涂料用二氧化钛
二氧化钛，用于涂层应用，主要是金红石型，高纯度的二氧化钛，由氯化物或硫酸盐工艺制造。用于“隐藏”型应用的TiO2的主要粒径通常为0.25-0.3 μ m。为了降低颜料的光活性，金红石TiO2晶体被其他金属氧化物修饰。此外，无机氧化物(氧化铝、二氧化硅、氧化锆)的非常薄的薄膜沉积在颜料表面，以影响添加剂的吸附。有机表面处理(三甲基丙烷，新戊二醇，各种表面活性剂，有机硅)经常被用来提高二氧化钛在有机或水介质中的分散性。在大多数情况下，这些有机处理本身并不能提供足够的稳定，以适当的絮凝颜料，因此，油漆生产商必须使用额外的添加剂，以达到最大水平的颜料稳定。
二氧化钛的润湿、分散和稳定添加剂
有几种用于分散二氧化钛的添加剂。由于二氧化钛相对容易湿化和分散，添加剂的主要作用是提高分散颜料的抗絮凝稳定性。阴离子，阳离子，电子中性或两性材料可用于溶剂性和无溶剂体系。在水性应用中，阴离子、阳离子和电子中性产品可以使用，有时与非离子型表面活性剂结合使用。最佳的添加剂类型与颜料的表面处理有明显的关系，也受树脂和溶剂选择的影响。本研究的目标是为每个系统中特定的二氧化钛颜料类型提供更精确的添加剂建议。
稳定TiO2用量的添加剂
增加各种类型的添加剂(离子性质、分子量和化学性质不同)的水平可以提高颜料的稳定程度，通常以光泽和雾霾测量为特征。图1和图2描述了烘烤型溶剂型涂料的这些特性。这一数据与大量其他实验的数据非常相似，表明在TiO2颜料上计算出的最佳添加剂水平通常在2%左右。添加剂的适量取决于以下因素:
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1.涂料的具体应用要求-即，较少用于建筑或线圈涂料应用，更多用于汽车面漆。
2.粘合剂系统的类型和化学性质-即水性系统通常要求最高水平。
3.添加剂的化学性质，即低到中分子量的电子中性添加剂通常比高分子量的阴离子或阳离子添加剂更有效。
最佳添加剂化学的选择
二氧化钛颜料的改性(无机表面处理)与最合适添加剂的化学性质有关。对于基本表面处理的颜料，通常阴离子或电子中性添加剂提供最好的稳定性(图3)。对于中性表面处理的二氧化钛等级，建议使用电子中性添加剂，对于二氧化硅处理等级，建议使用阳离子添加剂。(图4和图5)。具有高水平致密二氧化硅处理的二氧化钛通常在光泽和雾霾方面表现出最大的差异，这是用于稳定的添加剂类型的函数。
进一步的研究表明，水性和无溶剂体系的结果遵循与溶剂型涂料相同的规则，但结果显示出更大的差异。
图6显示了水性高光丙烯酸乳胶漆的光泽度差异，作为添加剂化学的功能。非离子聚合物虽然具有良好的颜料润湿性能，但不能提供碱性或酸性处理的二氧化钛，具有高度的颜料稳定性。用于本研究的二氧化钛分散体以水泥浆的形式制备，每个产品都具有最佳的添加剂水平。
添加剂选择与TiO2等电点
一些二氧化钛供应商提供无机表面处理的详细信息。1,2然而，许多商业供应商只说明了处理的性质(氧化铝、二氧化硅、氧化锆等)，而没有提供关于无机氧化物改性的确切量的细节。这种信息的缺乏会导致添加剂预选过程中的困难。在这种情况下，确定TiO2颜料的等电点(颜料的ζ电位为零的pH值)或从供应商处获取数据是有帮助的。这些信息可以用来清楚地确定每种颜料最适合的添加剂化学成分。
图7显示了一些常见的、市售的二氧化钛的等电点。
图8确定了最佳添加剂选择，作为添加剂化学和等电点的函数。在这一部分的研究中，评估了13种不同的聚合物润湿和分散添加剂(4种阴离子，3种电中性和6种阳离子)。
阴离子/电中性和电中性/阳离子添加剂化学之间存在一些重叠，但在大多数情况下，等电点清楚地表明每种颜料最适合的添加剂化学。
