鈦白粉主要用于造紙、油墨、塑料、涂料等行業，在使用過程中對鈦白粉的性能要求較為嚴格，尤其是鈦白粉的分散性能，各應用體系對其格外關注。若鈦白粉的分散性能較差，不能完全體現出鈦白粉的高白度、高遮蓋等性能，在粉末涂料中會影響整體分散效果，嚴重甚至會導致粉末涂料含有顆粒、產生沉淀等。通過各種控制手段，提高鈦白粉的分散性，有利于粉末涂料生產廠家的生產質量。
目前，國內外對于鈦白粉分散性能的研究較少，大都停留在實驗室階段，對生產的導向作用極少，而且對于分散機理的研究少之又少，對其分散好壞沒有進行系統論述，其影響效果一直沒有明確定論。下列針對鈦白粉在水性體系中的分散效果及影響因素進行系統實驗。

1　實驗材料與方法
1.1　實驗材料
本實驗材料主要為鈦白粉，根據不同的影響因素選取相應性質的鈦白粉原料，所用水為去離子水，pH值調整劑選用0.1 mol/L的硫酸和氫氧化鈉溶液，涉及到的分散劑選用分析純，并用去離子水配制成0.1mol/L。其他設備還有pH值計、熒光光譜分析儀、粒度分布儀、黏度計等。
1.2　實驗步驟
(1)取適量鈦白粉分成5份，在氣流粉碎機上粉碎不同的時間，讓其粒度產生差異，然后將這5份鈦白粉分別配制成700 g/L的溶液，充分分散后測量黏度并記錄。
(2)取8份鈦含量不同的鈦白粉，分別檢測其產品的組分，然后將這8份鈦白粉分別配制成700 g/L的溶液，充分分散后測量黏度并記錄。
(3)取10份去離子水，分別用硫酸溶液和氫氧化鈉溶液調制成pH值＝2、3、4……11的溶液，保持其總體積相同，然后分別加入相同質量的鈦白粉配制成700g/L的溶液，充分分散后測量黏度并記錄。
(4)取9份相同的鈦白粉配制成濃度為700 g/L的鈦白粉溶液，分別加入硅酸鈉分散劑，加量分別為0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%、0.35%、0.40%，并做一個空白對照，充分分散后測量黏度并記錄。

2　實驗結果
2.1　粒度實驗
將鈦白粉進行氣流粉碎后其粒度隨著粉碎時間的延長而降低，對產品進行粒度分布的測試，結果見圖1。

對上述5份鈦白粉配制成相同濃度的溶液后測量結果見圖2。

從圖1中看出，樣品1到樣品5的粒度分布逐漸變寬，并且峰值粒度也逐漸變大，因此，樣品1到樣品5的平均粒度逐漸變大。從圖2中可以看出，鈦白粉的黏度與產品粒度呈正相關的關系，即產品的粒度越大，黏度越大，分散性越差。樣品1與樣品2的黏度相差較小，從樣品3之后產品黏度增加幅度較快，這就說明，在粒度較小的情況下產品的分散性差異較小，隨著產品粒度的增加，分散性的差異逐漸顯現出來，并呈指數型增加。
2.2　含鈦量實驗
鈦白粉中含量最多的物質是二氧化鈦，最高含量可達99%，通常情況下顏料級鈦白粉的二氧化鈦含量在85%～95%。二氧化鈦含量是鈦白粉主要的指標之一，含鈦量越高，鈦白粉的白度性能越好，但相應成本就越高，不同的應用體系含鈦量也有不同的要求。將不同含鈦量的鈦白粉進行檢測后配制成相同濃度的溶液，充分分散后測量黏度，其結果見圖3。

從圖3中可以看出，隨著鈦含量的升高，產品的黏度出現下降趨勢，即鈦白粉中二氧化鈦含量越高，產品的分散性越好。當產品中鈦含量在90%以下時，產品黏度的變化較大，而當鈦含量增加到90%以上時變化幅度較小，因此，高二氧化鈦含量雖然在一定程度上有提高產品分散性的好處，但是當鈦含量升高到90%以上時其提升效果不太明顯。
2.3　pH值實驗
在鈦白粉的應用中，經常將鈦白粉置于不同pH值下進行分散，如在造紙過程中會將鈦白粉分散于堿性環境中，而在乳膠漆體系中也有將鈦白粉分散于弱酸性的環境。將相同的鈦白粉置于不同的pH值中，在水性體系的相同濃度下測量黏度，得到的結果見圖4。

從圖4中可以看出，在相同的濃度下pH值與鈦白粉的黏度呈“U”型關系，即在強酸和強堿環境下鈦白粉的分散性極差，在堿度適中時鈦白粉的分散性較好。該鈦白粉在pH值＝5.2時表現出極好的分散效果，隨著pH值的升高，黏度增加極快，當pH值增加到12時，黏度接近1 900 mPa · s。在強酸性環境下，鈦白粉的分散性要比強堿性環境好，當pH值＝4.2時黏度僅為508 mPa · s。因此，鈦白粉在酸性條件下要比堿性環境分散性好，尤其是在弱酸性環境下分散性最好。
2.4　分散劑實驗
分散劑是提高分散性能的重要手段，在鈦白粉行業中常用的分散劑有六偏磷酸鈉、硅酸鈉等，可根據不同的場合選擇使用。圖5是用硅酸鈉作為分散劑研究對分散性能的影響。

從圖5中可以看出，分散劑的加入能有效降低鈦白粉的黏度，提高分散性能，尤其是分散劑加量在0.2%以內時能迅速降低黏度，當分散劑加量繼續增加時，黏度降低的幅度下降，效果不太明顯。這主要是由于0.2%左右的分散劑足以分散700 g/L的鈦白粉，再進一步增加分散劑不會對分散效果進一步提升。

3　機理分析
通過對以上實驗可總結出以下分散機理。
(1)鈦白粉的分散過程就是大塊顆粒變成小塊顆粒的過程，當鈦白粉的顆粒足夠小時，就是分散性能較好的時刻。鈦白粉的顆粒較大，其分散需要一定的外力才能將大顆粒變成小顆粒，這些外力包括外加動力、溶解力、分子氫鍵等，而這些外力與顆粒的大小成正比，顆粒越大，需要的外力越大，在相同的情況下大顆粒的分散性能就越差。
(2)鈦白粉中鈦含量是重要的指標之一，鈦元素可表現出較多的性能，其中之一是親水性。鈦元素表面有較多的不飽和鍵，可與水分子形成較多的氫鍵，生成鈦元素的水合物。這種物質的存在能使鈦白粉與水的親和力加強，從而增加鈦白粉的分散性。
(3)當鈦白粉體系中pH值改變，其實就是改變了體系的電位值，而鈦白粉本身具有一定的Zeta電位，當溶液中電位與鈦白粉本身的Zeta電位相符合時鈦白粉的分散性能就加強，這是電子相互排斥的結果。當兩電位相同時產生較大的斥力，使得水分子與鈦白粉分子相互排斥，兩者有遠離的趨勢，從而加大了兩者的間距，實現在混合體系中的分散。
(4)分散劑的加入可以改變溶液中各集合體的電性，如陰離子分散劑，可以使得溶液中分子表面荷負電，從而實現在斥力作用下分散；而當分散劑添加量過多時，荷負電的物質反而會產生團聚，使得顆粒變大，分散效果不明顯。

來源：山東道恩鈦業

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