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          1. 合作咨詢熱線:

            400-8866-399

            亞鈦粉在乳膠涂料中的應用研究

            2023-07-19 10:08:42|人氣:154

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            Application of Titanium Powder in Latex Coating


            Qiu mingl ,Wang Hu-lin1,Weng Jiang1,Wan Zhi-jie2,WuXian1,Bao Chao1,ZhaoYu- dong1


            Abstract: In this paper, Titanium powder was chose to replace a part of dioxide using in latex coating .As we all known,the structure of Titanium powder and titanium dioxide was similar .Sedimentation experiment was used to study the dispersion of different content of modiffied-titanium powder and titanium dioxide in latex coating.The result showed that disperion was good when content of modified-titanium powder was at 20%. Latex coating had good stability and excellent mechanical properties.Scanning electron microscopy used to amalyze section of the coating film.lt indicated that titanium powder enriched to the surface during the film formation process of latex coating.lt was provided the basis of preparing matte and low-gloss coatings.


            Kev words:Titanium powder;latex paint;stabilitv;mechanicalpropertv;low-qloss coatinqs

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            1.引言


            目前乳膠涂料中所選用的顏填料主要為鈦白粉,它是一種在涂料中應用非常廣泛的白色無機 顏料,具有良好的不透明性、白度、著色力和遮蓋力,但是存在價格高、在生產制備過程中對于環境的污染大等問題。因此尋求一種新型能夠替代鈦白粉的顏填料已成為研究熱點。包超等采用機械化學法制備出新型的鈦白粉復合填料,具有較高的遮蓋力。溫江1等選用亞鈦粉T068替代鈦白粉制備出了性能優異的聚酯粉末涂料,并且降低了生產成本,結果表明替代量為20%。


            亞鈦粉(T166型號,主要成分是AI/SI/0/Ti)是一種無毒、無味、無污染的非金屬材料,具有良好的耐溫性、耐酸堿耐腐蝕、電絕緣性能高、膨脹系數低、化學性能穩定、硬度大等優點。目前已經被廣泛應用于橡膠、塑料、涂料和混凝土等方面。在涂料中,亞鈦粉T166主要是作為有遮蓋力的顏填料使用,目前國內外對于亞鈦粉的研究主要集中在改性,進一步提高其在涂料中的分散性。


            亞鈦粉T166與鈦白粉在結構上有著很大的相似之處,均為四面體結構。在涂料中,無機填料的折射率大于1.70均可作為顏料使用,本實驗改性亞鈦粉T166的折射率為1.89,鈦白粉的折射率為2.72。本文采用改性亞鈦粉T166部鈦白粉,用于不含有機揮發物(無VOC)乳膠涂料中,考察了亞鈦粉T166在乳膠涂料中的分散性,研究了乳膠涂料性能變化情況,期待獲得性能優異的乳膠涂料,達到降低成本的目的。

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            2.實驗


            2.1 原料


            改性亞鈦粉T166( 工業級,廣東歌林爾新材料有限公司),無VOC聚合物樹脂(工業級,浙江雅禾紡織有限公司),鈦白粉(工業級,美國杜邦有限公司),碳酸鈣(工業級,上海通亞
            精細化工廠),滑石粉(工業級,江陰市廣源超微粉有限公司),增稠劑(工業級,上海西盟化工有限公司),潤濕劑、分散劑、消泡劑、成膜助劑(工業級,羅地亞有限公司),防凍劑、防霉劑(工業級,上海市農藥研究所),氨水(分析純,國藥集團化學試劑有限公司),純凈水(自制)。


            2.2 乳膠涂料的配制


            按表1涂料配方配制涂料,主要分為四個階段:潤濕、分散、乳膠調和以及涂料pH值與粘度調節,潤濕和乳膠調和均低速攪拌,分散階段為高速攪拌,工藝流程如圖1所示。涂料配方如表1所示。


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            2.3儀器設備


            鉛筆硬度計:PPH-1型、漆膜柔韌性測定器:QTX型、劃格器、漆膜沖擊器:上?,F代環境工程技術有限公司洸澤度測定儀:WGG60型,上海杰穎電子技術有限公司旋轉粘度計:NDJ-1型,上海天平儀器廠;拉伸試驗機:TCS-2000型,中國臺灣高新科技股份有限公司;密度天平:XS365,中國臺灣高鐵檢測儀器有限公司;掃描電子顯微鏡:S-3400N型,日本HITACHI 公司;高速分散機:SFO,4,江陰市雙豐化工機械有限公司;離心機:GL-16B,上海安亭科學儀器有限公司。


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            2.4性能測試與表征


            ⑴固含量按照GB /T 1725-2007標隹 采用烘干法測定涂料的固含量;


            (2) pH值:廣泛pH值試紙測定涂料pH值;


            (3)旋轉粘度:按照GB /T 1723-1993標準,采用旋轉粘度計進行測試;


            (4)涂料密度:按照GB /T 18582-2008標準測定涂料密度;


