yuǎn)慢于光在低折射倍數(shù)樹脂內(nèi)的行進(jìn)速度。不同折射率粒子折射性能比較n高折射率的材料反射作用強(qiáng)，低折射率的材料反射作用高折射率的材料反射作用強(qiáng)，低折射率的材料反射作用弱。弱。小粒子周圍的光線衍射（繞射 ）n上圖所示為繞射現(xiàn)象。行進(jìn)路線靠近二氧化鈦粒子的

15、光線受到彎曲，而分開散射到許多方向。這一現(xiàn)象說明顏料在其臨近區(qū)域?qū)獾纳⑸淠芰?shù)倍于其粒子橫截面內(nèi)。折射率不同的幾種白色顏料的不透明性差異 TiOTiO2 2 PigmenT PigmenT . OPaciTy is high /. OPaciTy is high / 高遮蓋力高遮蓋力 clayclay ZnOZnOTiO2TiO2. reflecTiviTy (brighTness) is . reflecTiviTy (brighTness) is high .high .高反射率（亮度）高反射率（亮度） . chemically inerT . chemically inerT . 化學(xué)

16、惰性化學(xué)惰性TiO2和其他白色顏料的相對遮蓋力 散色力與顆粒大小和波長的關(guān)系散色力與顆粒大小和波長的關(guān)系chlOride TiO2chlOride TiO2/ /氯化法氯化法nOn-chlOride TiO2/nOn-chlOride TiO2/非氯化法非氯化法chlOride PrOcess is a “Purer” PrOcesschlOride PrOcess is a “Purer” PrOcesscie lab cOlOr scalecie lab cOlOr scalebrighTnessbrighTness亮度亮度國際照明委員會標(biāo)準(zhǔn)國際照明委員會標(biāo)準(zhǔn)氯化法工藝純度較高。氯化法工藝

17、純度較高。n曲線表明R型二氧化鈦對藍(lán)色、綠色和紅色光線的相對散射能力為二氧化鈦粒子大小的函數(shù)。在0.2m處，各波長光線散射的總和就增至最大。當(dāng)粒子增加至0.250.30m之間時，藍(lán)色光線的散射迅速減少，但綠色和紅色光線的散射卻相對地不變。在0.15m處對于藍(lán)色光線的最大散射，光譜中紅色和綠色范圍內(nèi)的光線散射就顯著下降。n根據(jù)可見光譜長范圍400700nm，所以理想的二氧化鈦粒徑應(yīng)0.20.5m，但是人們的視覺總認(rèn)為藍(lán)白色比純白色更白，因此都傾向于生產(chǎn)0.2m粒徑左右的二氧化鈦，從這一點(diǎn)來講消除金紅石型二氧化鈦固有黃相是有可能的。從圖5-12可以看出0.2m的小粒徑比0.3m的大粒徑能反射更多的

18、藍(lán)光和綠光而顯得更白。表5-7為二氧化鈦在不同波長下的最佳粒徑。 不同波長下的白色顏料的最佳粒徑不同波長下的白色顏料的最佳粒徑/m顏料藍(lán)光450nm綠光560nm紅光590nm金紅石型TiO20.1400.1920.205銳鈦性TiO20.1580.2150.230氧化鋅（ZnO）0.2750.3890.416硫酸鋇（BaSO4）1.071.301.36碳酸鈣（CaCO3）1.441.741.8450% TiO2與CaSO4復(fù)合顏料0.1930.2670.28530% TiO2與CaSO4復(fù)合顏料0.2600.3600.383二氧化鈦粒子大小對制品顏色的影響 n在白色光全不透明的塑料中，鈦白粉

19、粒子的大小對顏料沒有什么影響，因?yàn)?，所有撞擊在其表面的光皆完全地被反射回去，如圖5-13所述。n圖中，有最短波長及最短散射路徑的藍(lán)光和有最長波長及最長散射路徑的紅光皆完全反射，其視覺效果都是一樣的，仿佛所有光的行進(jìn)路徑都是一樣長的。n對于一個半透明的白色薄膜而言，二氧化鈦粒子的大小，對透射光及反射光的顏色均有影響?？紤]透過，當(dāng)粒子小時透過光大部分的藍(lán)光被反射，而有更多的黃光被透過去。基于此，如果想讓藍(lán)光透過去，顆粒大的鈦白粉較顆粒小的鈦白粉更為適用。n）。光線在灰色塑料中的散射和吸收n如果把一種吸光顏料，如炭黑，加入含鈦白粉的塑料中，如圖5-14，即波長較長的紅光被吸收的幾率較大。在這種情況下

