涂料配方中白色颜料的选择

一、 钛白粉

在涂料工业中，最重要的白色颜料就是钛白粉(TiO2)。钛白粉由于折射率高(金红石型钛白粉n = 2.80，锐钛型钛白粉n =2.55)，光散射的能力比其它白色颜料都强，在着色涂料中具有极好的遮盖力，特别是金红石型钛白粉。与其它着色颜料相比，钛白粉颜料在所有白色颜料中表现出{zh0}的亮度。由于具有这些优异的光学特性、xx和化学钛白粉可以代替其它所有的白色颜料。

1.    1.粒径和粒径分布

许多TiO2晶休看上去都是透明的，但工业上TiO2颜料的超细微粒却具有很高的不透明性(遮盖力)。当粒径为0.25 μm左右时，钛白颜料的遮盖力{zd0}；TiO2粒径大于或小于0.25 μm时，遮盖力都会降低。0.25 μm的粒径对光波长400 nm来说是最理想的。在遮盖力{zd0}值附近，随着颜料粒径的变化，颜料的颜色也会发生变化。粒径较小的TiO2显现蓝光，粒径较大的TiO2显现黄光。TiO2的粒径分布也对涂料的性能存在影响，粒径分布窄的钛白粉产品的遮盖力或单位体积着色强度比粒径分布宽的产品更好。

2.表面处理

钛白粉的表面处理剂用量一般为颜料量的0 ~ 20%，主要是无机表面处理剂，如Al2O3、SiO2、ZrO2或它们的混合物。另外，一些有机表面处理剂也可用于改进钛白粉在不同介质中的分散性，如多元醇、胺和硅烷偶联剂，在颜料生产过程中可以作为研磨助剂。表面处理剂的类别和添加量对颜料性能的影响很大，表2为处理剂用量和颜料性质的关系，从表中可以看出，随着处理剂用量的增加，颜料的粒径、吸油值和表面积都会增加；在PVC< CPVC和PVC > CPVC时，表面处理剂类型与光学性能之间的关系分别见表3和表4。表5为表面处理剂类型与产品耐久性之间的关系，从表中可以看出，经Al2O3处理后，TiO2的光泽提高，但耐久性变差，而SiO2可以提高耐久性，但产品光泽较低。

3）涂料配方设计中钛白粉的选择

在涂料配方设计中，钛白粉的用量在原材料成本中占很大比例。TiO2产品的品种繁多，所有的产品都是为某些性能设计的，不同等级的产品其用途和价格都不同。钛白粉作为主要原材料用于涂料中时，选择合适的等级是很重要的。不同等级钛白粉适合不同类型的涂料产品，主要包括以下级别： (1) 具有高耐候性的钛白粉，适合于管道涂料和汽车涂料；(2) 具有优异光学性能的钛白粉，主要用于陶瓷涂料和水性工业涂料；(3) 具有{zh0}不透光性的涂料级钛白粉(80 ~ 86% TiO2)，主要用于平光乳胶漆。(4) 有合适特性的复合级钛白粉，应用范围比较广，属于通用型钛白粉。实际上，一些级别之间的差别很小，除非必须突出某些特殊的性质，如(1)、(2)类，一般级别的选择很宽。在大批量生产和贮存TiO2时，可以选择适合各种用途的通用型级别。在建筑装璜涂料的生产中，通用型钛白粉颜料可用于从低到高各种PVC下的溶剂型外墙有光涂料和水性乳胶漆中，改变了通常认为的高级钛白粉颜料主要用于中高PVC哑光乳胶漆的观点。陶瓷级颜料，特别是与不透明聚合物联合使用时，在这些涂料中的应用更加广泛。因此，若配方设计者能正确选择某一种等级的TiO2，则既能提高产品的性能，又能降低涂料的生产成本。表6可以作为钛白粉颜料选择的指导，涂料的PVC要根据用户的需要和对产品性能的要求来设计。在涂料配方设计中，除选择合适的钛白粉等级外，另一个关键的问题是如何确定钛白粉的{zj0}使用量。这取决于涂料遮盖力的需求，但也受到其它因素如PVC、润湿分散程度、涂膜厚度、涂料固含量和其它着色颜料的存在等的影响。对于常温固化溶剂型白色涂料，TiO2含量在PVC为17.5%或颜基比为0.75:1时，可从高质量涂料的350 Kg/1000 L到经济型涂料产品的240 Kg/1000L，涂料的固含量为50 ~ 70%。对于装饰性乳胶漆，当PVC < CPVC时，钛白粉的用量为200 ~ 300 Kg/1000 L，钛白粉的用量取决于涂料配方中所需的光泽、涂料中其它不透光组分(如不透光聚合物或煅烧粘土)的用量和涂料总体积固含量等；当PVC >CPVC时，钛白粉的用量可以随干遮盖力的增加进一步降低，在一些经济型涂料配方中，钛白粉的用量可以降低到20 Kg/1000 L。在高层建筑涂料应用中，钛白粉的用量可以降低到一定比例以增加涂膜的粘结强度。