            (5)涂膜的密度:采用空度天平進行測定;


            (6)涂料穩定性:按照GB/T 92682008標準進行實驗,測定涂料的機t嵋定性、鈣離子穩定性、凍融a定性、熱穩定性;


            (7)涂膜吸水率:按照GB /T 1733-1993標準,吸水率=[(吸水后涂膜的質量-干膜的質量)/ 干膜的質量]x100%;


            (8)鉛筆硬度:按照GB/T 6739-2006標準,采用鉛筆硬度計進行測定(9B最軟,9H最硬);


            (9)附著力:按照GB /T 9286-1998標隹 采用劃格法進行測定(0級最好,5級最差);


            (10)光澤度:按照GB/T 9754?2007標準,采用光澤度儀進行測定(60。,用標準板進行校準)


            (11)漆膜柔韌性:按照GB /T 1731-1993標準,采用柔韌性測定器進行測定;


            (12)玩中擊性 按照GB /T 13022-1993標準,采用漆膜沖擊器進行測定(室溫下重錘自由下落);


            (13)斷裂伸長率:按照GB /T 13022-1991標準采用拉力試驗機進行測定,拉伸速率為50mm/min;


            (14)遮蓋力:按照GB /T 1726-1979標準,采用黑白格板法測定涂料的遮蓋力;


            (15) SEM:將漆膜用液氮脆斷,得到的截面用SEM進行分析。


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            圖2亞鈦粉的沉降實驗


            圖2為復告粉體(亞鈦粉T166.鈦白粉)在乳膠涂料中1周之后的沉降結果。a、b、c、d和e對應的是亞鈦粉T166在復合粉體中的質量百分數分別為5%、15%、25%、30%和35%。復合體系在乳膠體系中主要受到自身重力、浮力以及靜電力的作用。


            由圖2可知:當亞鈦粉T166含量為5%、15%和25%時,量筒底部不含含有沉淀,說明亞鈦粉T166與二氧化鈦比例較低時,復合粉體在乳膠涂料中的分散性能很好。主要原因是亞鈦粉T166含色低,復合粉體所受到的浮力以及靜電力大于其重力,足以平衡重力作用使復合粉體懸浮在乳膠涂料中。而亞鈦粉T166含量為30%和35%的復告粉體,量筒底部有大量的沉淀,說明分散性差,主要原因亞鈦粉T166密度較大,復合粉體所受到的浮力和靜電力作用不足以平衡重力作用,同時亞鈦粉T166改變了鈦白粉的表面結構,過多的亞鈦粉T166破壞了鈦白粉與樹脂之間的作用力,嶷冬沉到量筒底部。綜合考慮,選用亞鈦粉T166含量為25%的復合粉體作為乳膠涂料的顏料。



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            3.乳膠涂料的穩定性


            選用100%鈦白粉和25%改性亞鈦粉T166+ 75%鈦白粉兩種顏填料體系,在相同的配方和工藝條件下配制成涂料,曲交2種涂料的穩定性能,結果如表2所示。


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            由表2可知:含有亞鈦粉和二氧化鈦的乳膠涂料的熱穩定、凍融穩定性、機械穩定性以及鈣 離子穩定性都很好。熱穩定性與凍融穩定性涉及涂料的貯存環境,一個是貯存上限溫度,另T是貯存下限溫度,在低溫環境中體系保持了較好的分散穩定性,而在溫度低于70℃2時穩定性良好。


            涂料在運輸過程中,不可避免的會發生碰撞,機械穩定的測試是為了考察涂料在外力破壞下的使用性能,結果表明在4000r/min機械搠半下,涂料的分散穩定性仍很好。鈣離子穩定性的測試是為了考察涂料在鈣離子電解質條件下的分散穩定性,結果表明,在鈣離子電解質存在條件下,涂料表現出很好的穩定性。由上可知:采用含有25%改性亞鈦粉T166可以替代等量鈦白粉用于乳膠涂料中。


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            3.1乳膠涂耨的本征性能


            選用100%鈦白粉和25%改性亞鈦粉T166+ 75%鈦白粉所得到乳膠涂料的本征性能測試結果如表3所示。


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            由表3可知:與100%鈦白粉相比,含25%改性亞鈦粉T166+ 75%鈦白粉涂料的pH值均為8.0?9.0之間,固含量為52%,有所升高,旋轉粘度為750mPa$ 涂料密度為1.45g/cm3,干膜密度為1.645 g/cm3,低于未替代的密度,吸水率均較低,在0.3%左右,所得到遮蓋力要高于未替代的遮蓋力。對于水性涂料,固含量為水性涂料的有效成分,固含量越高,說明有效成分越多,一般水性涂料而言固含量在40%左右,本實驗所得到的涂料的有效成分達到52%,主要由于加入了復合粉體。