20、，縮小鈦白粉粒子的大小會降低紅光的散射而提高藍(lán)色度，這種現(xiàn)象是光對二氧化鈦散射的固有特性，稱為底色（undertone遮蓋力（Hiding Power） n遮蓋力是指當(dāng)一件物料涂以某種涂料時，涂料中的顏料能遮蓋被涂物體表面的底色，使這底色不能再透過涂料而顯露出來的能力。n如果要涂同一塊表面，所用顏料的遮蓋力越大，則需用的顏料量便越少，遮蓋力的表示方法是每平方厘米被涂物體的表面積，在達(dá)到完全被遮蓋時，需用顏料的最低質(zhì)量。）被涂物體表面積（）顏料質(zhì)量（遮蓋力2cmgn顏料的遮蓋力越大，則這個數(shù)值就越小。n遮蓋力也可以用每克顏料能遮蓋被涂物體的表面積來表示，就是上一種表示方法的倒數(shù)。這種方法表示的顏

21、料遮蓋力越大，則其數(shù)值便越大，涂膜可以越薄，所需的涂料量便越小。油漆的遮蓋能力可以定義為其遮蓋背景對比顏色的能力。遮蓋效應(yīng)主要是由于二氧化鈦導(dǎo)致的散射、或由于有色物質(zhì)的存在而引起的吸收或者以上兩種原因以使入射光強(qiáng)度減退時，就出現(xiàn)遮蓋現(xiàn)象。n光散射引起的完全遮蓋 n光吸收引起的完全遮蓋 n不完全遮蓋 n二氧化鈦顏料在工業(yè)中最重要的作用，在于利用它被分散到介質(zhì)中的不透明性能，從而達(dá)到遮蓋的效果。n顏料的遮蓋力不僅取決于它的晶體結(jié)構(gòu)、折射率和對光的散射能力，而且也取決于它對光的吸收能力。但是二氧化鈦和其他白色顏料一樣，由于它對光的吸收能力很小，雖然光的吸收對遮蓋力有影響，但沒有散射能力影響大，因此其

22、遮蓋力主要受散射力的影響，和著色力一樣也受顏料的折射率、粒徑、粒徑分布和分散性能的影響。n折射率大的顏料有較大的遮蓋力(HP)，從下式可以看出，遮蓋力與面積成正比，顏料與展色劑的折射率之差越大，遮蓋力也越高。 HPm20.16(np-nb)2 式中 HP遮蓋力 np顏料的折射率 nb展色劑的折射率 m為Lorentz指數(shù)，m=0.4(np-nb)n從上式可以看出，如果兩者折射率相等，涂膜即呈現(xiàn)透明。因此同一種顏料的遮蓋力應(yīng)該隨基料 (展色劑)的不同而不同，但是不同基料的折射率差異不大，所以一般情況下不同基料引起的遮蓋力差異也不大。常見白色顏料遮蓋力的相對值顏料名稱遮蓋力相對值顏料名稱遮蓋力相對

23、值金紅石型二氧化鈦100三氧化二銻 14銳鈦型二氧化鈦78碳酸鉛10硫酸鋅38硫酸鉛9立德粉18硅酸鉛8氧化鋅14折射率隨光的波長變化而變化 二氧化鈦的折射率在可見光藍(lán)光末端折射率增加，在黃光和紅光波長區(qū)域內(nèi)折射率有所降低，因而用二氧化鈦制成的帶有黃、紅色調(diào)的涂料的遮蓋力，要比制成帶藍(lán)、灰色調(diào)涂料的遮蓋力要低一些。影響二氧化鈦遮蓋力主要因素（1）二氧化鈦晶體本身的折射率，鈦白粉的折射率是白色顏料中最高的。因此，從理論上來說，它的遮蓋力也是最高的。（2）二氧化鈦顆粒大小、顆粒結(jié)構(gòu)和分散程度影響其遮蓋力。 在大于可見光半波波長的范圍內(nèi)，粒徑越細(xì)，顆粒結(jié)構(gòu)越光滑，分散性越大，則遮蓋力辯越大。但它有一

