二氧化钛颜料提供不透明度和白度油漆电影和影响广泛的其他电影的属性。二氧化钛的介绍和发展贯穿整个20世纪启用的生产高质量和安全的内部和外部使用的油漆。然而,二氧化钛的生产流程是比较昂贵,所以这颜料通常是最昂贵的原材料用于乳液涂料。许多技术和添加剂已经开发多年来帮助改善二氧化钛的利用率,从而减少使用,同时保持涂料的性能属性。30多年extender制造商一直在开发自己的产品,促进他们作为潜在拯救二氧化钛的方法,经常提出节省高达30%。

的确说,在30年左右,油漆采用了使用smaller-particle-size填充剂在颜料和显著降低二氧化钛的内容。例如,一个典型的1970年代的高质量的哑光漆常常包含超过18%的二氧化钛。通过使用小型煅烧粘土填充剂,在某种程度上不透明聚合物,这通常水平现在已经减少到10 - 14%。

很难看出现代涂料,已经降低了二氧化钛体积浓度(vc),可以继续受益于extender制造商的持续的20 - 30%的潜在储蓄二氧化钛通过fine-particle-size填充剂。

这个评价,因此,看着几位现任fine-particle-size flash煅烧填充剂填充剂和一些“新”的制造商声称举起时,填充剂使用在一个相对现代涂料配方。

提高二氧化钛利用率通过改进间距

在装饰乳液涂料,它早就知道,二氧化钛色素通常是差extender和乳液粒子分散和拥挤。1事实上粒子体积浓度越高越拥挤可以成为。很好理解,通过减少extender粒子的大小使用,可以显著改善二氧化钛的间距(图1)。

当然,更换6æm extender /填料2æm煅烧粘土,,,导致改善二氧化钛间距,更好的透明度,因此,降低二氧化钛水平的可能性。然而,为了进一步提高二氧化钛的间距水平可能导致重大改进散射和不透明性理想情况下需要的粒度extender至少小一个数量级。图2显示了理论影响二氧化钛最近邻距离extender粒度从0.01到1.0µm不等。这个建模程序,由坦al2,假设有二氧化钛和extender粒子之间的随机包装。

它可以清楚地看到,二氧化钛的进一步间距(即提高最近邻距离值)时才开始不透明度有显著影响的粒子大小小于0.5æm extender达到大小。最佳散射发生在增加二氧化钛间距和最大粒径达到平均在0.1和0.2之间µm。

大多数的延伸部分,仍然声称提供20 - 30%的潜在储蓄通过二氧化钛间距超过这个粒度,因此不太可能会有这样一个使用这种机制对透明度的影响。

Extender评价

今天油漆的添加剂配方设计师有一个令人眼花缭乱的选择选择,和填充剂的选择也不例外。对于这个评价的主要extender制造商被要求提供fine-particle-size延伸部分,他们建议改善二氧化钛的利用率。表1列出了填充剂与化学类型和评价使用粒子大小援引制造商。扩展器,一个著名的和使用煅烧粘土Extender,被选为标准。众所周知,提高利用二氧化钛代替较大时,填充类型产品。

评估extender的性能,有必要生产PVC梯子在恒定的二氧化钛体积浓度和不同extender体积浓度。这允许我们评估确定临界颜料体积浓度(CPVC)为每个类型的extender在这个油漆系统。然而,它不会轻易允许多个extender油漆进行测试,因此我们认为评价将是有限的,我们可能会失去任何协同效应(好或坏),可以使用填充剂组合。

几个涂料性能评价包括透明度(对比度干和湿),用黑色和白色图表和数字6次线绕涂布;颜色(CIELab);抗黑沥青油性污渍;和乙二醇透明度(反射后丙二醇膜)的应用程序。每个extender绘制的性能对extender体积浓度和比较的标准extender A这样的填充剂是额定性能比,类似于或比extender。

图3和图4给出的例子的三个延伸部分执行Extender相比一个干燥的不透明度和乙二醇的不透明度。

使用乙二醇电影是删除增加孔隙度的影响(干隐藏),帮助确认为每个extender CPVC的位置。如果我们考虑的关系曲线和CPVC水平,如图5、6和8,我们可以从它们的形状和方向得出某些结论。比如Extender的曲线和Extender我在图5中。曲线显示下降趋势随着extender的体积增加,这表明拥挤的程度也增加。的梯度下降为Extender我大于Extender所以它是拥挤的色素,从而产生更快速的不透明度下降。鉴于Extender的颗粒大小是3.2æm像预计的那样,由于Extender有一个略小的颗粒大小和更严格的分布。通过我们的评级方法我们会考虑Extender我性能较差,而不是提供任何潜在的储蓄在Extender。

