鈦白粉對戶外用粉末涂料耐候性能的影響研究

李瑞瑞，許 冉

（龍佰集團股份有限公司，河南 焦作 454006）

0 引言

戶外粉末涂料是一種粉狀不含液態(tài)溶劑及稀釋劑的新型涂裝材料。由于其高裝飾、重防腐性、粉末可回收利用，無有機溶劑對環(huán)境的污染等特點決定了其廣泛的應(yīng)用空間。當前，鈦白粉在戶外粉末涂料中起到中起著顏料、填料的作用，對戶外粉末涂料涂層的耐候性有著至關(guān)重要的作用[1]。本文從鈦白粉品質(zhì)性能著手，對鈦白粉種類、表面處理及特性對戶外粉末涂料涂層的耐候性能的影響進行分析研究，為戶外粉末涂料鈦白粉顏料的選擇提供技術(shù)支持。

1 鈦白粉及其耐候性概述

1.1 鈦白粉簡介

鈦白粉是一種以二氧化鈦（TiO2）含量為主的粉末，具有高折射率及理想的粒度分布，良好的遮蓋力及著色力，被認為是目前世界上性能最好的一種白色顏料，廣泛應(yīng)用于涂料、塑料、造紙、油墨、橡膠等行業(yè)。鈦白粉主要有紅石型、銳鈦礦型、板鈦礦型三種類型。金紅石型鈦白粉是立方晶體，鈦原子與氧原子排列緊密，結(jié)晶穩(wěn)定。金紅石型鈦白粉的衍射角位于27.5°，金紅石型晶體細長，呈菱形晶體，常是牽晶；對紫外線的反射率較小，耐候性較好；作為白色顏料金紅石型鈦白粉的密度僅為4.2 g/cm3。

對比銳鈦型鈦白粉而言，金紅石型鈦白粉的耐候性和保光性較好[2]。在波長為400～700 nm 可見光波長范圍內(nèi)，銳鈦型和金紅石型鈦白粉對光線的反射率都較為理想，兩者有較好的白度；在波長為350～400 nm 的紫外光范圍內(nèi)，金紅石型鈦白粉對紫外線具有較好的吸收功能，紫外線反射率較低，耐候性較好，因此紫外線對戶外粉末涂料涂層的損害較小。

1.2 鈦白粉耐候性分析

鈦白粉的耐候性是衡量鈦白粉應(yīng)用性能的關(guān)鍵指標，不同鈦白粉產(chǎn)品的化學成分、包膜物質(zhì)的化學形態(tài)、晶體結(jié)構(gòu)、應(yīng)用配方等因素都會影響到鈦白粉產(chǎn)品的耐候性。鈦白粉因其自身的晶格缺陷，導致其四價鈦離子被還原為三價鈦離子過程中會釋放出具有極強反應(yīng)活性的初生態(tài)氧，會氧化戶外冶金涂料中的有機物，破壞涂層連續(xù)性和粉化涂膜，耐候性能不佳。可采用對鈦白粉進行表面處理的方案，有效改善鈦白粉表面化學性質(zhì)，使TiO2離子與紫外光隔離，兩者無法直接直接接觸，可有效提高其耐候性。

鈦白粉的表面處理主要是分為表面無機處理和表面有機處理兩大類型。表面無機處理常用SiO2、Al2O3、ZrO2等無機處理劑進行處理，并采用單元型、雙元型、三元型等不同的表面處理方式來降低鈦白粉光化學活性，達到提高鈦白粉耐候性能的目的。表面有機處理主要是采用物理吸附和化學吸附的辦法，改善鈦白粉在戶外粉末涂料中的分散、潤濕性能。

2 鈦白粉成膜后耐候性能的影響研究

2.1 試驗儀器

粉末涂料KTE-52 型擠出機，江蘇共創(chuàng)機械科技有限公司；金馬四代手動靜電粉末噴槍，瑞士金馬公司；UVLED 型固化烤箱，尊虹科技公司；LS13320XR 籍貫衍射粒徑分析儀，貝克曼庫爾特公司；CR-10Plus 小型色差儀，日本美蘭達；BK1568S 三角度光澤儀，四川思創(chuàng)倍科公司；QNIX4500 涂層膜厚儀，德國尼克斯；XD-21-866 小型氙燈老化試驗箱，河北恒儀電子公司。

2.2 實驗原料

飽和型非支化端羧基聚酯、異氰尿酸三縮水甘油醋、丙烯酸酯類流平劑、氨基改性酚尿表面活性劑、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、多元受阻酚與亞磷酸酯類混合物、季銨鹽類化合物、聚酰胺蠟、無機顏料、鈦白粉產(chǎn)品，均為國藥集團上海有限公司提供。

2.3 老化測試和檢驗方法

老化測試按GB/T 23443—2009 中的7.12.2 標準采用XD-21-866 小型氙燈老化試驗箱進行，自然暴曬地點位于河南焦作。根據(jù)GB/T 9754—2007 標準，采用BK1568S 三角度光澤儀進行保光率測定。參照GB/T 9754—2007；評定參照根據(jù)GB/T 1766—2008標準進行粉化程度變色程度測定。變色程度根據(jù)GB/T 1766—2008 標準采用CR-10Plus 小型色差儀測定。

