钛白粉水分散性改进的研究

探讨了二氧化钛水分散性的分散机理；阐述了其改性过程和改性剂的选择；评价了其理化性能及其影响因素，并用扫描电镜表征了二氧化钛的表面结构。万客化工在线q2dc4lhVm5v

1  引言万客化工在线9Tm}gx |
   TiO2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TiO2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TiO2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其他性能。对于TiO2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。
x&PG7`2k^02改性的理论基础
f)L nP*?4ao d%R:_02．1  TiO2表面特性万客化工在线/~#~gd7Ljzk
2．1．1单相中的团聚现象万客化工在线L+h|+MT'I+]7l
    TiO2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TiO2而言，粒子愈小，原级粒子之间的引力愈强，粒子更易团聚。 万客化工在线dgc|y+@'VN.k
    目前，采用仪器测定的TiO2平均粒径多数是二级粒子的粒径(一般为0．2～0．4um)， 表面的能量仍然较高，容易通过团聚来降低表面能量，达到准稳定状态。因此，TiO2在单相中的易团聚现象是讨论其水分散性的前提。 
)]7yl/N9a$o|ycq02．1．2两相中的高分散性万客化工在线0P$L#~[QKP6{
    在水分散体中，TiO2呈现高度的分散性。其原因是：①TiO2表面有很多羟基，它能够吸附极性粒子，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TiO2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。
w g'U
wzX02．2 TiO2在水分散体中的分散过程
t"e `nv t@02．2．1吸附作用
/j,_{+d R8Q;f5l0    大量研究表明，TiO2表面有很多极性羟基，若在水中不加任何分散剂，TiO2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，高分子分散剂吸附在TiO2颗粒的表面，使得吸附层厚度增加，表面特性改变。 
^Og2x#J],}t+u02．2．2双电层理论
+]/i2IYO;?`r e0    通过检测TiO2在水中的Zeta电位，发现锐钛型TiO2在pH为6．8左右时，Zeta电位约为一36mV，这表明TiO2表面带有电荷，而且电负性较强。根据双电层理论解释TiO2在水中的分散过程合乎事实，有一定的科学依据。 万客化工在线T[)G)J,y!z b
    实际上，TiO2在水中分散的过程是双电层形成的过程。当TiO2接触水表面时，瞬间被浸渍润湿，其表面会吸附一层相反电荷，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，相同性质的电荷之间产生斥力，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。
{
~$s8s6zESK k$K[03改性试验
3T$O]Q(L`0    为了改进TiO2在水分散性方面的不足，需对其进行表面处理。最常用的是稳定化处理，即在晶体结构中加入其他元素，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。 
p!C`J:J03．1改性的目的万客化工在线9no1lCcs)I._r
    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。 
^F6_i/G\03．2改性材料万客化工在线,pe ZR,iH
    TiO2由济南裕兴化工总厂以硫酸法工艺制备而得。经检测，该TiO2(型号为R一818)的主要理化性能见表1。

万客化工在线 CX'm`;Nm7\#WcAYm

'R,d:A:gig!t03．3改性剂的选择万客化工在线&vVf7`4O4sU4pO
    在改性剂中，最常用的有硅烷、钛酸酯、 锆酸酯偶联剂，以及脂肪酸及其衍生物和表面活性剂。本文选择以前作为黏附剂用的硅烷偶联剂作为改性剂。具体化合物见表2。万客化工在线6a0CD\(H"To`

'SS'Nu x-{0钛白粉水分散性改进的研究(下)