文/周俊
（攀钢集团有限公司钛白产品应用研究中心）
摘要：从系统污染、钛白粉加量、生产加工温度、体系相容性4个方面，针对钛白粉干粉白度与其在各应用领域中所呈现出来的应用白度之间的关系进行了分析和讨论。研究表明，同一牌号钛白产品在不同应用体系中影响钛白粉应用白度的主要因素是体系相容性。
关键词：干粉白度；应用白度；相关联性
Main Factors Affecting Whiteness of Titanium Dioxide
Zhou Jun
(Application Research Center for Titanium Dioxide Product of Panzhihua lron and Steel Group Co., Ltd.)
Abstract: Mainly viewed from the factors including system pollution, addition of titanium dioxide, processing temperature, system compatibility, this article analyzes the relationship between the dry whiteness of titanium dioxide powder and the application whiteness of titanium dioxide powder in various fields. It is revealed that the compatibility of titanium dioxide is the main factor that affects the whiteness of titanium dioxide in different application systems.
Keywords：dry whiteness of powder; application whiteness; correlation
0 引言
钛白粉应用领域广泛，各领域之间的质量需求不尽相同。随着钛白粉各应用领域对产品质量的更加精细化、差异化需求的提升，深入了解钛白粉常规理化指标与各应用指标之间的相关性，细分市场，定向销售，务求做到最佳适用性，已成为行业共识。
白度、分散性、遮盖力，是钛白粉各应用领域共同关注的3大应用指标。本文将针对影响钛白粉3大应用指标之一的白度（WH）的主要因素，从系统污染、钛白粉加量、生产加工温度、体系相容性等4个方面进行分析和验证。
1 试验原理及表征
1.1 白度
白度（whiteness）是表示物质表面白色的程度，以白色含有量的百分率表示。测定物质的白度通常以氧化镁为标准白度100%，并定它为标准反射率100%，以蓝光照射氧化镁标准板表面的反射百分率来表示试样的蓝光白度；用红、绿、蓝3种滤色片或3种光源测出3个数值，平均值为三色光白度。反射率越高，白度越高，反之亦然。一般当物体表面对可见光谱内所有波长的反射比都在80%以上时，可认为该物体表面为白色。
图1色相十字坐标图（引用百度图片）
在图1中，L值（明暗度）和b值（色相：黄蓝相）对最终亨特白度（WH）的呈现起着至关重要的作用，a值（饱和度：红绿相）的影响力相对较弱。
1.2 钛白粉干粉白度
钛白粉干粉白度是用铝杯将钛白粉恒压至表面成镜面的粉饼，用白度仪或分光测色计检测其粉饼的镜面白度。钛白粉干粉白度主要和钛白粉有色金属含量、钛白粉粒子大小与分布有关。
在有色金属中，影响最明显的是氧化铁。在金红石型钛白粉中的含量＞0.0030%时，就会产生显色现象；在锐钛型钛白粉中的含量＞0.0099%时，也会产生显色现象。
钛白粉粒子大小控制在0.2~0.4μm之间，且均匀、圆滑，则可获得较高的光散射能力，呈现出最佳的白度。当粒径＜0.1μm时，则呈透明状态；当粒径＞0.5μm时，就会降低颗粒对光的散射能力，降低白度。
1.3 钛白粉应用白度
钛白粉的应用白度是指钛白粉添加在下游各应用体系中所呈现出来的漆膜白度、塑料制品白度、纸张白度等。这不仅与钛白粉粒子大小与分布或钛白粉有色金属含量有关，还与钛白粉在应用体系中的相容性相关。因为分散越均匀所能呈现出来的散射光越多、白度越好，反之亦然。这就是钛白粉干粉白度与其应用白度的主要差异性，也是导致两者之间不存在必然相关性的主要因素。
2 结果及讨论
2.1 影响钛白粉应用白度的主要因素
2.1.1 生产系统污染
在钛白粉生产加工成涂料、油墨、塑料制品、装饰纸等过程中，被分散设备、分散介质等污染而产生的色相变化，导致白度下降，属于异常可控因素。
图2铁含量对钛白粉应用（PP）白度的影响