24、定的限度。當(dāng)平均粒徑為0.2m時，遮蓋力最大，小于可見光波長一半時，則由于晶體對光的透明性使遮蓋力反而下降。由此可見，粒子過大過小都不好。不透明度（Opacity）n不透明度是指光對顏料顆粒不能通過的程度不透明度是指光對顏料顆粒不能通過的程度。就二氧化鈦本身而言，不透明度主要取決于其折射率和粒度。其光學(xué)本質(zhì)是二氧化鈦與周圍介質(zhì)折射率之差造成的。當(dāng)二氧化鈦的折射率和基料的折射率相等時就是透明的；當(dāng)二氧化鈦的折射率大于基料的折射率，就出現(xiàn)了不透明，兩者差距越大，不透明度越強(qiáng)。n不透明度主要決定于 折射率 結(jié)晶大小 粒子大小 二氧化鈦含量TiOTiO2 2 OPaciTy/ OPaciTy/遮蓋遮蓋

25、力力- resulT Of The ParTicle siZe disTribuTiOn- resulT Of The ParTicle siZe disTribuTiOnandand- The refracTive index Of TiO2- The refracTive index Of TiO2受粒徑分布和折射指數(shù)影響受粒徑分布和折射指數(shù)影響“tones out” yellow resin colorsundertone theresult of particlesize & distributionTransmitted/透射透射Reflected/反射反射Particle

26、Size Characteristics受粒徑影響的特性受粒徑影響的特性粒徑分布影響色調(diào)粒徑分布影響色調(diào)樹脂黃色色調(diào)樹脂黃色色調(diào)光澤 n物體的光澤度是指物質(zhì)對投射來的光線的反射能力，反射能力越強(qiáng)，光澤度越大。n在實(shí)際應(yīng)用中顏料只是涂料組分中的一種，顏料本身無光澤，涂膜才有光澤n實(shí)際生產(chǎn)中顏料特征的影響決定了涂膜的光澤。n二氧化鈦的反射率與公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)氧化鎂接近，可達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)氧化鎂的96%98%。n由于二氧化鈦既有高的不透明度，又有高的反射率，所以經(jīng)它著色后的材料色調(diào)鮮明。影響二氧化鈦顏料成膜后光澤度的主要原因n粒徑n分散性 粒徑很細(xì)，均勻的分散到漆料中，則涂抹平整、光滑如鏡，光澤度就好； 粒徑過粗

27、，涂膜粗糙，光澤度就會降低，并會帶有其他底色，著色后色調(diào)發(fā)暗。 評價涂料的光澤雖然不完全客觀，但不同觀測人員作出的視覺分級通常有合理的相互關(guān)系。討論光澤的肉眼觀察結(jié)果時，往往發(fā)現(xiàn)評價光澤時至少會使用下述中的項(xiàng)條件。 n像的清晰度(雙眼注視在板后的虛像上) n表面的可見度或外觀(雙眼注視在板的表面上) n光像和暗像的對比亮度。 n對經(jīng)室外暴曬或老化了的涂層進(jìn)行原始光澤及光澤保留度之分級，一般也使用儀器在入射光一個或幾個角度測量鏡面反射率。鈦白粉分散程度和粒徑分布顏料特性n基本上，光澤是樹脂基料的一種性質(zhì)。但是，要認(rèn)識基料的光澤性，就必須避免在油漆膜上含有足以產(chǎn)生顯微表面粗糙的顏料粒子（往往稱為微

28、粒）。要選擇適當(dāng)?shù)亩趸伷芳?，顏料分散的正確配方，正確的研磨方式以及設(shè)計得好的研磨步驟，這些條件對達(dá)到最后光澤度起很大作用，見圖5-16。還有烤漆在制造，儲存應(yīng)用和固化期中會遇到各種條件都能影響最后光澤。下面列出其中的某些因素。 影響光澤的某些因素 n制制 造造 研磨的細(xì)度。研磨機(jī)類型也許影響研磨細(xì)度，但在很小的粒度范圍內(nèi)，不容易測出。原料的種類。顏料與基料的比例。n儲儲 存存 顏料逐漸潤濕或發(fā)生凝聚作用。沉降的粗粒子重新?lián)胶闲阅懿睢Ｒ鸫掷锷稍砦锍删w。粘度逐漸的增加。n應(yīng)應(yīng) 用用 底材的平滑度。漆料摻入底材的損失?；嫌傻灼嶂斜蝗艹?。使用時剪應(yīng)力的大小。由于使用特殊的上漆方法，產(chǎn)生了不

