20120428TiO2水分散性改进的研究.pdfVIP

·颜 填 料· Ti02水分散性改进的研究 许红1，张景海2，董鲁艳- (1．济南裕兴化工总厂，济南250031；2．济南瑞氟化工科技有限公司，济南250100) 摘要：探讨了二氧4撇(TiO：)水分散性的分散机理，并利用双电层理论解释了TiO：的分散 过程；阐述了以硅烷偶联剂为改性剂对Ti02的改性过程；评价了改性产品的物理化 学性质、改性剂浓度对表面亲水／gg性的影响，并用扫描电子显微镜检查表面几 何形状和表面结构。 关键词：二氧化钛；水分散·pt；分散杌理 1 引言 TiO：是最常用的白色颜料，广泛用于涂料、塑料、橡胶、纸张、陶瓷、化妆品与纺织工业。随着人 们对环境的日益关注，水性环保涂料倍受青睐，而TiOz作为一种优质的白色颜料，如何更好地应用 于水性涂料是当今研究的课题。水分散性是TiO：在水性涂料中应用的一个很重要的性能指标，它 的优劣直接影响涂料的遮盖力和颜料的其他性能【¨o对于TiOz水分散性的改进，本文先从水分散 性的机理出发进行分析，然后通过改性试验加以确认。 2改性的理论基础 2．1 Ti05表面特性 2．1．1单相中的团聚现象 TiO：煅烧所得的原级粒子很小，具有很高的比表面能，极不稳定，在高温下会很快地团聚，形 成亚稳态的较大粒子。对于一定量的TiO：而言，粒子愈小，原级粒子之间的引力愈强，粒子更易团 量仍然较高，容易通过团聚来降低表面能量，达到准稳定状态。因此，TiO：在单相中的易团聚现象 是讨论其水分散性的前提。 2．1．2两相中的高分散性 离子，使固体表面带有相同的电荷，因同种电荷排斥而分散；②粒子的比表面能很大，表面收缩而 降低表面能，使分散体系稳定化。正是TiOz在水中的高度分散性使它能够在水性涂料中得以广泛 应用o 2．2TiO：在水分散体中的分散过程 2．2．1吸附作用 大量研究表明，TiO：表面有很多极性羟基，若水中不加任何分散剂，Ti02在水中分散时会吸附 大量的极性基团；若加入一定浓度的高分子分散剂，高分子分散剂会吸附在Ti02颗粒的表面，使得 吸附层厚度增加，表面特性改变o 2．2．2双电层理论 mV， 第十届全国涂料与涂蓑技术信息交流会 2007-06月．天莲 ·颜 填 料· 合乎事实，有一定的科学依据。 实际上，TiOz在水中分散的过程是双电层形成的过程。当TiO：接触水表面时，瞬间浸渍润湿， 其表面吸附一层相反电荷，构成了双电层。这种双电层可以看作是四周被同一电荷所包围的粒子， 当布朗运动使2个粒子靠近时，电荷浓度发生变化，电荷产生斥力，当这种斥力大于范德华引力时， 则粒子分开，体系处于分散稳定状态。 3改性试验 为了改进TiO：水分散性方面的不足，需对其进行表面处理【4】。最常用的是实行稳定化处理，即 在晶体结构中加人其他元素，或对粒子的表面进行改性，这些都有助于改变其物理化学性质。 3．1改性的目的 引入能与有机物相互作用的新基团，改进界面附着力，改变表面的亲水／疏水性。改性后的产 品应具有尽可能低的堆密度和尽可能高的疏水性【51。 3．2改性材料 TiO：由裕兴化工总厂硫酸法制得。该rio：(R一818)的主要理化数据列于表l。 表1所用TiO：(R一818)的主要性能 理化项目 性能 理化项目 性能 45斗m孔筛余物／％ ≤0．02 密度／g·cm一4．1 二氧化钛含量／％ ≥95 消色力 110 金红石型含量(占TiOz总量的分数)／％ ≥98 水悬浮液pH