从图2可知，用同一牌号钛白产品做试验，随着钛白粉中铁含量的增加，其在PP板中的亨特白度随之降低。由此可知，钛白粉中的铁含量多少是影响钛白粉应用白度的主要因素之一。
2.1.2 钛白粉加量
在一定范围内，随着钛白粉加量的增加，其白度值也随之增加，但是在超出一定范围值以后，由于体系分散性下降，单个粒子散射光的能力降低，其白度值将停止增长，或者有所下降。客户应用配方均为成熟配方，无论是从应用性能，还是生产成本考虑，一般不会存在钛白粉使用过量的情况。
图3钛白粉加量对PP板白度的影响
从图3可知，用同一牌号钛白产品做试验，当钛白粉加量＜10%时，随着钛白粉加量的增加，其在PP板中的亨特白度随之提高；当钛白粉加量＞10%时，其在PP板中的亨特白度无明显变化，甚至还有部分降低的现象。由此可知，在一定范围内增加钛白粉用量是可以提高其应用白度的，但是当加量超过临界值时效果不明显，甚至会因为钛白粉的分散状态相对变差而降低其应用白度。
2.1.3 生产加工温度
钛白粉的最高生产温度在1000℃左右，远远高于涂料（最高热固化温度200℃左右）、油墨（最高热固化温度160℃左右）、塑料（最高生产温度320℃左右）和装饰纸（最高加工温度170℃左右），所以未经过表面处理之前的钛白粉是不会因为应用温度过高而导致色变的。但是，其表层包覆的有机处理剂（醇类：三羟甲基丙烷、三羟甲基乙烷；胺类：三乙醇胺、1,3-丙二胺；硅烷偶联类：3\-氨丙基三乙氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷；聚硅氧烷类：聚二甲基硅氧烷等）的耐高温抗黄变性能差异性较大（相同试验条件下△E：0.09~8.74）[1]。
图5干粉白度与PP板白度的相关性
从图4可知，将通过同一批钛白粗品进行不同牌号有机处理后的一组钛白粉试验样，放入马弗炉中进行耐温试验（200℃、220℃、240℃、280℃、300℃），每个温度测试点的恒温时间为20min，随着炉温的升高，钛白粉的色相会随之变黄、变暗，特别是在炉温升至220℃时，5个试验样均出现了较为明显的色相变化(△E＞0.3）。当炉温升至300℃时，仍有2个试验样与其初始色相（常温）的△E＜0.8，属于同比较好的有机处理剂。由此可知，有机处理剂的耐高温抗黄变性能决定着钛白产品的耐高温抗黄变性能，当应用温度≤200℃，且温度保持时间＜20min时，钛白产品无明显色相变化（△E≤0.3）。
2.1.4 体系相容性
（1）钛白粉干粉白度与应用白度之间的关系
钛白粉生产企业大多会在钛白粉的表层，根据产品设计特点包履一层有机处理剂，促使钛白粉产生亲水或亲油性。由于体系相容性差异，钛白粉在不同应用体系中所呈现出来的应用性能也不尽相同，其中就包括应用白度。笔者对钛白粉干粉白度和12个应用白度（应用检测体系：涂料、塑料、油墨、造纸各3个，最高检测温度200℃）做了对比分析，仅4组数据有相关性。从钛白粉干粉白度和应用白度没有相关性的8组数据中抽取一组数据（图5~图8均采用同一个牌号的钛白产品进行干粉白度测试和在PP树脂中的应用测试），针对两种白度之间的关系进行分析。
从图5可知，钛白粉干粉白度与其在PP树脂体系中的应用白度（WH）没有相关性。
图6干粉L值与PP板L值的相关性
从图6可知，钛白粉干粉L值与其在PP树脂体系中的L值没有相关性。
图5干粉白度与PP板白度的相关性图6干粉L值与PP板L值的相关性从图7可知，钛白粉干粉a值与其在PP树脂体系中的a值没有相关性。
从图8可知，钛白粉干粉b值与其在PP树脂体系中的b值有正相关性。
（2）钛白粉应用白度与体系相容性之间的关系
对同一个牌号不同体系相容性（用FPV值表征）的钛白粉在PP板中的应用白度进行分析。
从图9可知，钛白粉在PP树脂中的挤出压滤值（FPV）与其应用白度（WH）没有相关性。
从图10可知，钛白粉在PP树脂中的挤出压滤值（FPV）与其在PP树脂体系中的b值有正相关性。
3结语
（1）钛白粉干粉白度与应用白度之间没有必然相关性；
（2）钛白粉干粉b值和应用b值有正相关性；
（3）同一牌号钛白产品在不同应用体系中影响钛白粉应用白度的主要因素是体系相容性；
（4）受体系相容性影响较大的应用指标有分散性（挤出压滤FPV值、分散细度）、色泽（L值：明暗度；b值：黄蓝相）。
参考文献
[1] 刘勇，候腾飞，吴小平. 有机处理剂对钛白粉热稳定性的影响[J].钢铁钒钛,2018, 39（6）:41-47.
文章发表于《涂层与防护》2021年4月第42卷第4期
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