29、同程度的流平性成流動性。例如噴涂后產(chǎn)生橘皮?；覊m污染。漆膜厚度。著色力（消色力） n著色力是二氧化鈦的重要特性指標(biāo)，就是二氧化鈦與另一種顏料混合后，能夠得到混合物顯示它本身顏料的能力。有時為了區(qū)別白色顏料和著色顏料，把著色顏料的著色能力稱為著色力，把白色顏料的著色能力稱為消色力，也就是說對白色顏料而言，它與一深色顏料混合后，混合物的顏色越淺，表示它的消色力越強(qiáng)。 消色力的測定方法有兩種：n（1）相對消色力法：通常是將樣品（鈦白粉）和另一種作為標(biāo)準(zhǔn)樣的樣品（鈦白粉）分別與展色劑（ 與炭黑）混合后，用亞麻仁油研磨，然后將樣品與標(biāo)準(zhǔn)樣品比較顏色的深淺，樣品達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)樣品的百分率。n（2）國外商業(yè)上有時

30、習(xí)慣用雷諾值（Ranolds）表示著色力。雷諾值是將炭黑和群青與油加入等量的標(biāo)樣和試樣中，直到二者明度一致時，根據(jù)試樣中所加入著色劑的量，在已標(biāo)定的指數(shù)表中讀取相應(yīng)的數(shù)值。在用二氧化鈦與有色顏料進(jìn)行配色時，著色力（消色力）高的二氧化鈦用的數(shù)量較少。n著色力是顏料對光的吸收和散射的結(jié)果。二氧化鈦是一種白色顏料，對光的吸收非常小，不像有色顏料，光的吸收起著重要的作用，因此其著色力（消色力）的大小，主要取決于它對可見光的散射能力，散射力大，著色力（消色力）高。因此它與白度不一樣，白度是吸收系數(shù)K和散射系數(shù)S二者的函數(shù)，而著色力（消色力）僅僅是散射系數(shù)S的函數(shù)。從表5-9種可以看出，二氧化鈦在白色顏料

31、中折射率最高，因而著色力（消色力）也高于其他白色顏料，2種晶型的二氧化鈦，由于金紅石型折射率比銳鈦性的著色力大，著色力（消色力）也高于銳鈦型二氧化鈦。 常用白色顏料折射率與著色力對比表顏料名稱折射率著色力（雷諾值）顏料名稱折射率著色力（雷諾值）金紅石型二氧化鈦2.71 16501700鋅白2.03300銳鈦型二氧化鈦2.55 12001300鉛白1.99300消失力的幾個有關(guān)因素： 1 散射能力和折射率 2 粒子的大小、形狀、結(jié)構(gòu)和粒度分布 消色力隨著粒徑的減小和粒度均勻性的增加而增大。 3 制備條件著色底相（Undertone） n著色底相又稱灰漆色調(diào)，或底層色相。它受二氧化鈦的平均粒經(jīng)及其

32、散射能力的大小影響十分明顯，不同的粒徑在不同的波長下會呈現(xiàn)不同的色調(diào)，可以用下式表示： 底色=藍(lán)色調(diào)/紅色調(diào)n當(dāng)二氧化鈦的平均粒徑為0.2m時，它對可見光中短波藍(lán)光（400nm）有較強(qiáng)的散射力，底層色相帶有較微的藍(lán)相，當(dāng)二氧化鈦的平均粒徑在0.4m時，它對可見光中的長波紅光（700nm）有較強(qiáng)的散射力，底層色相帶有較微的紅相。n在取色時，使用正確底色的鈦白粉對精確取色而言，至為重要。這種底色差很難用顏料的顏色來補(bǔ)救。吸油量（Oil absorption） n顏料的吸油量是指每100g顏料，在達(dá)到完全潤濕時需要用油的最低質(zhì)量，吸油量常用百分率來表示。n 吸油量也是鈦白粉的重要顏料性質(zhì)之一，因?yàn)樗?/p>

