选用钛白粉时应考虑的几种特性

选用钛白粉时应考虑的几种特性

作者：王俊忠毅兴行技术部

一，分散性（Dispersion）

由于库存或包装所形成的钛白粉结块（clumps）（聚积物和凝结块），在分散搅拌后形成钛白粉和树脂的均匀混合物。良好的分散性不仅可消除最后产品中之斑点（speaks）和（streaks）之现象，且可保证有最大光散射效率。在选择钛白粉品级和分散过程时，下列三点需特别注意：

?钛白品级的分散性因制造程序而有不同。例如，经无机氧化物表面处理的钛白粉品级通常较末处理的品级易于分散于液体系统中（可塑剂

(plasticizers)、塑化物(plasticized vinyl)）。但就另一方面而言，末经表面处

理的品级通常易分散于干拌研磨（dry blending）如聚乙烯、聚苯乙烯或其他模制用树脂的制造程序。

?钛白粉粒子个体无法打破的。不管加入结块过程中的能量有多大，在打散束缚的结块时，它们只是粒子彼此间的分离。

?分散（dispersion）这个词常常被含糊其词的使用。例如，有些"分散"问题实际上是配方上稀释不充分的问题，而在塑胶中还留下不可溶的浓斑点。

二，光学性质

在塑胶应用中，钛白粉是较受欢迎的颜料，因其在低颜料含量下，可提供最佳的散射效果。除了光学性质外，其他重要的产品特性，亦可决定钛白粉等到级，以适用于特殊的用途。一些重要的产品特性将在本章予以讨论。

光学性质（Optical）

在选择应用钛白粉时需用考虑适应力，著色强度，底色和色泽（color）等到基本的光学性质。白色颜料的适应力和著色强度显示其对光的散射效率，适应力显示白色颜料使用权塑胶系统不透明的能力，而著色强度则显示白色颜料对有色塑胶系统所提供的白度（whiteness）和亮度（brightness）。因为较容易度量，著色强度最常用来表示白色颜料的光散射效率。为度量相对著色强度，在每公克钛白粉试品中掺入0.008公克碳黑，使用权用这种混合的黑色颜料组群（Master batch）分散塑胶之中，其所产生之灰色塑胶制成均匀，不透明的塑胶片（sheets）或模制碎片（molded chips）。有最大光散射效率的钛白粉试口可提供最浅的灰色和最佳的光反射性。

钛白粉的底色（UNDERTONE）对于著色的色泽具有影响。底色因钛白粉微粒大小而不同，它无法以干革命粉末或白色塑胶的外观来评定之。底色通常被叙

述为，用三滤镜分光仪（three filter colorimeter）所度量出在灰著色中（gray tint）蓝色对红色反射比。（底色=蓝反射/红反射）。受过训练的观察者可看出灰著色中0.01差异的底色。

在某些透明性应用于中，传透光（transmitted color）之外观（appearance）至为重要。含水量小颗粒钛白粉品级的白颜料和类似产品含水量大颗粒钛白粉者相较之下，其传透外观较为黄，因而在某些产品的制造，如粗胶瓶、灯罩等等，中性或黄底色的钛白粉品级较受喜用。在配色时，使用正确底色的钛白粉对精确配色而言，至为重要。这种底色差很难用颜料的颜色来补救。

当单独使用钛白粉于-全然无色的塑胶系统中时，其颜色不钛白粉之外观，和底色完全没有关系。大部份应用的钛白粉品级在颜色上不会有明显的变化，然而，下列因素会导致低劣的颜色：

?污染（contamination）

?钛白粉和树脂或添加剂（additives）的反应

?热安定性（heat stability）失效

颜色（color）和底色（undertone）有时令人混淆不清。需注意，上述任何一种状况都可能导致蓝底色的钛白粉呈现黄颜色。粒子大小不同的钛白粉口级而有相同颜色者并百不寻常。亮度（brightness）（=绿反射(green index)）和黄度系数（yellowness index）[=100×（红反射-蓝反射）/绿反射]乃用以描述白塑胶系统之颜色之最常用词。

