钛白粉是应用最广泛的白色颜料,但高昂的价格和工业污染严重制约了钛白粉的应用水平。认为非金属矿物表面包覆二氧化钛制备复合颜料大有可为,积极开发低成本、环保的新型白色颜料具有积极意义。
滑石是一种层状结构的硅酸镁矿物,具有良好的滑爽性、片状解理性、耐化学腐蚀性、良好的干润滑性、易磨性和高白度。那么,滑石和二氧化钛制备的白色颜料效果如何呢?
1.滑石-二氧化钛复合颜料的制备滑石粉:纯度94.88%(质量分数),白度98.01%,少量白云石,粒径d50为7.37μ;m;
二氧化钛:金红石型二氧化钛,粒径d50为0.40 μm;m,遮盖力为10.25g/m2,每100g吸油量为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:以滑石和钛白粉为原料,采用水中机械研磨法制备滑石-钛白粉复合白色颜料,包括滑石基质研磨和滑石-钛白粉共混研磨两个步骤。
滑石-二氧化钛复合白色颜料:制备了两种滑石-二氧化钛复合白色颜料,二氧化钛复合物的质量比为60%和70%。2.外墙涂料的制备
将滑石-钛白粉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%)及其他填料加水搅拌制成浆料,然后依次加入乳液及其他助剂搅拌制成建筑外墙涂料。
表1涂料组分的配方
3.滑石-二氧化钛复合白色颜料的性能70%和60%二氧化钛比例的复合颜料的遮盖力与金红石型二氧化钛相当。滑石-钛白粉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,吸油量相当;
滑石-钛白粉复合白色颜料具有与钛白粉相当的良好颜料性能,有望在涂料等产品中作为钛白粉的替代品。
4.滑石-二氧化钛复合白色颜料的微观结构。
二氧化钛的包覆程度是影响复合颗粒颜料性能的重要因素。从上图可以看出,二氧化钛颗粒均匀牢固地包覆在滑石颗粒表面,与滑石原料表面光滑的层状有显著区别。复合粒子之间孔隙较大,分散性好。5.涂膜的对比度
通过分别添加滑石-二氧化钛复合白色颜料(二氧化钛的比例为70%和60%)和金红石型二氧化钛制备的三种涂层被涂覆在黑白卡纸上以获得100 μm的厚度m,并测量黑色和白色区域中涂膜的反射率,并计算对比度。
滑石-二氧化钛复合白色颜料涂层的对比率随着添加量的增加而不断增加。当二氧化钛的比例为60%,复合颜料的用量为5%时,涂层的对比率符合国标GB/T 9755-2014面漆合格品的要求(& ge0.87);添加10%符合一等品要求(& ge0.90);15%的添加量符合优等品要求(& ge0.93),说明滑石粉-钛白粉复合白色颜料在涂料中起到了很强的遮盖性能。
加入70%的二氧化钛和5%的复合颜料,涂层的对比度达到一等品要求;添加10%即可满足优等品的要求;当颜料含量为15%时,使用滑石-二氧化钛复合白色颜料的涂层对比率略小于使用金红石型钛白粉的涂层,但达到标准水平。当添加量为20%时,对比率相同,因此认为滑石-钛白粉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.涂层的抗紫外线老化性能
通过比较紫外光照射后涂膜与未照射涂膜的色差(△E*ab),可以判断涂膜的抗紫外老化性能,进而反映出所添加颜料的性能。
从上图可以看出:随着紫外照射时间的增加,添加滑石-二氧化钛复合颜料制备的涂层的△E*ab值逐渐增加,其中照射时间在100-400h范围内增加幅度较小,超过400h后增加幅度变大,说明长时间的紫外照射对涂层有一定的降解作用。
在紫外线照射500h的有效范围内,只有含70%二氧化钛复合颜料(添加量为15%)的涂层的△E*ab大于相同添加量的金红石型二氧化钛涂层的△E*ab,其他条件下制备的涂层的△E * ab小于金红石型二氧化钛涂层的△E * ab,这说明大多数情况下金红石型颜料涂层的色差较小,即耐紫外线老化性能优于金红石型。
在紫外线照射600h内,用该复合颜料制备的涂膜色差△E*ab小于1.8,完全满足涂料应用要求。
结果表明,滑石-二氧化钛复合颜料的耐紫外老化性能优于二氧化钛。
7.结论
通过机械研磨法制备的滑石-二氧化钛复合白色颜料具有与二氧化钛相同的颜料性能。
滑石-二氧化钛复合白色颜料颗粒的特点是滑石表面致密,二氧化钛颗粒包覆牢固,粒径分布均匀。
滑石-钛白粉复合白色颜料的涂层对比率接近或相当于金红石型钛白粉,滑石-钛白粉复合白色颜料的添加量在10%-20%范围内可满足国家标准(GB/T 9755-2014)一等品或优等品的要求。
滑石-钛白粉复合白色颜料的抗紫外线老化性能优于金红石型钛白粉,可替代钛白粉用于涂料中。
滑石作为制备钛白粉复合颜料的基质,对有效发挥其性能优势,提高附加值有积极作用,且成本低廉。在实际应用中,可以减少二氧化钛的用量,降低产品成本,有望成为一种综合性价比优异的新型白色颜料。