33、涉及到鈦白粉在展色劑中的填充狀態(tài)，并能說明它在介質(zhì)中的分散性能。在涂料工業(yè)中用于油漆混煉前估計涂料的稠度，指導(dǎo)涂料的配方，并可以按下式初步推算其顏料體積濃度 (PVC)。ppbbOAOAPVC01. 0935. 05 .9301. 0100n式中 OA吸油量 (捏合法)，9/100g；n b展色劑的相對密度 (亞麻仁油0.935g)，g/cm3；n p顏料的相對密度，g/cm3。n由于吸油量的操作是手工操作，終點(diǎn)靠肉眼和觸覺來觀察，所以帶有一點(diǎn)定性的性質(zhì)。目前比較通用的吸油量測定方法，是當(dāng)顏料被油 (一般為亞麻仁油)濕潤成為不破裂，不分散，能被刮刀刮起來的油灰 (膩?zhàn)?狀的膏狀物時為終點(diǎn)。這個

34、終點(diǎn)可以理解為，顏料粒子表面被油包覆，粒子之間的孔隙也充滿了油時為終點(diǎn)。另外一種方法(Gardner-Coleman法)是用油濕潤到能流動時為終點(diǎn)，相當(dāng)于流點(diǎn)(Flowpoint)，當(dāng)然這種方法測到的結(jié)果偏高 影響吸油量的因素較多n粒子小，比表面積大，粒子表面所包覆的油多，吸油量高;n凝聚和絮凝的顆粒多，粒子之間的間隙較大，間隙中所需要填充的油多，吸油量高;n片狀顆粒，在捏合時呈平行排列，孔隙小，吸油量低;n針狀或不規(guī)則形狀的顆粒，由于孔隙較大，吸油量高;n接近球形的顆粒，理論上吸油量在40%左右n兩種顆粒尺寸大小差距較大的顏料，按一定比例混合在一起，大粒子之間的孔隙被小粒子填充，所測到的吸油

35、量比原來2種粒子分別測出的吸油量還要低，但2種粒徑相當(dāng)?shù)念伭匣旌显谝黄饡r就無此現(xiàn)象發(fā)生。白度（whiteness） n顏色是由物質(zhì)對可見光中不同波長的光波被吸收程度不同而形成的。日光是由許多波長不同的光波組合而成，每一種波長的光具有它特定的一種顏色，各種不同顏色的光組合起來，就成為白色。n物體在可見光波長 ()在0.77一0.39m的電磁波下所呈現(xiàn)的不同顏色，是物體對可見光中不同波長的光波進(jìn)行不同程度的吸收和反射后所形成的。n所謂 “白度”，就是物質(zhì)對可見光吸收和反射兩部分之比，它又綜合了色調(diào)和亮度兩種光學(xué)效果，根據(jù)庫伯爾卡-芒克 (KubeIka-Munk)理論，無限厚的涂膜 (不透明膜)的

36、亮度或反射率R與顏料對光的吸收系數(shù)K和散射系數(shù)S呈如下函數(shù)關(guān)系。nR與K/S成反比，K減小，S增大，白度和亮度就增大 RRSK211/n影響二氧化鈦白度的因素是復(fù)雜的，在鈦白粉生產(chǎn)中，具有實(shí)際意義的是二氧化鈦中的雜質(zhì)含量和粒徑與粒徑分布。因此為了提高白度，除了盡可能地減少雜質(zhì)含量，提高化學(xué)純度，避免二氧化鈦晶格出現(xiàn)缺陷來降低K外，同時還要調(diào)整和控制二氧化鈦的粒徑和粒徑分布，增強(qiáng)其分散性，提高S才行。涂膜中二氧化鈦的光散射能、光吸收能及反射率與光線波長的關(guān)系 影響鈦白粉白度的主要因素：n（1）鈦白粉中有害雜質(zhì)的種類和含量，即使含量甚微，也會對白度產(chǎn)生明顯的影響，如鐵、鉻、鈷、鈰、銅、錳、釩、鉛等

