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用的“鈦白粉”為什么不夠白呢？

來源：feikaihj.com.cn日期：2019-07-16

鈦白粉是顏料用二氧化鈦的俗稱，鈦白粉優(yōu)良的白色性能使其在油墨、涂料、造紙等行業(yè)占據(jù)了市場的絕大份額，生活中的許多白色產(chǎn)品或類白色產(chǎn)品，大多有鈦白粉的參與，因此，被冠于“白色之王”的美譽(yù)。忽略鈦白粉作為添加劑的許多良好品質(zhì)不說，鈦白粉既為白色之王，那其“白”的特性也當(dāng)屬于其重要的標(biāo)志之一，也是本文主要闡述的內(nèi)容。
據(jù)經(jīng)驗(yàn)分析，當(dāng)鈦白粉的白度升高時，其遮蓋力、消色力指標(biāo)也會相應(yīng)升高，因此，要達(dá)到同等的效果使用的鈦白粉量就少，成本就會降低。鈦白粉在使用過程中，用戶會反映鈦白粉不夠白這點(diǎn)，其實(shí)鈦白粉不夠白指的是“鈦白粉的遮蓋能力與白度亮度”不夠。若想改變鈦白粉的白度則“深究”影響其白度的因素自是必不可少的。目前，對鈦白粉白度影響的研究工作主要從鈦白粉的雜質(zhì)種類及含量；二氧化鈦粒子的大小、形狀；二氧化鈦含量；二氧化鈦粒子晶格的缺陷；鈦白粉分散性等這幾方面入手。
一、雜質(zhì)種類及含量
在鈦白粉工藝中，尤其是硫酸法鈦白粉工藝，大部分的作業(yè)是為了除去產(chǎn)品中的雜質(zhì)。硫酸法工藝路線成熟對設(shè)備的配置要求很低，對原料的要求不高，鈦礦、鈦渣都可以，而且這種方法即可以生產(chǎn)金紅石型鈦白粉，又能生產(chǎn)銳鈦型鈦白粉，基建要求低，投產(chǎn)時間短。在在鈦白粉行業(yè)，尤其是我國的鈦白粉行業(yè)依然占有相當(dāng)重要的地位。
硫酸法酸解制得到鈦液屬于極其復(fù)雜的懸濁體系，里面既含有未分解的鈦鐵礦，也有未參加反應(yīng)的一些細(xì)小顆粒，也有硅、鋁等元素形成的膠體雜質(zhì)顆粒，另外就是還有大量的硫酸鹽類等可溶性雜質(zhì)。有些雜質(zhì)即使含量甚微，也對其白度產(chǎn)生明顯的不良影響。這些雜質(zhì)主要是一些氧化物，氧化物導(dǎo)致鈦白粉的白度降低可以分為兩種情況，一種是雜質(zhì)氧化物污染的顏色，另一種是晶格摻雜導(dǎo)致著色。
顯色金屬氧化物雜質(zhì)在極低的含量下就能影響白度，這些元素有鐵、錳、鉻、銅等，這些雜質(zhì)本身就帶有顏色，在白色的鈦白粉中極易顯色
在實(shí)際生產(chǎn)中，雜質(zhì)污染鈦白粉的極限含量要比上面中更低，雜質(zhì)在更低的濃度下就能顯色。以鐵元素為例，當(dāng)紅色的Fe3+進(jìn)入Ti4+的位置后，因極化而變形，這就比正常的鐵吸收更多的紅色。
除了如上工藝帶來的雜質(zhì)，機(jī)械磨損產(chǎn)生的雜質(zhì)，例如在雷蒙、氣粉等設(shè)備中，由于劇烈摩擦致使機(jī)器表面的物質(zhì)脫落，雜質(zhì)也會帶入到鈦白粉中，從而增加鈦白粉對光的吸收，使其白度降低。
二、粒徑和粒度分布
粒徑和粒度分布也是影響鈦白粉白度的主要因素，它主要是通過鈦白粉顆粒對光的反射、散射等現(xiàn)象影響的。在一定粒度范圍內(nèi)，二氧化鈦粒子粒徑減小，表面積增大，對光的散射能力增大，白度就越高。從光學(xué)效果來看，當(dāng)光散射力大時，顏料直徑與入射光的波長λ、顏料折射率n1、漆料的折射率n2之間的關(guān)系可用公式：D=2λ[π(n1-n2)]來表示。
上式中，可見光的波長為400-700nm，金紅石型二氧化鈦的折射率為2.71，涂料中大部分漆料（樹脂）的折射率為1.45-1.60，因此金紅石型二氧化鈦的粒徑控制在0.2~0.3μm時佳，在此粒徑范圍內(nèi)顏料對可見光具有大的散射力，可獲得更高的遮蓋力、消色力和純正的白度。但粒徑小于0.1μm時，由于發(fā)生光的衍射，光線從顏料顆粒的周圍通過，不發(fā)生反射，反而使遮蓋力下降，甚至趨于透明，這類超細(xì)鈦白粉由于呈透明狀，可用來制造透明的防曬護(hù)膚霜，這種護(hù)膚霜膏體細(xì)膩，具有自然肌膚感覺，目前在日本護(hù)膚品產(chǎn)品中非常流行。
三、鈦白粉的鈦含量
包膜劑的折光率相對二氧化鈦來說差距很大，對遮蓋力的提升有限，影響鈦白粉的白度，一般包膜劑量大的話遮蓋力也會差一點(diǎn)。
顏料級鈦白粉中二氧化鈦的含量一般在90%以上，具體在92~98%之間，其他物質(zhì)主要為包膜劑與少量雜質(zhì)。目前根據(jù)不同的應(yīng)用場合可選用不同的包膜劑種類，常用的包膜劑有鋁包膜、硅包膜、鋯包膜等，也有兩種或多種包膜劑共同使用，如鋯鋁包膜、硅鋁包膜等，這些包膜劑的加量各廠家不盡相同。
四、二氧化鈦粒子晶格的缺陷
二氧化鈦的Ti和O的比值是1:2，但由于制造條件的變化和其他一些因素，二氧化鈦產(chǎn)品可能會出現(xiàn)O不足的現(xiàn)象，即氧缺陷，而且純粹的二氧化鈦也會由于紫外線照射或加熱等外部能量的作用發(fā)生氧原子脫離晶體的現(xiàn)象(TiO2→Ti2O3+1/2O2)。
Ti4+O22+晶體中的O原子留下2個電子離開系統(tǒng)，留下的兩個電子把兩個Ti4+還原成Ti3+。Ti4+是無色的，而Ti3+呈現(xiàn)青紫色。缺氧造成的晶體中Ti3+有強(qiáng)烈的極化作用，外殼電子非常傾斜，比沒有極化的Ti3+光吸收更大，因此使顏料帶較重的青灰相。
五、分散性

鈦白粉的分散性對遮蓋力會有很大影響，特別是添加量少的情況下，同樣的100g鈦白粉，分散到10um和20um肉眼無法看到明顯的顆粒，但是越細(xì)的粒徑則會有更多的顆粒來占據(jù)樹脂中的位置，對光線的折射效果會提高很多很多。如果鈦白粉的分散性較差，粉都團(tuán)聚粘接在一塊了，細(xì)粉變粗粉，自然是會降低鈦白粉的白度，遮蓋力了。