涂料用钛白粉的评估和测试方

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1、涂料用钛白粉的评估和测试方法 王洪涛 杨 琳 朱罗毅 刘 新 （ 庞贝捷涂料（昆山）有限公司，江苏昆山 215331） 摘 要 ：以醇酸树脂为成膜物质，通过加入不同的钛白粉，分别制得 5 种醇酸涂料。通过测试钛 白粉的吸油量，涂料的细度，光泽， QUVA 老化试验，湿热试验和户外暴晒试验，考察 5 种钛 白粉的 区别，并优化选择得到性能最佳的钛白粉，为钛白粉的筛选提供了一种简单高效的方法。 关键词 ：钛白粉； QUVA 耐老化性；湿热试验；保光率；色差；户外暴晒试验 0 引言 钛白粉具有优良的耐候性、遮盖率、白度和分散性好等优点，广泛地用于涂料、塑料、造纸、印刷 油墨 、化纤、橡胶和化妆品等工

2、业领域 1-2。在各种钛白粉的应用领域中，涂料的用量最大，约占 57%。常用的钛白粉主要有锐钛型和金红石型 2 种晶型，其中金红石型钛白粉因其晶体结构致密、物理化学性能稳定、光学活性小等优点，获得更为广泛的应用 3-4。2010 年，我国钛白粉的总产量达到 1 474 286 t，生产厂家众多，不同厂家产品的性能各异，因此需要对其进行严格的筛选，才能应用于涂料中。本文提出了一种简单高效的方法来评价钛白粉的性能，通过用其制备成涂料，测试涂料的物理指标、 QUVA 耐老化性和耐湿热性，来优化 选择出最佳的钛白粉。 1 试验部分 1.1 原材料 钛白粉 A、 B、 C、 D、 E，均为金红石型钛白粉

3、；醇酸 树脂 ，上海元邦化工制造有限公司； 分散剂 ， 毕克化学 ；溶剂，上海 九泰化工有限公司；催干剂，沈阳东明化工有限公司。 1.2 涂料的配方 涂料的基本配方见表 1。 表 1 涂料的基本配方 通过加入不同的钛白粉，分别制得 5 种涂料，如表 2 所示。 表 2 涂料的编号及其对应的钛白粉 1.3 涂料的制备工艺 称取 30 份醇酸树脂、 20 份钛白粉、 3.8 份分散剂和 5 份溶剂，高速分散均匀，然后在砂磨机中研磨至细度 30 m，最后加入配方中剩余的原料，过滤，装罐。 1.4 测试方法 1.4.1 QUVA 老化性能测试 QUVA 紫外线加速老化试验用 UVA（ 340）灯为光源

4、，将样板置于紫外老化机中，试验条件满足黑板温度为（ 602） 、辐照度为 0.68 W/m2、冷凝温度（ 452） ，试 验循环周期 8 h， 4 h/4 h（光照时间 / 冷凝时间）。试验结束后取出样板，与未经光照的样板对照，用光泽仪测试 60 光泽， 色差 仪测定 色差 。 1.4.2 耐湿热性能测试 将试验样板放置在试验箱内，试验条件为：温度 60 ，湿度为 60 时大气的饱和湿度，冷凝温度 40 ，湿度 100%，试验循环周期 8 h， 4 h/4 h（ 60 /40 ）。每隔一周拿出样板，测试 60 光泽。 1.4.3 常规性能测试 钛白粉 吸油量 、细度、光泽和黏度等均按相关国标进

5、行测试。 2 结果与讨论 2.1 涂料的物理指标 涂料的物理指标见表 3。 表 3 涂料的物理指标 表 3 为加入不同钛白粉所得涂料的物理指标。 3#涂料所用钛白粉的吸油量最小，由其制得涂料的黏度为 5.36 mPas，该黏度也是 5 种涂料中最低的；而钛白粉 D 的吸油量为 24 mL/100 g，相应制得 4# 涂料的黏度也是最高的。 5 种钛白粉相对分散性的难易程度，可以通过研磨时间及其对应细度来表示。由表 3 可知： 1#、 3#、 4#和 5# 涂料在研磨 20 min 后，细度均达到 30 m，其中 5# 涂料的细度可以达到 20 m ； 2# 涂料需要研磨 120 min，细度才

6、能达到 30 m。因此在达到相同细度的情况下， 2# 涂料的生产需要花费相对较多的时间和较高的能耗，相应涂料的成本也就偏高。 2.2 QUVA 老化试验 采用镜面光泽度仪测定试样 60 的初始光泽，并依据初始光泽和试验后的光泽计算，得到试样在不同老化时间的保光率（图 13）。由图 1 可见：除 3#涂料的初始光泽为 78.5% 外，其余试样的初始光泽均大于 80%，其中 5# 涂料的初始光泽达到 90%。随着老化试验的进行，各种试样的光泽急剧下降，当光照射时间达到 100 h 后，试样的光泽变化趋于平稳。当老化时间达到 1 150 h 时， 2#、 4# 和 5# 涂料的光泽急剧下降，最后所有

