氯化法钛白粉简介

遮盖力受颜料的折射率、粒度、粒径分布和散射性能影响。就
折射率而言，在白色颜料中，钛白粉的折射率是最高的，因而， 从理论上讲它的遮盖力也是最高的；当然，颜料的遮盖力还与 其在基料中的分散性有关，与其在基料中的体积浓度有关，当 体积分数达到30%时，遮盖力达最大值，再高则遮盖力下降。 这与钛白粉的后处理及使用方法关系比较大了，这里就不详细 讨论了，有兴趣下来后我们在讨论。
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6、颜料的光泽度和着色底相
光泽：物体的光泽度是指物质对投射来的光线的反射能
力，反射能力越强，光泽度越大。 其实，颜料本身无光泽的说法，在实际应用中颜料只是涂 料组分中的一种，涂膜才有光泽，但颜料的的特征决定了 涂膜的光泽；影响涂膜后光泽度的主要原因是二氧化钛粒 子的粒径和分布，另外一点是它的分散性。 着色底相，又称底层色相，或灰漆色调。它受二氧化钛的 粒径和平均粒径及散射能力大小影响十分明显。不同的粒 径在不同的波长下，会产生不同的色调。二氧化钛的这一 指标是很多用户非常关心的。（可以间接判断颜料的粒度 情况）
反射光线 α 介质A
入射光线
介质B β
折射光线
• 折射率随物质的化学组成、晶体结构及光的波长
• •
不同而改变。 当光射过两个折射率相同的介质时，不发生折射， 这时光全部从第一种介质进入第二种介质，介质 就呈现透明状态； 当光从一种折射率低的介质中射入另一种高折射 率的介质时，在这两种介质的界面处，一部分光 经过折射进入后一种介质，而另一部分光则在界 面处发生反射，这使后一种介质变为不透明，这 就起到了遮盖作用，这两种介质的折射率相差越 大，这种效果就越显著。
白色颜料 折射率 基料或介质 折射率 硅藻土 1.45 真空 1.0000 二氧化硅 1.41-1.49 空气 1.0003 碳酸钙 1.63 水 1.3330 重晶石 1.64 聚醋酸乙烯酯树脂 1.47 陶土（白土）1.65 大豆油 1.48 硅酸镁 1.65 精制亚麻仁油 1.48 立德粉 1.84 乙烯树脂 1.48 氧化锌 2.02 压克力树脂 1.49 碱性碳酸白粉1.94-2.09 桐油 1.52 氧化锑 2.09-2.29 氧化大豆油醇酸树脂 1.52-1.53 硫化锌 2.37 苯乙烯丁二烯树脂 1.53 A型二氧化钛2.52 70/15/15醇酸/三聚氰胺/尿素 1.54 R型二氧化钛2.71 75/25 醇酸/三聚氰胺 1.55
3、硬度
• 按莫氏硬度10分制标度，金红石型二氧化
钛为6~6.5，锐钛型二氧化钛为5.5~6.0， 因此在化纤消光中为避免磨损喷丝孔而采 用锐钛型 。
4、吸湿性
• 二氧化钛虽有亲水性，但吸湿性不太强，
金红石型较锐钛型为小。 • 二氧化钛的吸湿性与其表面积的大小有一 定关系，表面积大，吸湿性高。 • 二氧化钛的吸湿性也与表面处理性质有关。
四、二氧化钛颜料的一些重要光学性质及颜 料特性
1、折射率 2、散射 3、遮盖力 4、着色力（消色力） 5、白度 6、光泽 7、着色底相 8、二氧化钛粒子大小对制品颜色的影响 9、二氧化钛粒子大小和散射强度关系
1、折射率
• 折射率是光线通
过两个在光学上 不同介质的界面 时，光的速度发 生变化而改变入 射方向，产生折 射，这时光线入 射角α的正弦与折 射角β的正弦比值 (sinα/sinβ)称为 折射率，又称折 光指数。
不同折光率颜料的遮盖力示意图示
高折光率颜料中，光线行进路线短，光线穿透短且大部分 被反射回表面，而低折光率的颜料光线行进路线长，且部 分穿透介质。
介质
反射 光线
颜料粒子
折射 光线
吸收
衍射 光线
高折光指数的颜料
低折光指数的颜料
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一些常见白色颜料和基料或介质的折射率
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物性 结晶系 相对密度 折射率 金红石型 四方晶系 4.2~4.3 2.71 锐钛型 四方晶系 3.8~3.9 2.52
莫氏硬度
熔点 沸点/K
6-7
1858℃ 3200±300
5.5-6
高温时转变为金红 石型 ----------