图6对比Extender的性能与Extender h .这Extender的较小的粒径为0.18æm,考虑到建模数据,将产生一个更好的透明度比Extender A .然而很明显可以看到这并非如此。事实上,CPVC下面的性能比Extender。意想不到的结果的原因中可以看到油漆的扫描电子显微照片,图7。extender的显微图清楚地表明,严重絮凝的,给它一个更大的有效粒径。因此不足为奇的不透明度下降,这extender执行比extender。

这个结果也强调了重要的测量粒径粒径的extender可能并不能真正反映应用程序。它不能被足够的强调,为了获得最好的二氧化钛利用率extender和二氧化钛必须分散和稳定。

第三个extender是“新”的flash煅烧的家庭。生产过程产生extender粒子含有孔隙(包括相互联系和离散),声称帮助散射光线,从而提高漆膜的不透明度。这个extender的粒度(extender F)非常类似于extender所以我们不会期望获得任何优势通过减少色素拥挤。

图8显示了结果的比较产生的不透明颜料包含Extender和Extender f .可以看出有一个改善超过使用生成的不透明度Extender A作为填充剂的颗粒大小相似,额外的不透明度最有可能产生的裹入气,这是抵消拥挤的效果。

排名的延伸部分

不可能审查所有的结果在这演讲。然而,每个属性是仔细考虑和Extender的性能相比,结果用于等级秩序的填充剂性能比,类似于或比Extender A .表2显示了结果。

结果,四个填充剂出现给一种改进,因此潜在TiO2-saving性能——填充剂C和D和填充剂E和F,后两个都是flash煅烧粘土。考试的四个曲线在图9中显示了填充剂C和D都获得大部分的优势通过减少CPVC的油漆,虽然小增加透明度低于CPVC也明显。

这两个特殊的延伸部分的亮度非常高,它是可能的,他们的形状和大小使他们适合反射而不是散射光,一些platelet-type一样填充剂。填充剂E和F,尽管略有减少CPVC,仍然显示出整体增加透明度的PVC梯子。考虑Extender E,可以看到在图10中,透明度的增加以下CPVC很大量,应该允许合理降低二氧化钛负载。

降低二氧化钛

为了确定多少二氧化钛可能得救并确定什么,如果有的话,不利影响这将对其他涂料特性,一系列的油漆是用增量减少二氧化钛。如图10所示,30%的PVC被选为评价这是低于CPVC,从而避免干藏,并发症和不透明度也显示出实质性的改进Extender a图11给出了透明度结果TiO2vc对于一个给定的下降。

很明显可以看到,减少TiO2vc 20%是可能的如果一个匹配的不透明度是必需的。然而,如果我们考虑反射黑色,如图12所示,我们可以看到,等效反射率的略低储蓄TiO2vc 10到15%。这也表明,一些不透明的优势表现出的Extender E (F)是来自吸收而不是散射。

湿不透明度的重要性不如以前,正如预期的那样,二氧化钛负载的减少导致减少潮湿的不透明度。事实上,只有最小的水平减少二氧化钛可以没有显著减少湿不透明度(图13)。

因为潮湿的不透明度下降迅速,它确认了二氧化钛不是间隔足够好,也表明,孔隙内的flash煅烧extender离散和不仅仅是开始时散射光油漆变干。

大孔隙的存在证实了在油漆Extender E porosimetry汞的使用。虽然不是完全适合评估油漆电影的总孔隙度,该方法似乎很好地工作在系统任何空洞可能相互关联而非离散的。图14显示了描绘的情节从水星porosimetry Extender和Extender E。

油漆的孔隙度由Extender E是大约5%大于Extender a也感兴趣的是这样一个事实:大部分的额外孔隙度似乎在尺寸范围在0.1和1.0之间æm,确切的尺寸范围的内的空洞flash煅烧粘土。这个范围的大小还包括理想的空隙大小范围的散射光,虽然大部分的额外孔隙度表示高于0.5æm大小。

鉴于我们有确定的存在更大的孔隙度Extender E漆膜我们检查了耐擦洗的水平是否有负面影响在降低二氧化钛的水平并与Extender取代它。图15显示了结果。在图15中可以看出,简单地交换Extender Extender E导致轻微下降,耐擦洗。降低二氧化钛和取而代之Extender E,耐擦洗持续下降和失败的要求< 5毫克/ cm2损失超过5% TiO2vc时更换。这又远远落后于二氧化钛30%的储蓄。

