鈦白粉在涂料中的應(yīng)用與性能影響分析

鈦白粉，學(xué)名二氧化鈦（TiO?），是一種極為重要的白色無機(jī)顏料。與傳統(tǒng)白色顏料如鉛白、鋅白、鋅鋇白等相比，鈦白粉具有折射率高、遮蓋力強(qiáng)、消色力大、分散性好、白度高且無毒環(huán)保等一系列優(yōu)異性能，因此被譽(yù)為“白色顏料之王”。目前，鈦白粉被廣泛應(yīng)用于涂料、塑料、油墨、造紙、化纖、陶瓷等多個領(lǐng)域，其中涂料行業(yè)是鈦白粉最大的應(yīng)用市場，用量約占總消費量的 57%。

涂料（俗稱油漆）是通過不同施工方式涂覆在物體表面，形成具有一定強(qiáng)度和附著力的連續(xù)固態(tài)薄膜，用于實現(xiàn)保護(hù)、裝飾及功能性增強(qiáng)的材料體系。本文將從鈦白粉的基本性能、在涂料中的作用與應(yīng)用現(xiàn)狀，以及主要質(zhì)量指標(biāo)波動對涂料性能的影響等方面進(jìn)行系統(tǒng)闡述，并對涂料用鈦白粉的發(fā)展提出參考建議。

一、鈦白粉的主要性能特點

1. 晶型結(jié)構(gòu)與光學(xué)性能

二氧化鈦根據(jù)晶體結(jié)構(gòu)可分為板鈦型、銳鈦型和金紅石型。其中，板鈦型在 650℃ 以上會迅速轉(zhuǎn)化為金紅石型，缺乏工業(yè)應(yīng)用價值；目前實際工業(yè)應(yīng)用的僅有銳鈦型和金紅石型鈦白粉。

相較于銳鈦型，金紅石型鈦白粉晶體結(jié)構(gòu)更加致密，折射率更高，其遮蓋力和消色力通常高出銳鈦型 20%～30%，耐久性和耐候性也明顯更優(yōu)。因此，涂料工業(yè)中主要采用金紅石型鈦白粉。

2. 粒徑與遮蓋性能

鈦白粉的粒徑大小對其光學(xué)性能具有決定性影響。在可見光范圍內(nèi)，當(dāng)粒徑控制在 0.15～0.35 μm（接近可見光波長的一半）時，鈦白粉具有最強(qiáng)的光散射能力，此時其白度、遮蓋力、消色力和光澤度均達(dá)到最佳狀態(tài)。

3. 分散性

分散性是指鈦白粉在涂料體系中被潤濕、分散并穩(wěn)定存在的能力，是衡量其應(yīng)用性能的重要指標(biāo)。分散性直接影響涂料的遮蓋力、消色力、光澤、流平性、貯存穩(wěn)定性及耐候性，同時也決定了生產(chǎn)過程中研磨分散所需的時間和能耗。

由于鈦白粉屬于超細(xì)顆粒材料，比表面積大、表面能高，易發(fā)生團(tuán)聚，因此工業(yè)生產(chǎn)中通常通過無機(jī)或有機(jī)表面改性處理，提高其在不同基料體系中的親和性和分散穩(wěn)定性。

4. 耐候性與光化學(xué)活性

盡管二氧化鈦在常溫下化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，但其晶格缺陷會在表面形成光活化點，在紫外光照射下產(chǎn)生羥基和過氧羥基自由基，從而引發(fā)涂膜中有機(jī)樹脂的降解，導(dǎo)致失光、粉化和老化。

為提高鈦白粉的耐候性，工業(yè)上通常采用以下方式：

• 在煅燒前加入鹽處理劑，填補(bǔ)晶格缺陷；

• 對鈦白粉顆粒進(jìn)行無機(jī)包膜處理，常見包膜材料包括 SiO?、Al?O?、ZrO?、CeO? 等，其中氧化鋯和致密二氧化硅包膜被認(rèn)為是最有效的耐候性提升方式。

二、鈦白粉在涂料中的作用與應(yīng)用現(xiàn)狀

1. 鈦白粉在涂料體系中的作用

涂料通常由成膜物質(zhì)、顏料、溶劑和助劑四部分組成，其中顏料不僅賦予涂膜顏色和裝飾效果，還在以下方面發(fā)揮關(guān)鍵作用：

• 提供遮蓋力，掩蓋基材原有顏色；

• 增強(qiáng)涂膜機(jī)械強(qiáng)度和附著力；

• 提高涂膜厚度，阻擋紫外線和水分滲透；

• 提升涂膜耐老化性和使用壽命。

作為白色顏料中性能最優(yōu)、用量最大的品種，鈦白粉在涂料工業(yè)中具有不可替代的地位，其消費量占白色顏料總量的 95% 以上。

2. 不同涂料體系對鈦白粉的要求

不同涂料品種對鈦白粉性能的側(cè)重點有所不同：

• 粉末涂料：要求鈦白粉分散性好、耐熱性強(qiáng)，通常選用金紅石型鈦白粉。銳鈦型因光化學(xué)活性高，易引起涂膜黃變，不適合粉末涂料。

• 水性涂料：對鈦白粉的白度、分散性、遮蓋力和耐候性要求較高，需針對水性體系進(jìn)行表面處理優(yōu)化。

• 建筑涂料：尤其是外墻涂料，要求鈦白粉具有優(yōu)異的耐候性、抗粉化能力和耐酸堿性能，高耐候型或超耐候型鈦白粉是首選。

三、鈦白粉質(zhì)量波動對涂料性能的影響

1. 白度

白度是鈦白粉最重要的質(zhì)量指標(biāo)之一，直接影響涂膜的外觀效果。影響白度的關(guān)鍵因素包括：

• 雜質(zhì)種類及含量；

• 粒徑分布及晶體結(jié)構(gòu)完整性；

• 是否存在混晶或團(tuán)聚現(xiàn)象。

通常，氯化法鈦白粉因原料純度高，白度優(yōu)于硫酸法產(chǎn)品。

2. 遮蓋力

遮蓋力決定單位面積所需的鈦白粉用量。遮蓋力降低會導(dǎo)致鈦白粉用量增加，不僅提高成本，還可能因分散不良而進(jìn)一步削弱涂膜性能。金紅石型鈦白粉因折射率最高，遮蓋性能最優(yōu)。

3. 耐候性

耐候性不足會導(dǎo)致涂膜褪色、粉化、開裂甚至剝落。通過優(yōu)化晶型結(jié)構(gòu)和采用多層無機(jī)包膜技術(shù)，是提升鈦白粉耐候性的核心手段。

4. 分散性

分散性差不僅影響光學(xué)性能，還會降低涂料的施工性能和長期穩(wěn)定性，同時顯著增加生產(chǎn)能耗。因此，鈦白粉表面處理技術(shù)與涂料分散工藝的匹配至關(guān)重要。

結(jié)語

隨著涂料行業(yè)向環(huán)保化、高性能化和長壽命化方向發(fā)展，對鈦白粉的性能要求也日益提高。未來，涂料用鈦白粉的發(fā)展重點將集中在高耐候包膜技術(shù)、分散性優(yōu)化及應(yīng)用針對性設(shè)計等方面。通過材料性能與配方體系的協(xié)同優(yōu)化，鈦白粉將在涂料領(lǐng)域持續(xù)發(fā)揮不可替代的重要作用。