2.4 試驗內(nèi)容

2.4.1 戶外用粉末涂料配方

實驗采用的用戶外用粉末涂料配方如下：飽和型非支化端羧基聚酯58%、異氰尿酸三縮水甘油醋4.31%、丙烯酸酯類流平劑1%、氨基改性酚尿表面活性劑0.3%、丙烯酸丁酯0.5%、甲基丙烯酸甲酯0.4%、多元受阻酚與亞磷酸酯類混合物1%、季銨鹽類化合物0.3%、聚酰胺蠟1%、無機顏料若干，鈦白粉25%。實驗中，鈦白粉采用單元型Ⅰ、單元型Ⅱ、雙元型Ⅲ、雙元型Ⅳ四種類型，均采用四種不同表面處理劑制備而成。

2.4.2 制粉

戶外用粉末涂料的制粉工藝流程如下：稱量→混合→擠出→冷卻、破碎→粒徑篩選→粉碎。

2.4.3 樣板制備

樣板制備工藝如下：靜電噴涂→固化，條件：195 ℃×18 min。

3 試驗結(jié)果討論分析

3.1 產(chǎn)品光澤度的測試結(jié)果分析

在保持相同聚酯型配方的情況下，采用經(jīng)不同表面處理劑經(jīng)不同處理得到的單元型Ⅰ、單元型Ⅱ、雙元型Ⅲ、雙元型Ⅳ四種鈦白粉產(chǎn)品，對制備的戶外用粉末涂料保光率進行24 個月的測試。

測試結(jié)果表明：在鈦白粉產(chǎn)品當中，保光率從好至差結(jié)果分別為雙元型Ⅲ>雙元型Ⅳ>單元型Ⅰ>單元型Ⅱ>金紅石R1 型；金紅石R1 型產(chǎn)品光澤度損失嚴重，其他四種產(chǎn)品從第6 個月開始光澤度出現(xiàn)不同程度的損失，在6～18 月光澤度損失程度不同，在18～24 月期間光澤度損失最為嚴重。

上述測試結(jié)果表明，對鈦白粉進行不同的表面處理，對鈦白粉產(chǎn)品制備的粉末涂料涂膜的保光率有較大影響；在對鈦白粉進行表面處理時，在提高產(chǎn)品的耐候性方面雙元型處理技術(shù)要優(yōu)于單元型處理技術(shù)，同一種處理技術(shù)當中不同的處理劑也會對產(chǎn)品的耐候性有影響。

3.2 產(chǎn)品粉化程度的測試結(jié)果分析

在保持相同聚酯型配方的情況下，采用經(jīng)不同表面處理劑經(jīng)不同處理得到的單元型Ⅰ、單元型Ⅱ、雙元型Ⅲ、雙元型Ⅳ四種鈦白粉產(chǎn)品，對制備的戶外用粉末涂料粉化程度進行24 個月測試，測試結(jié)果如表1 所示。

從表1 數(shù)據(jù)可知，金紅石R1 型產(chǎn)品在24 月內(nèi)出現(xiàn)輕微粉化現(xiàn)象，效果不佳；雙元型Ⅲ和雙元型Ⅳ鈦白粉在在24 月內(nèi)無粉化跡象；單元型Ⅰ鈦白粉在第24 月出現(xiàn)極輕微粉化現(xiàn)象，單元型Ⅱ鈦白粉在第18 月出現(xiàn)極輕微粉化現(xiàn)象。

上述測試結(jié)果表明，對鈦白粉進行不同的表面處理，對鈦白粉產(chǎn)品制備的粉末涂料涂膜的耐候性有較大影響；在降低粉化性能方面雙元型處理技術(shù)要優(yōu)于單元型處理技術(shù)，進而有效提高了其耐候性。

3.3 產(chǎn)品老化實驗測試結(jié)果分析

在保持相同聚酯型配方的情況下，采用經(jīng)不同表面處理劑經(jīng)不同處理得到的單元型Ⅰ、單元型Ⅱ、雙元型Ⅲ、雙元型Ⅳ四種鈦白粉產(chǎn)品，對制備的戶外用粉末涂料進行老化實驗測試，測試結(jié)果為雙元型Ⅲ>雙元型Ⅳ>單元型Ⅰ>單元型Ⅱ>金紅石R1 型。

上述測試結(jié)果表明，在整體提高耐候性能方面，雙元型表面處理技術(shù)要優(yōu)于單元型表面處理技術(shù)優(yōu)于未經(jīng)表面處理的鈦白粉。

從上述三組對比實驗可知，對鈦白粉采用不同的表面處理劑和不同的表面處理方式進行表面處理，可得到不同耐候性的鈦白粉產(chǎn)品，從而可以應(yīng)用于不同的戶外粉末涂料當中。

4 結(jié)論

在聚酯型戶外用粉末涂料配方當中，加入經(jīng)不同表面處理的鈦白粉產(chǎn)品經(jīng)過保光率測試、耐粉化測試、老化實驗測量，實驗結(jié)果表明：在提高產(chǎn)品耐候性方面，雙元型鈦白粉耐候效果要強于單元型鈦白粉，單元型鈦白粉耐候效果要強于R1 型鈦白粉。