使用润湿和分散添加剂的副作用
负面副作用由于在TiO2上计算的润湿和分散添加剂的最佳剂量水平相对较低(2%)，因此副作用很少。最常见的问题是添加剂的化学性质对一些敏感粘结体系的储存稳定性的影响。
阳离子添加剂会缩短环氧官能团体系的存储稳定性，因为它们能够聚合环氧基团。阴离子添加剂在一些高活性尿素-甲醛或三聚氰胺-甲醛树脂基配方中具有酸催化活性，会缩短储存稳定性。
另一个负面影响是涂层耐水或耐湿性的降低，特别是在高剂量水平下非常极性的添加剂结构。非离子润湿剂或永久水溶性阴离子、阳离子或电中性物质可引起这些影响。
当使用某些广泛兼容的润湿和分散添加剂结构时，白色基漆的着色剂接受度可以逐渐提高，特别是在水体系中。在各种水性乳胶建筑涂料中，阳离子/非离子型丙烯酸润湿和分散添加剂具有非常积极的效果
最近，在高光汽车面漆配方中观察到一些非常积极的副作用，其中磷酸盐功能阴离子和电子中性润湿和分散添加剂显著提高了涂层的抗白粉性(图9)。这些耐久性测试是在日本冲绳岛进行的，那里的环境天气条件与已建立的标准佛罗里达州测试地点相似。
根据这些结果，对照配方在两年后几乎失去了所有的光泽，而基于磷酸盐的润湿和分散添加剂提供了大大改善的光泽保留。稍高的添加量不会改善初始光泽度，但两年后可使光泽度保持提高10%以上。
对照和含添加剂配方的抗白垩性之间的巨大差异，不仅可以解释为颜料更好的絮凝，导致颜料本身更完全地吸收紫外线，而且还可以解释为一些有机磷酸盐可以作为自由基清除剂。这可以显著减少TiO2颜料表面在紫外线诱导的光化学反应中形成的自由基(主要是OH_和HO2_)对有机粘结剂的降解
最大的改进是聚酯-三聚氰胺型粘合剂。在更耐用的丙烯酸-三聚氰胺树脂基涂料配方中，改进不太明显，但仍然显著。
总结
市场上可买到的二氧化钛颜料的无机处理在很大程度上决定了哪种类型的润湿和分散添加剂对该颜料类型最有效。对于基本的表面处理，阴离子和电子中性添加剂提供了最好的反絮凝。对于中性表面处理，电子中性添加剂效果最好，而阳离子添加剂与酸性sio2处理的颜料效果最好。根据每种颜料的等电点，可以选择最佳的添加剂。有机磷基聚合物润湿和分散添加剂不仅提供高水平的颜料稳定，而且还可以显著提高高光面漆的抗垩白性和耐久性。确认
作者感谢BYK-Chemie的Anne Linzmaier女士、Bernd Dawid先生和Akihiro Wakahara先生提供的一些技术数据和宝贵意见，并感谢Jotun Paints, Du Pont de Nemours, Inc.， Kronos Titan, Inc.， Sachtleben Chemie GmbH, Ishihara Sangyo Co.和Kansai Paint。
参考文献
1 Du Pont de Nemours, Inc.:用于涂料的钛-纯二氧化钛技术数据表。
2 Kronos Titan, Inc .: Kronos用于涂料的二氧化钛技术数据表。
3 2003中国涂料学术会议论文集，上海;Janos Hajas, Frank Kother:改进建筑涂料中着色剂的接受度。
2002年巴塞罗那欧洲涂料会议:Jaume Figueras, Janos Hajas:如何提高着色剂的接受度。
5 .公司手册Du Pont de Nemours, Inc.， Kronos Titan Inc.， Kerr-McGee, Inc.关于粉笔化理论。
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