钛白粉粒径分布对粉末涂料性能的影响研究

  李建军1，杨　 振1，李添达1，李海艳1，冯炜光1，龙　 翔1，崔爱莉2

(1.云南冶金新立钛业有限公司，昆明 650100；2.清华大学化学系，北京 100084)

0　前　言

随着国内对环保力度的加大，涂料工业逐渐往高固体分涂料、水性涂料方面发展。粉末涂料作为无溶剂型高固体分涂料的代表，其挥发性有机化合物(Volatile organic compounds即VOC)排放量远低于传统的溶剂型涂料，部分产品已经做到了零VOC排放。涂料利用率高，涂装过程中产生固体废弃物很少，能防止空气污染及火灾，是一种环境友好型涂料。粉末涂料是由聚酯、聚氨酯、聚丙烯酸、环氧树脂等聚合物与颜料、添加剂等均匀混合而成。粉末涂料施工简便，一般只需要一道涂层即可达到使用要求，在涂装工艺控制优良的情况下，涂膜基本不产生孔隙，有耐酸碱性、耐蚀性性能；粉末涂装设备体积小，占地面积少，成套装置综合投资小于传统溶剂型涂料；粉末涂料不是易燃品，在使用、贮存和运输上更为安全方便、简单经济；过量喷涂的涂料粉末还可以回收再利用；粉末涂料由于上述等优点，自发明以来就受到了广泛的关注。以粉体涂料涂装为主的行业包括：家具制造业、家电厨具制造业、钢管工业、汽车工业、农业机械工业、消防器材、电机工业及建筑工业等。

钛白粉是具有稳定的物化性质和优异的颜料性能的白色颜料，它有着白色颜料之王的美誉，其主要化学成分是二氧化钛，分子式为TiO2，分子量79.9，现被广泛应用于塑料、涂料、纸张、油墨、橡胶、化妆品等行业。影响粉末涂料性能的因素主要有钛白粉的含量、钛白粉的粒径分布、钛白粉的分散性能、树脂的折射率等。本文主要针对钛白粉粒径分布对粉末涂料遮盖力和光泽度的影响进行研究。
 

1　实验部分

1.1　实验原辅料及仪器

1.1.1　实验试剂

实验中使用的原料及主要试剂如表1。

1.1.2　实验设备及仪器

实验中使用的主要设备及仪器如表2。

1.2　实验方法

将钛白粉、树脂、助剂混合均匀加入到粉末涂料挤出机中，挤出后放入高速多功能粉碎机中粉碎1min，粉料放入粉末涂料喷枪中喷涂在遮盖力测试板上，放入干燥箱中烘干。测定遮盖力与光泽度，其配方见表3、表4。

1.3　表征及测试

钛白粉粒度：称取0.2 g钛白粉试样于250 mL烧杯中，加入50 mL水，再加入5滴分散剂，用磁力加热搅拌器搅拌10 min。加2 mL搅拌后样品于激光粒度仪Mastersizer 2000 Mu样品池中，放下搅拌器，搅拌1min左右后，重复测定，结果稳定测定完毕。颜料性能测试：采用CM-2600d分光光度计，通过PCQC色彩品质控制系统软件直接表征涂膜遮盖力应用性能测定[7]，用WGG-20光泽度仪测定涂膜的光泽度。

2　结果与讨论

2.1　钛白粉粒径和粒径分布

图1为R-706和R-960钛白粉采用激光粒度分析仪MS 2000测定的粒径分布图。其测定条件是折色率为2.73，吸收率为0.1。R-706钛白粉的D10为0.225 μm，D50为0.406 μm，D90为0.744 μm；R-960钛白粉的D10为0.290 μm，D50为0.551 μm，D90为1.120 μm。由图1可知，R-706具有较窄的粒度分布，且平均粒径较小；R-960的粒度分布较宽，粒子平均直径大。R-960的粒度分布

比R-706宽，且粒度更大。

2.2　不同粒径分布钛白粉在粉末涂料涂膜中的遮盖力

不同粒度分布的钛白粉分散在相同厚度涂膜介质中，所制得的涂膜遮盖力是有差别的。且同一种钛白粉分散在不同厚度涂膜的介质中，所制得的涂膜遮盖力差别更大。也就是说，颜料的最佳粒度与所采用的涂膜厚度有着密切的关系。不同粒度分布的钛白粉在不同的配方所对应的值也不见相同。

图2是根据表3聚酯粉末涂料基础测试配方测定的光遮盖力图，图3是根据环氧树脂粉末涂料基础测试配方测定的光遮盖力图。从图2和图3看出，随着涂膜厚度的增加，粒径小、分布窄的钛白粉R-706和粗粒径分布宽的钛白粉R-960的遮盖力都同时升高；在相同涂膜厚度情况下，粒径小、分布窄的钛白粉R-706的遮盖更高些；在薄的涂膜厚度时，粒径小、分布窄的钛白粉R-706更容易被隐藏。

2.3　不同粒径分布钛白粉在环氧树脂配方中的光泽度

钛白粉颜料是粉末涂料一种重要的组分，钛白粉颜料本身并无光泽，均匀分散在粉末涂料中才有光泽，但实际生产中钛白粉颜料的粒径分布决定了涂膜的光泽度。由于R-706的粒度分布窄、粒子平均直径较小，它属于细粒度基料生产的产品，而R-960的粒度分布相对宽些、粒子平均直径相对大些，它属于中粒度基料生产的产品。

对于不同粒径分布的金红石钛白粉而言，粉末涂料涂膜后的光泽度与涂膜厚度和粒度分布有关。图4是根据表4环氧树脂粉末涂料基础测试配方平行测定的光泽度散点图，从图4看出，两个不同粒度和粒度分布水平的钛白粉在涂膜厚度变化时都呈现相同的规律性，粒度较小与分布较窄的钛白粉R-706的光泽度比粒度较大与分布较宽的钛白粉R-960高些，这是因为粒径较小和粒度分布较窄的R-706能保持较好的涂膜表面平滑性。

3　结　语

本文主要针对钛白粉粒径分布对粉末涂料遮盖力和光泽度的影响进行研究。结论如下：

(1)钛白粉的粒径小、粒径分布窄，能提高涂膜层的遮盖力，增加涂层的光泽度。

(2)在薄涂膜层中，粒径小、粒径分布窄的钛白粉更容易被隐藏。