二氧化钛上裹入气利用率的影响

当我们发现到目前为止,使用fine-particle-size填充剂可以帮助改善二氧化钛在乳胶涂料利用率,尽管20 - 30%的水平由制造商声称目前只可能以牺牲其他油漆属性。我们已经看到flash煅烧填充剂的空隙结构可以改善乳液涂料的透明度通过一些额外的散射,尽管我们已经表明,大多数孔隙不合适大小的优先散射光。这表明,方程中还有另一个组件添加到不透明的油漆和传授extender。

正如本文的开头提到的,众所周知,乳胶漆的二氧化钛分散可以非常贫穷。相比solventborne醇酸漆,乳胶漆的二氧化钛颜料絮凝的和未充分利用。然而在许多情况下,加载一个平等的二氧化钛乳胶漆的透明度可以等于或超过,醇酸。解释这个明显的矛盾,我们必须看看折射率的差异的两个系统。

醇酸树脂有典型的折射率在1.51,而丙烯酸乳液将在大约1.48略低。散射功率的建模二氧化钛作为树脂折射率的函数(RI)我们可以表明,这小差异0.03个单位的国际扶轮足以产生一个隆起的不透明度0.5单位对比度。它也可以通过简单的计算表明,5%的水平空气,裹入在漆膜中,将减少约占一个类似的折射率,从而增加透明度。

从水星porosimetry早些时候工作,相信一个典型的乳胶漆包含5至15%的裹入气,主要是由于不完整的电影聚结。这个量的空气将占额外1.5个单位的对比度和足以抵消不透明度的损失由于絮凝相比solventborne醇酸漆。表3给出了一个暗示的相对增加透明度,可以通过减少折射率树脂系统的使用。

添加特定的填充剂,如果更多的空气被禁锢在油漆,那么这将会减少的影响感知油漆介质的折射率,从而增加油漆的不透明度。这个过程,我们认为是导致透明度优势看到当使用Extender E。

进一步的工作现在正在进行在洪博培Tioxide更好地确定空气滞留在乳液涂料的水平,“粒度”的孔隙,这些与漆膜和交互,如果,可以控制的空气混入漆。

结论

在评估一系列fine-particle-size延伸部分我们已经得出结论,一些小改善二氧化钛利用率仍然可以使用这些产品,虽然二氧化钛的20 - 30%的储蓄可能不会完全证实当所有被认为是主要的油漆属性。当前填充剂粒径超过0.5µm已经表明,通过理论和实验,而不是提高二氧化钛的间距,因此不会通过这种方法提高二氧化钛利用率。这些填充剂粒径的少0.5æm不容易分散他们的主要尺寸和倾向于homo-flocculate,创建大型多粒子填充剂造成更多的拥挤和较低的透明。

中国使用flash煅烧粘土做似乎提供更好地利用二氧化钛,但是当其他油漆属性包括好处明显减少。漆膜内的含气率由这些填充剂被证明对透明度有积极的影响,尽管孔隙的大小表明光散射可能不是原则的方法提高透明度。的孔隙被认为降低明显减少介质的折射率,这是导致散射增加二氧化钛颜料。

确认

作者想表达他的感谢莱斯辛普森博士约翰·坦凯瑟琳·富勒顿和弗兰克·霍尔顿的帮助在准备这篇论文,并进行必要的实验室工作。我还要感谢Mahomed maite,集团营销总监和布莱恩·托马斯,集团人力资源&外联主任的支持在出版。

更多信息,联系保罗·迪茨,洪博培Tioxide, Haverton希尔路,TS23 1 PS,英国;电话0044 1642 376467;传真0044 1642 676777;通过电子邮件与paul_f_dietz@huntsman.com联系。

引用

1卡托尼,L;和Becherel, d .细粒子填充剂之间的相互作用和二氧化钛颜料;技术报告D9202GC;洪博培Tioxide。
2坦,J;韦斯特伍德,乔丹;霍恩比,先生;辛普森,洛杉矶。使用一个数学模型来预测在漆膜填充剂对颜料分散性的影响。j .玻纤。科技,1992,第64卷No.809, 33-40。

本文提出了在7日纽伦堡国会,欧洲涂料,2003年4月,德国纽伦堡。