二、氧化锌

    氧化锌(ZnO)又称锌白，是一种白色粉末，由不定形或针状的小颗粒组成。氧化锌是碱性化合物，能和微量游离脂肪酸作用生成锌皂，有使涂料变稠的倾向，遇无机酸或醋酸则会溶解。氧化锌可使涂膜柔韧、牢固、不透水，因而能阻止金属的锈蚀。但不宜和游离酸较多的基料混合，以免产生较多的锌皂，使涂料粘稠而不易涂刷。氧化锌的着色力和遮盖力仅次于锌钡白和钛白粉，但颜色纯白，不粉化，具有良好的耐光、耐热及耐候性，适应于外墙涂料。 在涂料配方设计中氧化锌可为设计者提供许多高性能的涂料配方。氧化锌具有优异的防霉性和控制微生物xx的功效。由于ZnO具有吸收紫外光的能力，它能与涂料中的羟酸根离子形成配位化合物从而降低涂膜中水的敏感性，因此，ZnO可以提高涂膜的耐候性和抗粉化性能力。另外，由于ZnO的折射率较高，因此也具有较高的遮盖力。一般来说，陶瓷、罐桶涂料均用粒径小、纯度高的间接法氧化锌；室内涂料、乳胶涂料则多用针状的直接法氧化锌，使之吸油值较高，能改进悬浮性能。 当ZnO用于乳胶漆中时，若用量太大，会引起涂料粘度大大增加，降低涂料的稳定性，可通过选择合择的分散剂、TiO2品种、基料品种、pH值、原始粘度和PVC等来得到稳定的涂料配方。在涂料配方中正确使用ZnO，既可得到性能优异的产品，还可降低成本。

三、铅白

    铅白不溶于水，可溶于酸、碱，长期暴露在空气中与H2S气体接触，颜色会变暗，变成黑色的硫化铅，所以不能与银朱、镉黄、群表等含硫颜料配用。铅白能与酸值高的油生成铅皂，可以加强涂膜牢度、防止粉化、耐光耐潮湿，特别适用于制造室外用漆、防锈漆及船泊用漆。其{zd0}缺点是对人体毒性大，因此使用要慎之，特别是玩具用漆和室内用漆，都禁止使用铅白。

    四、锌钡白

    锌钡白(ZnS·BaSO4)又名立德粉，是硫化锌和硫酸钡的混合物。锌钡白是一种中性颜料，故常与酸价高的基料共用，代替氧化锌，以免涂料产生皂化。锌钡白颜色洁白、遮盖力强、着色力好、耐碱耐热，但遇酸分解、遇光变暗、耐候性差、易粉化。锌钡白广泛用作室内涂料；由于对大气作用不稳定，故不宜用于室外涂料。在内墙经济型平光涂料中，常用立德粉代替部分钛白粉作为着色颜料，降低涂料成本。表12为仿墙纸经济型涂料配方。

    五、锑白

    锑白的主要成分为Sb2O3，是中性颜料，结晶体细腻易磨，易溶于酸碱，颜色洁白，遮盖力仅次于钛白粉，与锌钡白相近，耐候性比锌钡白好，抗粉化性好，耐热、耐旋光性均好，遇硫化氢可转变为橙色的硫化锑，可溶性盐对人体xx，故可代替铅白使用。锑白与脂肪酸不起反应，故在高酸值基料中不会皂化，但单独用于涂料中干性不好，会使涂膜较软，因此必须与氧化锌配合使用，以使涂膜干性好，干后坚韧。锑白在高温下和含氯树脂反应生成氯化锑，能够阻止火焰的蔓延而起到防火的作用。因其相对密度较大，价格较高，故xx于防火涂料中使用。表13为锑白在氯丁酚醛阻燃涂料配方中的应用。

    六、碱性硫酸铅

    碱性硫酸铅是以2PbSO·PbO为主的白色颜料，毒性比铅白小，与脂肪酸不起反应，制成的涂膜干燥较慢，不耐稀酸，可溶于碱，遮盖力比铅白小，防锈能力比铅白好。碱性硫酸铅与氧化锌配合使用，可阻止涂膜产生细裂纹及龟裂，不易粉化。成分中含有硫化铅和碳时，呈青灰色，称为“升华青铅”。用升华青铅制得的涂料涂膜柔韧，但易于粉化，故常与氧化锌配合使用。中性硫配铅(PbSO4)耐酸、耐碱、耐光，但遮盖力小，仅作体质颜料使用。