比热容（25℃） J/(g.K)
标准热容J/(mol.K)
0.71
56.384
型，其皆为四方晶型。它们具有较为理想 的应用性能，其特点是：具有稳定的物理、 化学性能，而且颜色纯白，颗粒细小，折 射率高；分散到介质中，能够表现出较强 的遮盖力和着色力，高的光泽和良好的耐 候性、耐热性、耐光性。
4
一、钛白粉的晶体性质
• 二氧化钛，是一种多晶体的化合物，在自然界中有3种晶体形态：
2、遮盖力
遮盖力又称为不透明程度，是颜料的重要光学性质。是指
当某一物件涂以某种涂料时，涂料中的颜料能遮盖被涂物 体表面的底色，使其底色不能再透过涂料而显露出来的能 力。
遮盖力﹦颜料质量(g)／被涂物体的表面积（cm2）； 颜料的遮盖力不仅取决于它的晶体结构、折射率和对光
的散射能力，而且也取决于它对光的吸收能力。但是二氧 化钛和其它白色颜料一样，由于其对光的吸收能力很小， 虽然光的吸收对遮盖力有影响，但没有散射能力大，因此 其遮盖力主要受散射力影响；
40%KOH溶液Fra Baidu bibliotek
700~900
300
二氧化钛在某些酸类中的溶解度
• 钛白粉元素，能溶于氢氟酸，生成氟钛酸，
其反应方程式如下： • TiO2 + HF H2TiF6 + H2O • 在长时间煮沸的情况下，溶于浓硫酸，生 成硫酸钛或硫酸氧钛，其反应方程式如下： • TiO2 + H2SO4 Ti(SO4)2 + H2O • TiO2 + H2SO4 TiO(SO4)2 + H2O
影响二氧化钛颜料散射力的主要因素
颜料的折射率 颜料的粒径及粒径分布 颜料在应用的基料中的分散性
40 45 40
频 率 /%
35 30 20 10
5
0
0.15 0.25 0.5
颗粒直径/微米
0.8
2.0
3.0
5、什么是颜料的着色力（消色力）
• 着色力（消色力）：是颜料的重要特性指标，就是颜料加到 •
这里对于我们更有实际意义的是晶体结构和粒度因素；因为在
生产过程中，是我们要重点观测和控制的指标，也是影响钛白 粉其它特性的重要内在指标。
3、二氧化钛粒子大小和散射强度关系：
什么是散射？
从理论角度讲散射是：光传播时因与物质中分子（原子） 作用而改变其光强的空间分布、偏振状态或频率的过程。 当光在物质中传播时，物质中存在的不均匀性（如悬浮微 粒、密度起伏）也能导致光的散射（简单地说，即光向四 面八方散开）。蓝天、白云、晓霞、彩虹、雾中光的传播 等等常见的自然现象中都包含着光的散射现象。 光散射，即漫反射是白色颜料重要的光学性质之一，又是 形成白色颜料重要的光学效应——着色力（消色力）、遮 盖力的重要指标 就颜料而言，散射是颜料粒子对可见光发生的折射、衍射、 反射的一种综合作用的结果。 依据散射力与颜料粒径的测试图可以看出，二氧化钛粒径 大小与光的散射力之间的函数关系：在200纳米处，各波 长光线散射的总和增至最大。
展色剂中改变展色剂颜色的能力。 对于二氧化钛白色颜料而言 ，我们称其为“消色力”，是二 氧化钛颜料的重要特性指标；也就是其改变展色剂的的颜色 而显现出白色的能力。混合后的颜色越浅，表示它的消色力 越强。 着色力是颜料对光的吸收和散射的结果。二氧化钛是一种白 色颜料，对光的吸收非常小，不像有色颜料，光的吸收起着 重要作用，因此其着色力（消色力）的大小，主要取决于它 对光的散射能力，散射力大，着色力（消色力）高。 二氧化钛的消色力同样与粒径、粒径分布及粒子形状有关。
锐钛型、金红石型晶格对比
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R型和A型钛白粉的颗粒形状
• 锐钛型与金红石型钛白粉晶体具有非常不同的形状。 • 金红石型颗粒是块状和角状的，从而争强了它对光线散射
能力。制造金红石型钛白粉的连续氧化法工艺紧密地控制 了晶体的形状和大小。 • 锐钛型钛白粉是通过结晶化合沉淀法生产的，其结果是形 成了一个由许多微小基本颗粒组成的大颗粒，从而导致了 较低的密度和很不规则的形状，降低了光线的散射力。
颜料名称
硫酸铅 氧化锌 锌钡白 硫化锌
密度/(g/cm3)
6.4~6.6 5.5~5.7 4.2~4.3 4.0
2、熔点和沸点
• 由于锐钛型和板钛型二氧化钛在高温下都
