水性涂料用易分散钛白颜料的制备（一）

随着国家环保政策及相关行业标准的出台，为降低VOC的排放，涂料行业已由溶剂型逐步转向水性化生产[1]。颜填料作为涂料配方中重要的组成部分，不仅能够增加漆膜的色彩起到装饰作用，而且能够增加漆膜的厚度，增强漆膜的机械强度和附着力。而在各种颜料中，白色颜料是应用量最大的一类颜料，不仅直接用于白色系涂料，而且广泛应用于多彩色系涂料的调色。在白色颜料中，钛白颜料，尤其是金红石型钛白，以其优越的使用性能被广泛应用[2]。根据钛白粉市场调查可知，涂料行业是钛白粉应用量最大的消费市场，占比可达60%[3]。

一方面，目前市场上的钛白颜料主要是通用型的，适用于溶剂型和水性体系。但通用型钛白粉应用于水性体系时分散效果并不理想，这直接影响了涂料的贮存稳定性、流动性、漆膜光泽等应用指标[2]。这样就需要改变钛白颜料的表面形态，改善钛白颜料在水性涂料中的分散效果，以提高其应用性能。

另一方面，由于传统的钛白颜料出厂检测方法更偏向于检测粉体的理化性质及颜料性能，而水性市场的扩大使市场更加关注其应用性能，建立钛白颜料在水性介质中的分散性能评价方法对指导钛白颜料在水性涂料中的易分散应用指标有重要意义[4]。

本文着重考察了钛白颜料在水中的分散应用性能，并由这些指标评价了有机包覆的有效性，从而制备了易分散的钛白颜料，间接地降低了下游水性涂料企业的生产成本。

1、实验部分

1.1 实验原料与设备

金红石型钛白粉R216：中核华原钛白股份有限公司；涂易乐®DS-192L：天津赛菲化学科技发展有限公司；涂易乐®DS-192P（有效含量33%）：天津赛菲化学科技发展有限公司；涂易乐®DS-195L（有效含量40%）：天津赛菲化学科技发展有限公司；涂易乐®DS-194H（有效含量40%）：天津赛菲化学科技发展有限公司；

JM型电子天平：诸暨市超泽衡器设备有限公司；JSF-550型搅拌、砂磨、分散多用机：上海御盛机电设备有限公司；DV-I Prime型黏度仪：Brookfield公司；JS94J2微电泳仪：上海中晨；TDL-5A台式低速离心机：江苏省金坛市白塔新宝仪器厂；101型电热鼓风干燥箱：北京市永光明医疗仪器有限公司；722N分光光度计：上海菁华科技仪器有限公司。

1.2 易分散钛白颜料的制备

称取0.9-1.8g分散剂于研磨杯中，加入38.2g-39.0g去离子水将其全部溶解后，加入60g钛白粉，制备固含量为60%的。待粉体全部润湿后，加入玻璃珠（d=1mm）150g，于3000rpm/min条件下研磨分散1hr。将浆料进行过滤后，将滤饼进行烘干粉碎，用筛网（500目）筛选粉体，即得物理包覆型粉体。

1.3 水性分散浆料的制备

称取一定质量的涂易乐®分散剂于研磨杯中，加入一定质量的水将其溶解后，加入70g钛白粉和一定质量的锆珠进行研磨分散实验。其中，浆料配方中钛白占比70%，分散剂有效含量的质量占粉体质量的2%-6%。

2、表征与测试

2.1 Zeta电位测试

首先，制备1%水分散液，采用自动电位滴定仪测试分散液的pH值。然后取少量分散液稀释至适宜浓度后，采用JS94J2微电泳仪测量分散液的Zeta电位大小。

2.2 吸光度测试

称取1g钛白粉分散于50ml水中，静置10min后，取距离液面1cm处的分散液1ml稀释100倍后，立即采用722N分光光度计测试稀释液的吸光度。吸光度越大，表明粉体分散性越好。

2.3 沉降测试

称取1g粉体分散于50ml水中，超声分散5min后，取20ml分散液于20ml试管中。静置一段时间后，记录试管中清水层的高度。清水层越少，说明粉体分散稳定性越好。

2.4 粘度测试

取10g 70%水性浆料置于15ml试管中，于40℃恒温放置。采用DV-I Prime型黏度仪测试浆料在一段时间内粘度的变化。粘度变化越小，说明色浆的稳定性越好。

3、结果与讨论

3.1 电位与分散性的关系

颗粒表面的电荷会吸附周围的反粒子形成扩散双电层。根据Stern双电层理论可知，在相同pH值介质中，Zeta电位能够客观反映粉体表面双电层的厚度和颗粒之间作用力的强度。当分散粒子粒径越小，Zeta电位的绝对值越大，分散体系越稳定，抵抗团聚絮凝的作用力越强。反之，Zeta电位的绝对值越低，颗粒越倾向于絮凝团聚[5-9]。

因此，通过测定不同改性剂粉体的电位值，可以直观反映出改性剂对粉体的改性程度。

表1 Zeta电位测定

Table 1 Zeta potential test

实验中采用不同的表面改性剂制备了粒径相近的包覆钛白粉。从表1中数据可知，采用不同表面改性剂得到的钛白颜料水分散液pH值相近，均呈中性。在相同的pH值介质中，涂易乐®DS-192L和DS-192P改性后的钛白粉粉体电位绝对值明显升高，并且在水中的分散状态良好，说明DS-192L和DS-192P可以达到良好的改性作用。