7、试样均于 1 300 h 后粉化。 11# 涂料； 22# 涂料； 33# 涂料； 44# 涂料； 55# 涂料 图 1 QUVA 老化试验后涂膜的光泽 11# 涂料； 22# 涂料； 33# 涂料； 44# 涂料； 55# 涂料 图 2 QUVA 老化试验后涂膜的保光率 11# 涂料； 22# 涂料； 33# 涂料； 44# 涂料； 55# 涂料 图 3 QUVA 老化试验后涂膜的色差 由图 2 可见：在整个老化试验中， 1# 试样的保光率均大于 80%， 60 光泽高于 65%。由于3# 试样的初始光泽较低，所以 3# 试样老化试验中的保光率高于 2#、 4# 和 5# 试样， 3# 试样

8、在整个老化试验中保光率均大于 75%。同时由图 3 可见： 2# 试样的色差变化较大，其余的试样相差不大。 2.3 湿热试验 图 4 和图 5 分别为 5 种试样在湿热试验中光泽和保光率的变化。由图 4 可见： 3# 试样的初始光泽最低，为 79% ； 2# 和 5# 试样的初始光泽最高，达到 85% 以上。当试验进行一周后，各种试样的光泽明显下降 ，其中 2#、 4# 和 5# 试样的光泽急剧下降至 65% 以下；以后随着试验的进行，各试样的光泽变化趋缓。由图 5 可见： 1# 试样的保光率最好，在 8 周内均大于 90%，光泽均高于 75% ；其次是 3# 试样，在整个耐湿热试验中，保光率

9、均达到85% 以上，光泽大于 65% ；而 2#、 4# 和 5# 试样的耐湿热性能明显低于 1#和 3# 试样。 11# 涂料； 22# 涂料； 33# 涂料； 44# 涂料； 55# 涂料 图 4 湿热试验后涂膜的光泽 11# 涂料； 22# 涂料； 33# 涂料； 44# 涂料； 55# 涂料 图 5 湿热试验后涂膜的保光率 钛白粉的不同，明显影响涂料的耐湿热性， 1# 和 3# 试样所用的钛白粉可以明显提高涂料在湿热环境下的光泽和保光率。 2.4 户外暴晒试验 图 6 和图 7 分别为试样在户外暴晒试验中的光泽和保光率变化。从中可以看出：随着暴晒时间的延长，试样的光泽和保光率均下降，其

10、 中 2#、 4# 和 5# 试样相对下降较大，在一年的暴晒时间内，最终光泽降至 60% 以下，保光率小于 70% ； 1# 试样的保光率和光泽最高，在一年的户外暴晒中，光泽始终大于 70%，保光率更是达到 90% 以上。 11# 涂料； 22# 涂料； 33# 涂料； 44# 涂料； 55# 涂料 图 6 户外暴晒试验后涂膜 的光泽 11# 涂料； 22# 涂料； 33# 涂料； 44# 涂料； 55# 涂料 图 7 户外暴晒试验后涂膜的保光率 图 8 为试样的色差变化，其中 1# 和 3# 试样的色差变化最小，说明在户外自然的情况下，1# 和 3# 试样最能保持原来的白色。户外暴晒试验的结

11、果与 QUVA 老化试验和湿热试验的结果完全吻合 ，由此可以得出钛白粉 A 最好的结论；同时试验结果表明：在醇酸体系中，QUVA 老化试验和湿热试验结果与户外暴晒试验的结果一致，可以通过 QUVA 老化试验和湿热试验来评价钛白粉的性能，这样可以大大节省户外暴晒试验的时间。 11# 涂料； 22# 涂料； 33# 涂料； 44# 涂料； 55# 涂料 图 8 户外暴晒试验涂膜的色差 3 结语 （ 1） 通过对涂料物理性能的测试表明，在达到试样细度 30 m 时， 2# 试样需要 120 min 的研磨时间，而其余的试样只需 20 min，也就说明 2# 涂料生产时需要花费 的时间最多。 （ 2）

12、 QUVA 老化试验结果表明： 1# 和 3# 试样的保光率较好，其中 1# 试样的初始光泽达到 84.1%，整个老化试验期间的保光率均大于 80%，而 3# 试样的初始光泽较低，为 78.5%，所以其保光率相对于 2#、 4# 和 5# 试样较好。 （ 3） 湿热试验结果表明： 1# 试样的初始光泽达到 84%，在 8 周的耐湿热试验中，其保光率均大于 90%，光泽高于 75%，耐湿热性最好。 （ 4） 户外暴晒试验结果表明： 1# 试样在一年的暴晒时间内，光泽仍大于 70%，保光率达到 90%，色差变化最小。各试样的试验结 果与 QUVA 老化试验和湿热试验结果相一致。 （ 5） 通过分别考察涂料的物理指标， QUVA 老化试验和耐湿热试验，筛选出具有最佳性能的钛白粉 A，可以保证其在较低能耗的生产工艺下得到细度合格的试样；同时在醇酸体系中，以 QUVA 老化试验和湿热试验来评估钛白粉，可得到与户外暴晒试验相一致的结果，为钛白粉的选择提供了一种简单高效的方法。