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滑石-二氧化钛复合白色颜料的制备及其在涂料中的应用

   2017-07-10 445
 钛白粉是应用领域最广和使用量最大的白色颜料,但高价格和产业污染严重制约了钛白粉的应用水平。以非金属矿物为基体,通过在其表面包覆二氧化钛制备复合颜料被认为具有良好前景,对积极开发成本低廉且环保的新型白色颜料具有积极意义。
   滑石是一种层状结构硅酸镁矿物,具有良好的滑腻感和片状解理,耐化学侵蚀,干润滑性好,易粉磨,有较高的白度。那么,以滑石与二氧化钛复合制备白色颜料,效果又会如何呢?
 
滑石-二氧化钛复合白色颜料的制备及其在涂料中的应用

 
1、滑石-二氧化钛复合颜料的制备
滑石粉:纯度为94.88%(质量分数),白度为98.01%,含少量白云石,粒径d50为7.37μm;
二氧化钛:金红石型钛白粉,粒径d50为0.40μm,遮盖力为10.25g/m2,每100g吸油质量为27.88g,比表面积为6.13m2/g,白度为95%。
研磨设备:湿式搅拌磨,研磨介质为陶瓷微珠。
制备工艺:以滑石和二氧化钛粉体为原料,采用水介质中机械研磨复合方法制备滑石-二氧化钛复合白色颜料,包括滑石基体研磨和滑石-二氧化钛共混研磨2个步骤。

滑石-二氧化钛复合白色颜料的制备及其在涂料中的应用

滑石-二氧化钛复合白色颜料:共制备2种滑石-二氧化钛复合白色颜料,二氧化钛复合质量比例分别为60%和70%。
 
2、外墙涂料的制备
将滑石-二氧化钛复合白色颜料或金红石型钛白粉(质量分数分别为5%、10%、15%、20%)和其他填料加水搅拌配制成浆体,再依次加入乳液和其他助剂搅拌制得建筑外墙涂料。

表1 涂料组分配方
原料名称 添加量
水(作为溶剂) 230g
X-405润湿剂 1g
731A分散剂 6g
C-12成膜助剂 14g
CF-754消泡剂 2g
CF-254消泡剂 1g
增稠剂水 适量
AC-261丙烯酸乳液 270g
FSN流平剂 1g
乙二醇溶剂 15g
金红石型钛白粉或滑石-二氧化钛复合白色颜料 按质量分数添加
重质碳酸钙 205g
高岭土 150g
2020流平剂 5g
合计 1000g
 
 
3、滑石-二氧化钛复合白色颜料性能
 
滑石-二氧化钛复合白色颜料的制备及其在涂料中的应用

●二氧化钛复合比例70%和60%复合颜料遮盖力与金红石型钛白粉的遮盖力相当;
●滑石-二氧化钛复合白色颜料的遮盖力分别超过和接近纯金红石型钛白粉的遮盖性能,且吸油量相当;
●滑石-二氧化钛复合白色颜料已具有良好与钛白粉相当的颜料性能,有望能在涂料等制品中代替钛白粉添加使用。

4、滑石-二氧化钛复合白色颜料的显微形貌。

滑石-二氧化钛复合白色颜料的制备及其在涂料中的应用

二氧化钛包覆程度是影响复合颗粒颜料性能的重要因素,由上图可以看出:二氧化钛颗粒均匀、牢固地包覆在滑石颗粒表面,与滑石原料光滑的层状表面有显著的不同,复合颗粒之间有较大孔隙,分散性良好。
 
5、涂料涂膜对比率
将分别添加滑石-二氧化钛复合白色颜料(二氧化钛比例70%和60%)和金红石型钛白粉制备的3种涂料在黑白卡片纸上涂刷得到厚度100μm的涂膜,并测定涂膜在黑色和白色区域的反射率,并计算出对比率。

滑石-二氧化钛复合白色颜料的制备及其在涂料中的应用

●添加滑石-二氧化钛复合白色颜料的涂料对比率随添加量的增加持续增大;
●二氧化钛比例60%复合颜料添加量5%时,涂料对比率达到国标GB/T 9755-2014对面漆的合格品指标要求(≥0.87);添加量10%达到一级品要求(≥0.90);添加量15%达到优等品要求(≥0.93),说明滑石-二氧化钛复合白色颜料在涂料中发挥了较强的遮盖性能。
●添加二氧化钛比例70%复合颜料5%,涂料对比率达到一级品要求;添加量10%即达到优等品要求;在颜料添加量为15%时,使用滑石-二氧化钛复合白色颜料的涂料的对比率比使用金红石型钛白涂料稍小,但达到标准的等级;添加量20%时,对比率一致,故认为滑石-二氧化钛复合白色颜料与金红石型钛白粉在涂料中的应用性能相当。 

6、涂料抗紫外老化性能
通过对比涂料涂膜经紫外线照射后与未照射涂膜的色差值(△E*ab)变化,评判涂膜的抗紫外老化性能,进而反映所添加颜料的性能。

滑石-二氧化钛复合白色颜料的制备及其在涂料中的应用

由上图可知:
●随紫外线照射时间增加,添加滑石-二氧化钛复合颜料所制备涂料的涂膜△E*ab值呈逐渐增加的趋势,其中照射时间在100-400h范围增加幅度较小,照射时间超过400h增幅变大,说明紫外线长期照射对涂膜有一定降解作用;
●在紫外线照射500h的有效范围内,仅有使用二氧化钛复合比例70%复合颜料(添加量15%)的涂料△E*ab大于相同添加量的金红石型钛白粉涂料,其余条件制备的涂料△E*ab均小于添加金红石型钛白粉,这说明其色差值绝大部分情况下都小于添加金红石颜料的涂膜的色差值,即紫外抗老化性能优于添加金红石的涂料;
●在紫外光照射时长为600h以内,复合颜料所制备涂料涂膜的色差值△E*ab均小于1.8,完全满足涂料应用的要求。结果表明,滑石-二氧化钛复合颜料抗紫外老化性能优于钛白粉。
 
7、结论
(1)采用机械力研磨方法制备的滑石-二氧化钛复合白色颜料具有和钛白粉相当的颜料性能;
(2)滑石-二氧化钛复合白色颜料的颗粒以滑石表面紧密、牢固包覆二氧化钛颗粒为特征,且径分布均匀;
(3)添加滑石-二氧化钛复合白色颜料的涂料涂膜对比率与添加金红石型钛白粉涂料接近或相当,其添加量在10%-20%范围可达到国标(GB/T 9755-2014)一级品或优等品要求;
(4)滑石-二氧化钛复合白色颜料其抗紫外耐老化性能优于金红石型钛白粉,可在涂料中代替钛白粉加以应用。
(5)将滑石作为制备与二氧化钛复合颜料的基体,对有效发挥其性能优势,提高附加值具有积极作用,并且成本低廉,在实际应用中能减少二氧化钛用量并降低制品成本,有望成为综合性价比优异的新型白色颜料。
 
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