钛白粉的散射力概念

钛白粉的散射力概念
钛白粉其重要的颜料性能，如消色力和遮盖力等都与钛白粒子在分散介质中的散射力紧密相关。

在实际应用中，通常采用2种白色颜料的散射力比值(即相对散射力)来比较颜料的散射力大小。

相对散射力在颜料应用体系中的举足轻重的作用已愈来愈为二氧化钛的制造商和用户所重视，ISO591-200 0《色漆用二氧化钛颜料》标准亦将相对散射力作为一项重要指标列入检测项目。

定义
散射力是指颜料在一定介质中对入射光的散射能力。

用来度量颜料散射力大小的物理量是散射系数Sp(λ)。

相对散射力Sr(λ)是试样的散射系数与标样的散射系数之比，以百分数表示。

介绍了相对散射力的概念，并对比分析了国内外部分金红石型二氧化钛的相对散射力。

研究了煅烧时间、粒度及粒度分布、介质中的分散性以及后处理包膜等因素对金红石型二氧化钛在一定颜料体积浓度(PVC)下的相对散射力的影响。

0引言
二氧化钛作为一种性能卓越的白色颜料而广泛用于涂料、塑料、造纸等行业，其重要的颜料性能，如消色力和遮盖力等都与颜料粒子在分散介质中的散射力紧密相关。

在实际应用中，通常采用2种白色颜料的散射力比值(即相对散射力)来比较颜料的散射力大小。

相对散射力在颜料应用体系中的举足轻重的作用已愈来愈为二氧化钛的制造商和用户所重视，ISO591—2000《色漆用二氧化钛颜料》标准亦将相对散射力作为一项重要指标列入检测项目，因此，研究影响二氧化钛相对散射力的相关因素，对于改善和提高二氧化钛的品质和应用性能具有十分重要的意义。

1相对散射力的检测原理及其表征
1.1定义
散射力指颜料在一定介质中对入射光的散射能力。

用来度量颜料散射力大小的物理量是散射系数Sp(λ)。

相对散射力Sr(λ)是试样的散射系数与标样的散射系数之比，以百分数表示：
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1.2原理及表征
根据Kubelka-Munk定律，材料的内部反射因数R*∞由吸收系数K与散射系数S之比决定，即
因此，通过测量试样和标样在介质中的反射因数R∞，即可计算出对应的K/S值，由于白色颜料对光吸收较少，从而得到相对散射力Sr：
1.3检测方法
以一定量的二氧化钛、炭黑、二氧化硅和醇酸树脂在三辊磨和平磨仪上研磨，制成颜料体积浓度(PVC)约15%的灰浆，在无色玻璃板上使用湿膜制备器刮成厚约75?m的涂膜，立即用光谱仪测定湿膜在550nm的反射因数R∞，利用上述公式(2)、(3)、(4)计算二氧化钛的相对散射力。

本文所用的相对散射力数据皆以GB1703-93规定的金红石型钛白粉参比样404为标样。

2结果及讨论
2.1国内外部分金红石型二氧化钛相对散射力比较
国内外部分金红石型二氧化钛相对散射力比较见图1。

图1 国内外部分金红石型钛白粉相对散射力比较
图1显示，就相对散射力而言，氯化法产品(DuPont公司的R902和Kro nos公司的KR2220，因其生产工艺的优越性而在该项指标上表现突出。

同样作为硫酸法产品，国内金红石型钛白粉与国外产品(ISK公司的R930和Kron os公司的KR2190相比，相对散射力仍有差距，这种差距归根结底是生产技术和工艺过程控制方面的不足造成的，同时这些不足也体现在分散性指标(图2)上，而分散性是影响颜料散射力的重要因素。

图2 国内外同类产品研磨分散性比较
2.2煅烧时间的影响
将偏钛酸置于马弗炉中煅烧，其升温过程为300℃→500℃→700℃→90 0℃。

分别取900℃煅烧20min，30min，40min，50min，70min和90min的试样，分析其相对散射力，结果见图3。

图3 煅烧时间对相对散射力的影响
由图3可见，相对散射力随着煅烧时间的延长而变化，在煅烧过程中有一极大值出现，分析其原因主要是由于随着时间的延长，二氧化钛的晶型转
化逐渐完全，粒子成长为晶格整齐的颜料粒子，此时相对散射力逐渐上升，但高温煅烧时间过长，颜料粒子成长太大，甚至发生部分烧结，又使散射力下降，颜料性能变差。

2.3粒度及其分布的影响
理论上二氧化钛粒度与其散射强度的关系如图4所示，但在应用体系中，颜料粒子总以聚集态出现，因此，寻求单纯的粒度与颜料相对散射力的关系较为困难，但是相对集中的粒度分布对颜料在分散介质中的均匀分布，减少大团絮凝物是有利的，从而有助于获得较高的相对散射力。

图4显示平均粒度0.27?m~0.29?m的金红石型钛白粉煅烧品因粉碎研磨控制的差异，粒度分布不同，相对散射力的波动趋势。

粒度分布宽，0.5?m以上粗粒子多的煅烧品，相对散射力低。

图4 二氧化钛粒度与散射强度的关系
图5 粗大粒子对相对散射力的影响
2.4分散性的影响
金红石型二氧化钛在灰浆中的分散性(将待测相对散射力的灰浆用刮板细度计检测得到)与其相对散射力的关系如图6所示。

图6 分散性对相对散射力的影响
由图6可见，灰浆中的分散性越好，相对散射力越高，这主要是由于二氧化钛在介质中只有少量是以原级粒子存在，大部分都是以聚集体的形式分散在介质中。

光学研究表明，只有粒度在可见光波长400nm~700nm范围内的粒子，才能对可见光具有较高的散射力，粒度过大或过小，其散射力都会因光波发生干涉或衍射而有所损失。

因此，改善二氧化钛粒子在介质中的分散性，使其不产生过多的絮凝，将有利于提高其相对散射力。

2.5后处理包膜的影响
对金红石型粉料进行单包铝的试验，相对散射力随包覆量的变化见图7。

图7 包膜条件及包覆量对相对散射力的影响
由图7可见，Al2O3包覆量为0~5%时，随着包覆量的增加，相对散射力提高，并且在碱性条件下包膜比在酸性条件下包膜的相对散射力好。

这是由于二氧化钛粒子表面上水合氧化铝的存在使二氧化钛粒子间产生了一种较
弱的空间位阻效应，对二氧化钛起到分散作用，使其粒子即使聚集在一起也不象未包膜的粒子那样紧密，从而使光散射能够基于较小的粒子尺寸上完成，最终造成相对散射力的提高。

3结语
(1)提高煅烧强度能够改善二氧化钛的相对散射力，延长煅烧时间是一种行之有效的方法，但还应同时兼顾其对白度指标的影响;
(2)控制好粉碎使二氧化钛的粒度分布集中，0.5?m以上的粗大粒子含量小于1%，有利于相对散射力的提高;
(3)改善二氧化钛在介质中的分散性能够提高其相对散射力。

实验表明，二氧化钛在灰浆中的分散性小于45?m较为理想;
(4)后处理包膜是提高二氧化钛相对散射力的有效途径之一。