37、。雜質(zhì)的有害影響，不僅由于混入雜質(zhì)本身的顯色作用，而且由于雜質(zhì)離子，尤其是重金屬離子的存在，使鈦白粉晶格曲線扭成變形失去對稱性而發(fā)生作用。金紅石型鈦白粉對雜質(zhì)的影響更為敏感，如氧化鐵在金紅石型鈦白粉中的含量大于0.003%時，就會呈現(xiàn)色彩，而在銳鈦型鈦白粉中的含量要大于0.009%才會發(fā)生色彩反應(yīng)。 雜質(zhì)影響TiO2顏色的極限值 氧化物相應(yīng)顯色目測TiO2對雜質(zhì)影響的極限值氧化物相應(yīng)顯色目測TiO2對雜質(zhì)影響的極限值PbO灰100CeO黃15V2O5灰?guī)\藍(lán)70CoO灰?guī)ⅫS7MnO灰30Cr2O3褐帶微黃1.5Fe2O3微黃30 2 鈦白粉顆粒的形狀、大小和粒度分布都會對白度產(chǎn)生影響。 鈦白

38、粉的顆粒形狀要求外形輪廓光滑，不帶棱角，因?yàn)閹Ю饨堑谋砻鏁p弱對光的反射。 粒子大小應(yīng)控制在0.20.4m之間。即相當(dāng)于可見光的波長范圍（0.40.7m）的一半，這樣才能獲得高的光散射能力，使其顏色顯得更白。其粒徑小于0.1m時，晶體則是透明的；當(dāng)粒徑太大時，即產(chǎn)品中含有少量（0.1%2%）粒徑為0.5m以上的大粒子，就會降低顆粒對光的散射能力，就可能對顏料性能產(chǎn)生非常有害的影響。對于粒徑分布，則要求均勻，分布帶要狹窄。 n鈦白粉出現(xiàn)不理想的晶格結(jié)構(gòu)和出現(xiàn)混晶現(xiàn)象。顏料體積濃度PVC（pigment volume concentration） n因?yàn)楦傻挠推崮な且环N三元結(jié)構(gòu)，各個成份之間的體積

39、關(guān)系，對油漆性能有重要作用。顏料體積濃度是油漆內(nèi)的全部顏填料對整個不揮發(fā)物的體積比。就白色油漆來說：%100%）膠粘劑體積顏料體積填充料二氧化鈦顏料體積（顏料體積濃度n在稱為臨界顏料體積濃度(Critical Pigment Volume Concentration, CPVC)的特定顏料體積濃度百分比時，油漆的許多物理性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì)會突然變化。般而言，臨界顏料體積濃度可以認(rèn)為是剛好有足夠的粘結(jié)劑涂蓋在顏料表面，填充顏料粒子之間的空隙時的顏料體積濃度。例如光澤、透氣性、多孔性、遮蓋力、著色強(qiáng)度和底彩這類性質(zhì)都與顏料體積濃度有直接關(guān)系。在各種顏料濃度時，粒子之間的間隔顏料體積濃度對散射系數(shù)和遮蓋

40、力消色力等性能的影響顏料體積濃度對散射系數(shù)和遮蓋力消色力等性能的影響n當(dāng)二氧化鈦的顏料體積濃度增加至10以上時，由于二氧化鈦粒子的聚集會使繞射光的散射效率減少,這個效應(yīng)的結(jié)果會使遮蓋力降低，我們可以通過在每單位面積的干漆膜中恒定鈦白粉的量(降低漆膜厚度)來證明，見圖10a。圖10b中的曲線則表示對干膜厚度在不變的情形之下增加其顏料體積濃度，雖然會失去部分散射效率，但仍會增加其遮蓋力。直到增加至大約25的顏料體積濃度為止，遮蓋力會因再加入二氧化鈦而減少，這是由于折射效率降低的速度比高濃度二氧化鈦所能補(bǔ)充的速度快，這個現(xiàn)象會持續(xù)到臨界顏料體積濃度為止，在這一點(diǎn)上，由于干膜平光遮蓋效應(yīng)，而使遮蓋力再

