鈦白粉是重要的白色顏料,現有國標中未對鈦白粉的應用性能指標檢測予以規范,下面介紹的是鈦白粉在主要的應用領域涂料和塑料行業的應用性能檢測,主要是關于鈦白粉在塑料行業應用性能檢測。參照塑料行業的檢測標準,形成針對塑料行業應用的鈦白粉應用指標的檢測方法,為鈦白粉生產企業提供簡潔、準確的產品應用性能測試結果,從而為企業明確產品銷售方向提供依據。
鈦白粉是一種重要的無機化工原料,無毒、 對健康無害,它是最重要的白色顏料,占全部白色顏料使用量的80%,也是鈦系的最主要產品,世界上90%的鈦資源都用來制造鈦白粉,是僅次于合成氨和磷化工的第三大無機化學品(以價值計)。許多發達的國家都把鈦白粉列入關鍵化學品行列,在某些國家和地區,其消費量與國民生產總值(GNP)成正比,甚至把鈦白粉的消費量作為衡量一個國家的經濟發展和人民生活水平高低的重要標志之一。鈦白粉在已知白色顏料中折射率最高(金紅石型2.71、銳鈦型2.55),具有極高的不透明度和優良的光學性能和顏料性質,因而在涂料、油墨、塑料、橡膠、造紙、化纖和化妝品等行業中得到廣泛應用。
國標GB/T 1706-2006中規定了鈦白粉的基本指標的相應檢測標準,這些指標僅適應于鈦白粉生產企業對生產環節的質量控制,卻不能真實反映鈦白粉產品在不同行業的應用性能。因此,本文從鈦白粉的主要應用領域涂料和塑料行業入手,分析鈦白粉在這兩大類行業的應用性能及所需的測試指標和指標要求,供廣大鈦白粉生產同行分析研究,為進一步提高國產鈦白粉產品的應用性能拋磚引玉。
塑料著色用鈦白粉顏料如目前的標準還是采用油墨、涂料等用的指標,對塑料著色來說是不 夠的,尚要考慮制品的加工性及應用需要,例如耐熱、耐候性能,以及與聚合物或添加劑的相互作用。本文就塑料用著色鈦白粉顏料應具備的應用性能檢測指標詳述如下。
1.1白度
白度是商品鈦白粉最重要的特性之一。白度是基于目視感知而判斷反射物體所能“顯白的程度”,從理論上講,在電磁波輻射范圍內,只有波長380nm到780 nm的輻射能引起人們的視感覺,這段光波叫做可見光。平時我們所見到的物體所呈現的不同顏色,其實是物體對可見光中不同波長的光波進行不同程度的吸收和反射后形成的。也就是說,物質對可見光吸收和反射程度的不同形成了繽紛的色彩。而當使可見光范圍內的全部照射光均等地漫散射,沒有光吸收,只有光散射時,物體就呈現出純白色,理論上稱為最白的物質。
由于鈦白粉作為白色的顏料,無論其運用在何處,對自身白色的要求是一樣的,因此對白度的檢測也是相對概念,只需在相同的分散介質中用色差儀對分散后的試樣和標樣進行色差比較即可。在塑料中的白度檢測可以采用將相同質量的試樣及標樣按照相同的混合、塑化工藝先制成色母粒,再用相同的稀釋率注塑成方塊型試板,然后再用校正后的色差儀檢測試樣與標樣的色差。
進行該項指標的檢測可參考國標“GB/T 2913-1982塑料白度試驗方法”,統一將試樣和標樣制成相同濃度的方塊型試板后再行檢測。
1.2粒度及粒度分布
粒度是指一個顆粒的大小,對于規則的球形顆粒,我們可以用“直徑”來精確描述其大小,在實際的生產中,由于控制的不穩定性,絕大多數情況下顆粒形狀都不是球形的,無法用直徑表示,因此表示顆粒的大小時引進了“粒徑”的概念。
所謂粒徑,可以把它理解為一因次尺寸。同一顆粒,由于應用場合的不同,往往測量方法會有區別,得到的粒徑值也就不同;顯微鏡下看到的是顆粒與視線垂直平面上的投影尺寸;篩分法所得到的粒徑是篩孔的尺寸;沉降測定法得到的是某種沉降特性相同的球形顆粒的直徑。在生產實踐中,所涉及的往往并非單一粒徑,而是包含了不同粒徑的若干顆粒的集合體,也就是顆粒群,如何來描述顆粒群所有顆粒粒度特征也成了一個難題。現在一般都是用統計數學的方法來計算顆粒群平均粒徑的,然后分段來進行描述顆粒的大小和分布,也就是粒度分布,即顏料粉體中不同粒度區間的顆粒含量。
我們所見到的鈦白粉無論是銳鈦型還是金紅石型,都是由直徑在0.1~0.3 μm的球形顆粒單一晶體所組成。單一晶體粒子的大小和由此凝集集合的二次粒子的結合力數值以及結合量將會導致鈦白粉分散體系的白度、消色力、分散性、耐候性等顏料性能很大的變化。因此顆粒粒度和粒度分布是影響顏料性能和應用指標的重要性質之一,對所有的顏料性能幾乎都具有決定性的影響。
由于顆粒的粒度與形狀對其產品的性質與用途影響很大,不同的測量方法適用于不同的粒度范圍,由于采用了不同的原理,對于同一樣品的檢測結果在數據上會有偏差,目前工廠常用的分析方法有電子顯微鏡照片、離心沉降分析、激光粒度分析、比表面積法。
由于不同儀器選擇同一顆粒不同的物理性質作為等效時的參考量,因此用它們測量同一不規則顆粒時,結果可能是不同的。有時甚至同一種原理的儀器,測試條件不同,結果也可能不同,因此在比較兩種物料顆粒的大小和分布情況時,必須要同意化驗方法才有可比性。
由于塑料用鈦白粉表面需進行特殊的憎水處理,因此在采用離心沉降式分析或激光粒度儀分析時,必須先對樣品的分散方法進行選擇,只有在樣品充分分散的基礎上才能得到盡可能準確的結果,這樣勢必存在標樣與試樣分散方法不同的情況,因此這兩種方法并不適合用于塑料專用鈦白粉的粒度檢測;而最合適的方法應該是電子顯微鏡分析方法,這種方法拋除了樣品分散的影響,能更直觀地得到粒度及粒度分布結果,同時還可得到粒子形貌的影像,為分析鈦白粉在塑料中的應用特性提供良好的依據。
該方法可參照“GB/T 21649.1-2008粒度分析 圖像分析法第1部分:靜態圖像分析法”進行。