            涂料的pH值與涂料的流動性與穩定性均有關,涂料pH值主要與加入的pH值調節劑的量有關,研究表明,涂料pH值為8.0~9.0時,涂料的穩定性和流動性最好。一般乳膠涂料的密度在1.2 g/cm3左右,本實驗加入了亞鈦粉T166,涂料的密度為1.45g/cm3,亞鈦粉T166加入到涂料中自由分散,使涂料的密度增加。


            涂料在成膜過程中,在外力作用下,隨著水分的揮發,亞鈦粉T166處于緊密壓實狀態,顆粒間的空隙很小,而亞鈦粉T166的壓實密度為2.1g/cm3左右,干膜的定度很大程度上與亞鈦粉T166的壓實密度有關。水進入膜內主要靠毛細管力的作用,沿著顆粒間的孔隙進入膜內,吸水率很低,說明涂料成膜時粒子間的空隙很小,形成了致密的膜,阻止了水分進入薄膜內部。復合粉體的加入可以提高涂料的遮蓋力,說明改性亞鈦粉T166能夠部分替代鈦白粉。


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            3.2涂膜的力學性能


            涂料的力學性能主要包括硬度、附著力以及彈性等,測試結果如表4所示。

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            由表4可知:替代后涂膜的鉛筆硬度4H,附著力0級,光澤度5.5,漆膜柔韌性


            附著力的大小主要和聚合物有關,亞鈦粉T166的加入并未影響涂膜的附著力,乳膠涂料按照光澤度的大小可分為高光、亞光和低光涂料,不同的場合對于涂料的光澤度的要求也不同,對于內外墻涂料而言,人們更希望低光,大部分研究工作者通過加入消光劑來解決這問題,而筆者通過亞鈦粉T166的加入使涂膜表面形成一層高低不平的面,入射光基本被涂膜吸收,反射出來的光很少,從而表現低光。


            抗沖擊強度均50kgcm,說明涂膜的表面耐沖擊性很強。漆膜柔韌性是涂膜在受外力作用下所體現出彈性、塑性和附著力等綜合性能的好壞,本涂膜柔韌性<2mm,相比而言,漆膜的柔韌性有了提高,抗外力的能力很強。斷裂伸長率是涂膜在外力作用下恢復原狀的能力,斷裂伸長率值越大說明彈性越好,反之,彈性越差。


            對于內外墻涂料而言,要求具有一定的彈性,但不是彈性越高越好。彈性越高,說明樹脂的玻璃化轉變溫度低,在溫度較高時,出現發粘現象,會導致涂層耐污性變差,而亞鈦粉T166的加入降低了涂料的彈性,富集在涂層表面,形成類似荷葉效應的表面,灰塵粘上時,在亞鈦粉T166顆粒之間,未與聚合物接觸,在外力作用時,灰塵很容易被去除,從而使涂料的耐污能力增加。


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            3.3涂膜的截面形貌


            25%改性亞鈦粉T166+75%鈦白粉加入乳膠涂料成膜后的截面形貌用SEM觀察,實驗結果如圖3和圖4所示。


            由圖3可知加入涂料中的亞鈦粉T166在成膜干燥之后,主要分布于涂膜的上層表面,下層表面的亞鈦粉T166含量很少,證明了亞鈦粉T166在涂料成膜過程中富集到涂膜表面的結論。


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            由圖4可以看出鈦白粉與亞鈦粉T166復合后的粉體形成的膜很致密,由于填料粒徑較小,表面能大,發生了團聚現象,這也是造成涂料斷裂伸長率降低的原因,因此在其他條件不變時,要提高涂料的斷裂伸長率可通過提高填料的分散性來實現。


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            4.結論


            (1)復合粉體的沉降實驗表明,當含量25%時具有良好的分散性含亞鈦粉T166的乳膠涂料穩定性良好;


            (2)與鈦白粉相比較,含復合粉體的乳膠涂料,固含量、密度和涂膜的硬度得到了提高,附著力為0級,漆膜柔韌性好,抗沖擊強度高,斷裂伸長率有所降低,吸水率很低,遮蓋力高;


            (3)加入亞鈦粉T166的涂料成膜后,亞鈦粉T166主要富集在涂膜的表層,提高了涂膜的硬度和耐污性。含復合微粉的乳膠涂料,基本性能保持不變,尤其是涂膜的硬度有了很大的提高,降低了涂料的生產成本,為制備中光、亞光、低光涂料提供了依據。



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            廣東啟辰新材料科技有限公司成立于2015年11月,注冊資金1000萬元,公司致力于無機非金屬功能性粉體材料及其加工產品的技術應用!主要從事無機粉體材料的應用配方設計、工藝實現及生產、銷售。擁有廣東河源、連平、梅州三大生產基地,6條精深粉體加工生產線,也是華南地區大型氣流磨非金屬粉體生產商,年產量可達5萬噸。

            主營產品包括:亞鈦粉、無水透明粉、玻璃粉、硅微粉、低熔點玻璃粉、特種高溫油墨及其它無機微粉系列產品,已廣泛被應用于:涂料、油漆、油墨、粘接劑、硅橡膠、塑料、耐火材料、鑄造及磨拋等材料領域。





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