41、度增加。散射系數(shù)與顏料體積濃度的關(guān)系 顏料體積濃度與消色力的關(guān)系 遮蓋力與顏料體積濃度的關(guān)系 PVC含量對光澤度的影響 n從圖可見，顯示最高散射能的顏料體積濃度，隨著鈦白粉的粒徑大小變化。在顏料體積濃度較低的區(qū)域，散射取決于介質(zhì)單位體積中的鈦白粉粒子數(shù)。在某一顏料體積濃度，粒徑愈小含有的粒子數(shù)愈多，散射光就多。相應(yīng)地遮蓋力和消色力也較高。但在高顏料體積濃度區(qū)，由于粒子數(shù)甚多，粒子間距離減小，當(dāng)粒子間距小于入射光波長的一半時，光學(xué)上就不能實(shí)現(xiàn)逐粒析象的要求，以致產(chǎn)生粒子密集現(xiàn)象，使散射能降低。此時，粒徑大的粒子，單位體積中的粒子數(shù)少，不易產(chǎn)生密集現(xiàn)象，所以散射能較高。比較粒徑不同的二氧化鈦的遮蓋

42、力和消色力，可得到同樣的結(jié)果。表面處理與顏料體積濃度表面處理與顏料體積濃度n防止二氧化鈦粒子在高顏料含量系統(tǒng)中擁擠的一個方法，就是在顏料表面加上涂膜，表面涂膜作用就像物理性間隔片，保持相鄰的二氧化鈦粒子的間隔，使其在顏料濃度增加時，繞射光的散射效率損耗減至最小程度。單位重量或單位體積的有涂層顏料比未有涂層顏料含有較少的二氧化鈦。而有涂層顏料的光線散射能力在某些顏料體積濃度高的油漆中也較高。顏色、顏料體積濃度和粒子大顏色、顏料體積濃度和粒子大小小n粒子大小和二氧化鈦顏料體積濃度的綜合效應(yīng)對調(diào)色漆的顏色有很大的影響，如圖11所示。也許配色不當(dāng)，多半是由于使用粒子大小不當(dāng)?shù)亩趸佉约?或者沒有認(rèn)識

43、到色相（底彩）是隨著二氧化鈦濃度變化而改變，而不是由于著色顏料的不正確組合所致。顏料體積濃度和不透明度的關(guān)顏料體積濃度和不透明度的關(guān)系系二氧化鈦的PVC%、薄膜厚度和不透明度的關(guān)系見圖5-25。說明同一PVC%而薄膜愈厚其不透明度愈大。二氧化鈦的表面性質(zhì)及其設(shè)計. The TiO2 is . The TiO2 is almOsT readyalmOsT readyfOr use . buTfOr use . buT這時，這時，TiOTiO2 2 基本已可以使用了，基本已可以使用了，但是但是 energy frOm The sun is absOrbed/energy frOm The sun

44、is absOrbed/吸收太陽光吸收太陽光TiOTiO2 2 has PhOTO-acTiviTy/TiO has PhOTO-acTiviTy/TiO2 2具有光學(xué)活性具有光學(xué)活性 energy cOnverTed inTO elecTriciTy/ energy cOnverTed inTO elecTriciTy/光能轉(zhuǎn)電能光能轉(zhuǎn)電能energy reacTs wiTh envirOnmenT/energy reacTs wiTh envirOnmenT/能量與環(huán)境發(fā)生反應(yīng)能量與環(huán)境發(fā)生反應(yīng)沉積一層無機(jī)氧化物以隔絕表面沉積一層無機(jī)氧化物以隔絕表面 重要的是全部包覆重要的是全部包覆. O

45、rganic is blOcked . Organic is blOcked frOm surface frOm surface 有機(jī)物無法接觸表面有機(jī)物無法接觸表面. siO2 shell insulaTes. siO2 shell insulaTesThe TiO2 cOre The TiO2 cOre 二氧化硅層保護(hù)二氧化鈦核二氧化硅層保護(hù)二氧化鈦核. hOle and elecTrOn. hOle and elecTrOnrecOmbine wiThOuTrecOmbine wiThOuTescaPing escaPing 電洞和電子再結(jié)合無法釋出電洞和電子再結(jié)合無法釋出nO enca

46、PsulaTiOn : r-101nO encaPsulaTiOn : r-101無包覆：無包覆：r-101r-101silica encaPsulaTiOn : r-105silica encaPsulaTiOn : r-105二氧化硅的包覆：二氧化硅的包覆：r-105r-105AlAl2 2O O3 3SiOSiO2 2 ( ( 耐耐 候候 性性) ) 有有 機(jī)機(jī) 物物 表表 面面 處處 理理 潤潤 濕濕 分分 散散 分分 散散 性性 抗抗 絮絮 凝凝 易易 操操 作作 表表 面面 涂涂 層層 之之 功功 能能 表表 面面 涂涂 層層TiOTiO2 2 核核AlAl2 2O O3 3SiO

