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D2分散剂在钛白粉改性中的应用

D2分散剂在钛白粉改性中的应用 黄云龙1 杨伦2 张方志2 陈峰3 (北京化工大学精细化工厂100089,南通晗泰化工有限公司226600,常州众普环保新材料有限公司213212) 摘要:采用D2分散剂、有机硅偶联剂、TME、三乙醇胺分别对钛白粉进行包覆处理,通过观察在水和乙二醇中的分散稳定性,判定相容性;通过遮盖力来判断各处理剂对钛白粉的分散的优劣。 关键词:D2分散剂,相容性,遮盖力 序言 钛白粉被认为是目前世界上性能最好的一种白色颜料,广泛应用于涂料、塑料、造纸、印刷油墨、化纤、橡胶、化妆品等工业。 钛白粉(二氧化钛)化学性质稳定,在一般情况下与大部分物质不发生反应。在自然界中二氧化钛有三种结晶:板钛型、锐钛和金红石型。板钛型是不稳定的晶型,无工业利用价值,锐钛型(Anatase)简称A型,和金红石型(Rutile)简称R型,都具有稳定的晶格,是重要的白色颜料和瓷器釉料,与其他白色颜料比较有优越的白度、着色力、遮盖力、耐候性、耐热性、和化学稳定性,特别是没有毒性。 金红石型钛白粉:结合硫酸法金红石型钛白粉生产质量控制经验,集合无机包膜、有机处理、盐处理、煅烧控制、水解与产品应用等方面的创新研究,采用先进的色相与粒径控制,锆硅铝磷多元无机包膜和新型的有机处理技术。 作为表面有机处理,现在采用的多是有机硅和TME,TMP进行处理,这也是国内的和国外的钛白粉最大的区别。基于此,采用D2分散剂,对金红石钛白粉进行处理,参照其它的助剂进行对比,通过相容性和遮盖力来对分散性能进行评价。 一、实验设备及原料 设备:实验室用高速粉碎机,锥形磨,黑白格,狼毛刷,电子天平,胶头滴管,玻璃棒,调漆刀 原料:D2分散剂,TME(工业级),ZP-01偶联剂(成都道奇威),三乙醇胺(工业级),钛白粉以及粗品(安徽普乐),重质碳酸钙(工业级),乙二醇(化学剂),去离子水,E-20环氧树脂(60%),混合稀释剂 二、实验过程 2.1、粉体改性:取钛白粉200g,加入表面处理剂,放入高速粉碎机里,进行干法处理。为了更好的区别各处理剂对钛白粉分散性能的影响,取20g金红石钛白粉,加入180g重钙,进行干法处理。 2.2、相容性测试:取改性后的粉体5g,加入到45g去离子水(乙二醇)中,用玻璃棒搅拌均匀后,加入到25ml量筒中,根据粉体沉降的时间,判断相容性。 2.3、遮盖力测试:取处理后粉体10g,加入到35gE-20环氧树脂(60%)中,加入混合溶剂5g,用调漆刀搅拌均匀,用锥形磨研磨至一定的细度后,用狼毛刷在黑白格上涂刷,以看不到黑白格的区别为止,涂刷所用的物料质量总和乘以50,即为遮盖力相对数值。 Hp=△m×50 Hp:遮盖力,单位:g/m2 △m:所用物料质量总和 三、实验结果分析 钛白粉在其应用体系的分散性是钛白粉重要的专用性指标。金红石钛白粉在进行表面上处理时。普遍采用高级脂肪酸、多羟基醇及酯类偶联剂。这种简单的有机表面处理能够满足通用性钛白粉品种要求,并不能满足特种钛白粉品种的要求,对专用型金红石钛白粉品种需要采用效果更好、功能更强的表面处理剂①。基于此,南通晗泰化工推出了新一代嵌段共聚分散剂D2,针对金红石钛白粉的特性和使用要求,通过调整分散剂功能团,中间体的分子量制造出了适合金红石钛白粉表面处理剂。 