会转变成金红石型，因此板钛型和锐钛型 二氧化钛的熔点和沸点实际上是不存在的。 只有金红石型二氧化钛有熔点和沸点，金 红石型二氧化钛的熔点为1850℃、空气中 的熔点 (1830土15)℃、富氧中的熔点 1879℃，熔点与二氧化钛的纯度有关。金 红石型二氧化钛的沸点为 (3200±300)K， 在此高温下二氧化钛稍有挥发性。
金红石型二氧化钛粒径与光散射的关 系图
相对散射力 • 1.75
• 1.50 • 1.25 • 1.00 • 0.75
绿色光
蓝色光
• 0.50
红色光
• 0.25 • 0.00 • 50 •
100
150
200 300 粒径/nm
500
800
1000
当粒子增大到250~300纳米之间时，蓝色光线的
溶剂 10%NaOH溶液 36%NaOH溶液 10%KOH溶液 TiO2的溶解 溶剂 度/(mg/L) 20~25 60~100 300~450 30%K2CO3溶液 饱和KHCO3溶液 饱和Na2CO3溶 液 饱和K2CO3溶液 10%NaHCO3溶 液 250 TiO2的溶解度 /(mg/L) 20 7000 不溶
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金红石型、锐钛型、板钛型。 由于在自然界中板钛型很稀少，是不稳定的晶型，在650℃时转 化为金红石型，因而没有工业价值。这里我们着重讨论金红石型 和锐钛型的二氧化钛，它们都属于四方晶系，但具有不同的晶格。 无论是金红石型还是锐钛型，它们每个钛原子都位于八面体的中 心，并且被6个氧原子环绕，但是锐钛型分子的八面体上只有两 个共用边。也就是说金红石型的单体晶格，是有2个二氧化钛分 子组成；而锐钛型是由4个二氧化钛分子组成。所以金红石型比 锐钛型单位晶格较小而紧密，故具有较大的稳定性和相对密度较 高，因此具有较高的折射率。 这两种晶型中，对光波中高能端（短波段）吸收程度是不同的， 金红石型钛白粉对杀伤力较强的UV波长内（350-400nm)的紫外线 的反射率要远远低于锐钛型钛白粉，这样情况下，它对成膜物、 基料就可以起到很好的保护作用，能够延长有机物的使用寿命， 这就是为什么金红石型钛白粉的耐候性要优于锐钛型钛白粉的原 因。
散射迅速减少，但绿色和红色光线的散射却相对 不变。在150~200纳米处对于蓝色光线的最大散 射，光谱中红色和绿色范围的光线散射就显著下 降，但是当粒径小于100纳米时，由于光对晶体的 绕射，遮盖力反而下降。 。 根据可见光谱波长范围400~700nm，所以理想的 二氧化钛粒径应在200~350nm，但是人们的视觉 习惯总是认为蓝白色比纯白色更白。 从图中可以看出200nm的粒径比300nm的粒径能 反射更多的蓝色光和绿色光而显得更白。
三、钛白粉的化学性质
• 二氧化钛的化学性质极为稳定，是一种偏酸性
的两性氧化物。常温下几乎不与其他元素和化 合物作用，对氧、氨、氮、硫化氢、二氧化碳、 二氧化硫都不起作用。也不溶于水、稀酸及弱 无机酸，在某些特定的条件下与氢氟酸和浓硫 酸反应，因此可以看出它的化学性质极为稳定。
二氧化钛在某些碱类中的溶解度
0.71
56.890
二、钛白粉的物理性质 1、相对密度 在常用的白色颜料中，二氧化钛的相对密度 最小，同等质量的白色颜料中，二氧化钛 的表面积最大，颜料体积最高。
常见白色颜料的密度
颜料名称
A型二氧化钛 R型二氧化钛 板钛型二氧化钛 碱式碳酸铅
密度/(g/cm3) 3.8~3.9 4.2~4.3 4.12~4.23 6.8~6.9
金红石型 锐钛型
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不同光波中钛白粉的反射率
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反射率% 100 90 80 A型 70 60 50 40 30 紫外光谱 20 10 0 300 400
R型
可见光谱
红外光谱
500
600 700 800 900 1000 波长/nm
二氧化钛的结晶特征及物理常数
氯化法钛白粉培训材料 (氧化部分)
钛白粉的基础知识
一、钛白粉晶体性质 二、钛白粉物理性质 三、钛白粉化学性质 四、钛白粉光学特性
课前提出的两个问题
1、我们生产的钛白粉是什么晶型？有哪些特 点？ 2、你认为钛白粉的粒度和粒度分布应该是多 少？为什么？
钛白粉颜料的特性
• 钛白粉颜料有两种晶型，金红石型和锐钛