47、SiO2 2 有有 機(jī)機(jī) 物物 表表 面面 處處 理理 鈦鈦 白白 粉粉 設(shè)設(shè) 計計TiO2顏色底色遮蓋力TiO2無機(jī)氧化物氧化鋁氧化硅TiO2TiO2有機(jī)物成品成品粒徑 鈦鈦 白白 粉粉 設(shè)設(shè) 計計國外品牌與國內(nèi)品牌的差別n國內(nèi)：大多數(shù)廠家品種單一n國外：按照不同的用途量體裁衣以杜邦鈦白粉為例r-100r-100unTreaTed,unTreaTed, cream shade cream shade. largesT ParTicle siZe. . largesT ParTicle siZe. 無表面處理，帶黃口，具有最大粒徑無表面處理，帶黃口，具有最大粒徑r-101r-101unTrea

48、Ted,unTreaTed, neuTral shadeneuTral shade. . 無表面處理，中性的色口無表面處理，中性的色口r-102r-102bulk flOw TreaTed, bulk flOw TreaTed, blue TinT shadeblue TinT shade. . flOcculaTiOn resisTance flOcculaTiOn resisTance 具有適用于干粉的處理，具有適用于干粉的處理， 帶藍(lán)口，帶藍(lán)口， 抗絮凝抗絮凝r-103r-103PhOTOsTabiliZedPhOTOsTabiliZed, discOlOraTiOn resisTanc

49、e, , discOlOraTiOn resisTance, blue shadeblue shade. . 給予光化學(xué)穩(wěn)定的處理，給予光化學(xué)穩(wěn)定的處理， 抗色變，抗色變， 帶藍(lán)口帶藍(lán)口r-104r-104Organic TreaTed, excellenT PrOcessing and rheOlOgyOrganic TreaTed, excellenT PrOcessing and rheOlOgy, , blue TinT shadeblue TinT shade. . 有機(jī)處理，有機(jī)處理， 絕佳的加工性和流變性，絕佳的加工性和流變性， 帶藍(lán)口帶藍(lán)口r-105r-105Organic T

50、reaTed,suPeriOr durabiliTy,Organic TreaTed,suPeriOr durabiliTy,neuTral shadeneuTral shade 有機(jī)處理，有機(jī)處理， 絕佳的耐候性，絕佳的耐候性， 中性的色口中性的色口r-902/960r-902/960 high durabiliTy, high durabiliTy, cream shadecream shade. . 高耐候性高耐候性, , 帶黃口帶黃口chOice Of TiOchOice Of TiO2 2 TyPes TyPesbased On aPPlicaTiOn Of TiObased On

51、aPPlicaTiOn Of TiO2/2/根據(jù)二氧化鈦的應(yīng)用根據(jù)二氧化鈦的應(yīng)用chOice Of TiOchOice Of TiO2 2 TyPes TyPes二氧化鈦種類的選擇二氧化鈦種類的選擇Ti-Pure Ti-Pure grade grademed. ParTiclemed. ParTiclesiZe ( )siZe ( )underTOneunderTOneeffecTeffecTinOrganic cOaT.inOrganic cOaT.al2O3 ( % )al2O3 ( % )inOrganic cOaT.inOrganic cOaT.siO2 ( % )siO2 ( % )

52、Organic TreaTm.Organic TreaTm.c ( % )c ( % )wT % TiO2wT % TiO2min. valuemin. valuer-100r-1000.320.32creamcream1.71.7ninil l yes ( 0.2 %c)yes ( 0.2 %c)9797r-101r-1010.290.29neuTral/blueneuTral/blue1.71.7nilnilyes ( 0.2 %c )yes ( 0.2 %c )9797r-102r-1020.230.23very bluevery blue3.23.2nilnilyes ( 0.25 %c )yes ( 0.25 %c )9696r-103r-1030.230.23very bluevery blue3.2 ( 3.2 ( densedense ) )nilnilyes ( 0.25 %c )yes ( 0.25 %c )9696r-104