3.1 相容性测试 相容性的测试结果见表一 表一:各分散剂在不同分散体系中的沉降时间(min) 分散剂 D2 ZP-01 TME 三乙醇胺 分散体系 去离子水 200 20 35 20 乙二醇 4000 120 140 100 备注 以出现沉淀的时间为沉降时间,沉降距离25cm 从上述沉降的结果可以看出,D2分散剂对于金红石钛白粉的分散效果,大大的优于现在金红石钛白粉常用的表面处理剂,并且与水性体系,油性体系有着良好的相容性,这是因为,D2分散剂是采用了嵌段共聚技术,羧基和酯基的存在,大大提高了该分散剂亲水亲油的性能,在表面处理的时候,钛白粉表面的羟基和分散剂的羧基进行锚合,提高了钛白粉和分散剂结合的键的强度,脱附几率大大的减少,保证了金红石钛白粉在水性油性体系中的稳定性;同时,酯基和羧基的存在,使得表面处理后的钛白粉具有与水性体系和油性体系良好的相容性,保证了其运用不受到影响。 3.2 遮盖力测试 遮盖力是钛白粉一个很重要的指标要求,折射率大的颜料有较大的遮盖力,遮盖率与面积成正比,颜料与展色剂的折射率之差越大,遮盖力也越高。白色颜料中金红石型二氧化钛的遮盖力最高。1)料晶体本身的折射率。钛白粉的折射率是白色颜料中最高的,因此从理论上来说它的折射率也是最高的。2)颜料粒度的大小,颗粒结构的分散程度也影响遮盖力。在大于可见光半波波长的范围内,粒径越细,颗粒结构越光滑,分散性越好,则遮盖力便越大,但它有一定限度。平均颗粒为0.2um时,遮盖力最大。小于可见光波长一半时,则由于晶粒对光的透明性,使遮盖力反而下降。由于可见粒子过大过小都不好。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,由于它对光的吸收能力很小,虽然光的吸收对遮盖力有影响,但没有散射能力影响大,因此其遮盖力主要受散射能力的影响,和着色力一样也受颜料的折射率、粒径、粒径分布和分散性能的影响②。那么在颜料的折射率、粒径、粒径分布已定的条件下,钛白粉的分散性能就是影响其遮盖力的主要因素了,本实验根据前述遮盖力测试方法,对不同的表面处理剂处理的金红石钛白粉以及稀释后钛白粉进行遮盖力测试,并根据遮盖力测试结果判断表面处理剂额优劣。遮盖力测试结果见表二 表二,遮盖力测试结果(g/m2) 分散剂 D2 ZP-01 TME 三乙醇胺 Rp-16 Rp-16粗品 D2(20) 遮盖力 501.5 754.5 720.0 744.5 188.5 176.5 310.0 注:D2,ZP-01,TME,三乙醇胺为10质量份钛白粉,90质量份重钙; RP-16粗品为RP-16未经处理钛白粉,D2处理剂用量1.0%; D2(20)为20质量份钛白粉,80质量份重钙,D2处理剂用量1.0%。 从表二的数据可以得知,D2分散剂对于分散金红石钛白粉明显的优于其它表面处理剂,对遮盖力的提高起到了重要的作用。Rp-16粗品并未进行表面无机处理,也就降低了光的散射,可以理解为粗品遮盖力较低,直接经过有机处理后,遮盖力优于Rp-16,这就可以认为,D2分散剂在提高钛白粉的分散性能上,有着显著的提高。这是因为D2分散剂中的羧基在和钛白粉表面羟基锚合之后,中间体的长链阻止了钛白粉颗粒的二次团聚,由于羧基和酯基的共同作用,还能在粉体颗粒表面形成双电层化,进一步阻止了颗粒的团聚,使得钛白粉颗粒能够均匀的分散在溶剂体系当中,从而能够保证金红石钛白粉在油漆涂料中能够得到良好的应用。 四、结论 从上述的实验和测试结果,我们可以得出结论:D2嵌段共聚分散剂在金红石钛白粉有机处理上,有着良好的分散性能,并具有与水性体系、油性体系有着优良的相容性,在金红石钛白粉有机处理环节,可以做相应的推广。本实验不足之处在于,未能和国外进口产品进行性能对比,也为对钛白粉在其它领域的应用做更广的实验,将会在后续的实验中,进行对比和深入的研究。 参考文献: 1,钛白粉的生产方法及主要改性技术 和涛 《科学之友》2008年10月(30) 2,《钛白粉应用手册》邓婕,吴立峰,乔辉等编著 化工出版社 2005年第一版

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