杜邦钛白粉完全手册

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一、简介

为什么钛白粉要分这么多规格?

钛白粉颜料不溶于其所分散的涂料基料中，因此其功能特性如：化学、光学和物理特性主要决定于颜料的粒子大小及其表面的化学成份，而这些特性又是可以改变的，一般常以二氧化二铝和二氧化硅作处理剂，沉淀在粒子表面而形成包膜、并对其沉淀的形式、数量和方法都要精心的加以控制。表面有沉淀层的颜料，具有增进一种或多种重要的操作特性的功能，例如在水和许多有机液体内的分散作用，耐粉化性，遮盖力效率，因热或光还原所引起的褪色性等都会有所改善。遗憾的是，一种简单的表面处理配方，不能生产出对各种油漆都具有最大使用价值的颜料，因而生产上要分许多规格。

如果认为油漆中的二氧化钛颜料，其性能之超卓是由于二氧化钛含量高所致，那是不恰当的，例如二氧化钛含量最少为80—88％的Ti—Pure?在高颜／填料含量的平光乳胶漆中的遮盖效率显然超过二氧化钛含量更高的品级。二、光学理论

1、折射和绕射图图1 由离子引起的光线折射

二氧化钛和其他的白色颜料的遮盖效率主要是利用光的反射。因为白色颜料可强烈地使光线反射或曲折，出现反射现象。如果油漆薄膜中有足够的白色颜料，则入射漆膜表面的光几乎可以完全的反射回来，(除了很少部分是由颜料所吸收之外)于是涂膜就会呈不透明状，洁白而光泽。

光线通过和绕过颜料粒子时，粒子对光线的折射和绕射造成光线的散射或弯曲。图1a 反射散射

图1显示折射现象，其中球形表示二氧化钛粒子，由于漆膜中颜料粒子及基料折射率之不同、故当光线穿越后、必然产生曲折现象。图2显示绕射现象。行进路线靠近二氧化钛粒子的光线受到弯曲、而分开散射到许多方向。这一现象说明颜料在其临近区域对光的散射能力数倍于其粒子横截面内。图2 小粒子周围的光线衍射（绕射）

2、折射率

图3表示两个含颜料漆膜的横切面，演示了折射率的差别怎样影响光的散射和盖遮力。在含有高折射率颜料的漆膜中(上图)光线比在含有低折射率颜料的漆膜中弯曲较多(下图)，所以射入漆膜之光线所经过的路径长度较短，因而不能深入。实际上两种漆膜都呈白色不透明状，因为其皆没有存在吸收光线的粒子，所以全部入射的光线亦都会返回表面。然而，如果漆膜厚度如虚线(X)所示，而且放在黑色背景上，那么，含有低折射率颜料的漆膜能使部分光线进入黑色背景而被

吸收，则漆膜就不会完全不透明，与白色的漆膜相比较，则呈现灰色。图3 光线在漆膜中的行经路线

3、为什么要用二氧化钛

要了解金红石型二氧化钛(Rutile)、为什么在遮盖上能有这么大的优点,只需将金红石型二氧化钛与锐钛型(Anatase)二氧

化钛的折射率和其它商用白色颜料以及油漆基料的折射率

相比较则可以看出来(表一)。一般来说颜料的折射率和周围的介质之折射率差别越大，光线的折射就越大。

表一油漆制造所使用的某些颜料和基料的折射率4、干膜平光遮盖

很有趣的是，当空气渗入漆膜内。如调制颜料含量高的油时，基料本身的平均折射率减少，颜料和周围介质之间的折射率差别加大，光线散射增多。室内油漆的配制者利用这种效应(有时称为干膜平光遮盖)，以增进二氧化化钛的遮盖效率。

5、二氧化钛粒子大小

如果要有效地散射光线，二氧化钛颜料粒子的直径应该略小于散射光线波长的一半，因为肉眼对黄一绿光(大约0.55微米)最敏感，涂料用二氧化钛颜料的平均直径在0.2和0.3微米之间。

6、散射能力和粒子大小

图6中的曲线是用很稀的系统，以理论推导出的，曲线表明R型二氧化钛对蓝色、绿色和红色光线的相对散射能力为粒

子大小的函数。在0.2微米处，各波长光线散射的总和就增至最大。当粒子增加至0.25和0.30微米之间时，蓝色光线的散射迅速减少，但绿色和红色光线的散射却相对地不变。在0.15微米处对应于蓝色光线的最大散射，光谱中红和绿范围内的光线散射就显著下降。＜图6＞相对光线散射率与R 型钛白粉粒径大小的关系

7、颜色和粒子大小

在着色至完全遮盖的不吸光白色漆膜内，改变颜料的粒子大小，对颜色没有影响，因为碰到表面的光线全部反射，图7代表这样的一种白色漆膜，用图解形式说明了这一点。蓝光线的波长和散射光程度最短，红光线的波长和散射光程度最长，这两种光线全部反射，视觉效应相同，好象全部光线的光程长度都相同。＜图7＞白漆引起的光散射

图8表示；如果把吸光性颜料(例如炭黑)加入到漆膜内，光程较长的红光线有较多的机会被吸收。反射出的色调看来会更蓝。正如以前所述，随著二氧化钛粒径减小，红色光线散射则下降，蓝色增强。这样，在含有吸收光线的物质的油漆内，减小二氧化钛的粒子就会增强蓝色程度。这种现象是散射颜料所固有的，称之为底彩(色相)。＜图8＞光线在灰色漆中的散射和吸收

8、颜料体积浓度PVC

因为干的油漆膜是一种三元结构，所以有理由预料，各个成

份之间的体积关系，对油漆性能有重要作用。颜料体积浓度是油漆内的全部颜／填料对整个不挥发物的体积比。就白色油漆来说：

颜料体积浓度％=颜料体积（二氧化钛+填充料）/（颜料体积+粘合剂体积）*100%

在称为临界颜料体积浓度(CPVC)的特定颜料体积浓度百分比时。油漆的许多物理性质和光学性质会突然变化。—般而言，临界颜料体积浓度可以认为是刚好有足够的粘结剂涂盖在颜料表面，填充颜料粒子之间的空隙时的颜料体积浓度。例如光泽、透气性、多孔性、遮盖力、着色强度和底彩这类性质都与颜料体积浓度有直接关系。

在典型的商用颜料浓度时，各个二氧化钛粒子开始相互接近，如图9所示。这种颜料挤塞现象影响图6中曲线的高度和形状。在各种颜料浓度时，粒子之间的间隔

9、散射系数和颜料体积浓度

当二氧化钛的颜料体积浓度增加至10％以上时，由于二氯化钛粒子的聚集会使绕射光的散射效率减少。这个效应的结果会失去部分不透明度，我们可以通过在每单位面积的干漆膜中恒定钛白粉的量(降低漆膜厚度)来证明，见图10a。图10b 中的曲线则表示对干膜厚度在不变的情形之下增加其颜料体积浓度，虽然会失去部分散射效率，但仍会增加其不透明度。直到增加至大约25％的颜料体积浓度为止，遮盖力会因