三，耐候性（Weatherability）

当加了颜料的塑胶曝露于天候一热、阳光和水中时，会产生劣化（degread）。大部份的有机化合物当曝露于高能、含紫外线的阳光中时会起光化学分解（photochemical degradation）。若含有足量的R型钛白粉品级，可有效地吸收此具破坏性的紫外光，将其转化成热能而防止有机聚合物起紫外线分化。用于户外而含水量有颜料的塑胶制品通常需要更多的钛白粉含水量量以还到不透明的效果，譬如，白色硬质乙烯外壁板（siding）以15百分量（Parts Per Hundred）之钛白粉含量来保证聚氯乙烯防止紫外线分化，这超过了不透明性和白色度所需二氧化钛量的五倍。

钛白粉本身会起光化反应，曝露于阳光天候中会催化些有机树脂起氧化作用。这种劣化的结果导致物理强度的丧失而生成一层粉积层（chalk）。这粉积层包含了松散的钛白粉和由表面磨损而得的解离树脂。铝和矽等无机物的表面处理可用于钛白粉之上以减低这种型式的劣化。表面处理（surface treatment）的功用就好像是钛月粉粒子和树脂间建立一个壁画（barrier），因而减低了光化学分化的发

生。因此，经表面处理的钛白粉品级，如Ti-Pure R-902,R-960被广泛地使用于户外用的有色塑胶中，以减低产品表面粉化的形成。

四，抗褪色性

加了钛白粉的塑胶褪色（Discoloration）乃肇因于一些颇复杂的反应机理（mechanism），如表2所示。钛白扮的品级随着所参与的褪色机理而变化。

五，抗裂孔性（Lacing Resistance）

裂孔现象（lacing）通常绿于色粉粒子表面挥发物的释放，这些挥发物在高温押出时（通常以上）蒸发，而在最后的制成品中引起泡泡或小洞，含低挥发性物的R-100和R-101可使用其理想地适用于高温押出过程。

铝和矽等之无机物表面处理通常可增加挥发物被吸着的数目，如图7所示。当这些钛白粉品级处于高温押出状况时，裂孔现象会很普遍。钛白浓缩物如果贮存不当亦会吸收湿气而导致裂孔现象的发生。

图7 在高温压出时的裂孔

六，凝聚性（Flocculation）

凝聚现象乃在液体系统中钛白粉形成疏松块状群聚的现象。这种凝块可用适度的剪力（shear）打散，但如果钛白粉粒子在整个聚合体（Polymer matrix）中可自由活动的话，凝聚会再度形成。

凝聚会引起三个主要的问题：

?不透明度的丧失-钛白粉凝聚物并不能象原来的钛白粉粒子般有效地散射光线。

?由于凝聚钛白粉着色强度的降低，而引起着色系统的色差。

?凝聚系统的流变性（rheology）通常非常浓稠且不易流动。

大部份的状况下，搅拌可稀释悬浮物，但凝聚现象会再度发生。

七，导电性（Electrical Properties）

钛白粉是种很良的绝缘体，它具有高电阻系数，高介电强度，高介电常数和低功率系数。绝缘性不良的问题通常源于钛白粉塑胶中研磨分散不足的结果。

测量钛白粉的导电性几乎是没有意义的，假使需用要的话，我们推荐使用类似于工厂里测量导电性的技术来测量此绝缘化合物。

磨耗性（Abrasiveness）

钛白粉比其他用于塑胶之添加剂更硬，更具有磨耗性。通常于高速的混合设备中会遭受到钛白粉的高耐磨耗性的影响，因此，可于研磨后期加入钛白粉来降低之。操作设备的金属污染，将导致最终产品的严重变色。所有商业用的R型

钛白粉都可由它对塑胶操作设备的高耐磨耗性角度来做比较。钛白粉中具有良好分散性的品级，藉着分散周期的缩短可减少机器的磨损及降低产品发生褪色的机率。

八，钛白粉结晶型熊与反应性

商用二氧化钛通常有二个结晶型式-R型和A型。R型的钛白粉的光线散射效果上比A型要大30%。因此，A型的耐候性比R型的差，它在保证有机聚合物抵抗高能及紫外光方面效果较差，且会引起聚合物的光氧化，而导致很多物理性质的损失，并形成钛白粉的解离树脂的粉化积层。在图8，提供了R型及A型的摘要。

图8 R型和A型比较表

晶体结构-在R型晶体中钛和氧原子的结合较为紧密。

比重-A型=3.84，R型=4.26

折射率-A型=2.55，R型=2.73

每单位重量之遮盖力-R型比A型高约30%。

光安定性-R型较稳定，且具更多抗粉化性。

紫外线吸收力-R型紫外线附近处（360~400nm）吸收力较强。