摘要：針對不同影響因素對鈦白粉分散性能進行了研究，實驗表明鈦白粉的粒度增加對分散性能有害，粒度越小，分散性能越好；
鈦含量越高，分散性越好；弱酸條件下鈦白粉的分散性較好，強酸、強堿都會(hui) 影響鈦白粉的分散性；分散劑加量越多，分散性能越好。
前 言
鈦白粉主要用於(yu) 造紙、油墨、塑料、塗料等行業(ye) ，在使用過程中對鈦白粉的性能要求較為(wei) 嚴(yan) 格，尤其是鈦白粉的分散性能，各應用體(ti) 係對其格外關(guan) 注。
若鈦白粉的分散性能較差，不能完全體(ti) 現出鈦白粉的高白度、高遮蓋等性能，在塗料中會(hui) 影響整體(ti) 分散效果，嚴(yan) 重甚至會(hui) 導致塗料含有顆粒、產(chan) 生沉澱等。
通過各種控製手段，提高鈦白粉的分散性，既有利於(yu) 鈦白粉生產(chan) 廠家，亦有利於(yu) 下遊行業(ye) 進行質量控製。
目前，國內(nei) 外對於(yu) 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(chan) 的導向作用極少，而且對於(yu) 分散機理的研究少之又少，對其分散好壞沒有進行係統論述，其影響效果一直沒有明確定論。
本文針對鈦白粉在水性體(ti) 係中的分散效果及影響因素進行係統實驗，為(wei) 產(chan) 品的生產(chan) 及應用提供科學依據。
01 實驗材料與(yu) 方法
1.1 實驗材料
本實驗材料主要為(wei) 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(wei) 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，並用去離子水配製成0.1mol/L。其他設備還有pH值計、熒光光譜分析儀(yi) 、粒度分布儀(yi) 、黏度計等。(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(chan) 生差異，然後將這5份鈦白粉分別配製成700 g/L的溶液，充分分散後測量黏度並記錄。(2)取8份鈦含量不同的鈦白粉，分別檢測其產(chan) 品的組分，然後將這8份鈦白粉分別配製成700 g/L的溶液，充分分散後測量黏度並記錄。(3)取10份去離子水，分別用硫酸溶液和氫氧化鈉溶液調製成pH值＝2、3、4……11的溶液，保持其總體(ti) 積相同，然後分別加入相同質量的鈦白粉配製成700g/L的溶液，充分分散後測量黏度並記錄。(4)取9份相同的鈦白粉配製成濃度為(wei) 700 g/L的鈦白粉溶液，分別加入矽酸鈉分散劑，加量分別為(wei) 0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%、0.35%、0.40%，並做一個(ge) 空白對照，充分分散後測量黏度並記錄。
02將鈦白粉進行氣流粉碎後其粒度隨著粉碎時間的延長而降低，對產(chan) 品進行粒度分布的測試，結果見圖1。
對上述5份鈦白粉配製成相同濃度的溶液後測量結果見圖2。
從(cong) 圖1中看出，樣品1到樣品5的粒度分布逐漸變寬，並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(cong) 圖2中可以看出，鈦白粉的黏度與(yu) 產(chan) 品粒度呈正相關(guan) 的關(guan) 係，即產(chan) 品的粒度越大，黏度越大，分散性越差。樣品1與(yu) 樣品2的黏度相差較小，從(cong) 樣品3之後產(chan) 品黏度增加幅度較快，這就說明，在粒度較小的情況下產(chan) 品的分散性差異較小，隨著產(chan) 品粒度的增加，分散性的差異逐漸顯現出來，並呈指數型增加。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(ti) 係含鈦量也有不同的要求。將不同含鈦量的鈦白粉進行檢測後配製成相同濃度的溶液，充分分散後測量黏度，其結果見圖3。
從(cong) 圖3中可以看出，隨著鈦含量的升高，產(chan) 品的黏度出現下降趨勢，即鈦白粉中二氧化鈦含量越高，產(chan) 品的分散性越好。當產(chan) 品中鈦含量在90%以下時，產(chan) 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(chan) 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。在鈦白粉的應用中，經常將鈦白粉置於(yu) 不同pH值下進行分散，如在造紙過程中會(hui) 將鈦白粉分散於(yu) 堿性環境中，而在乳膠漆體(ti) 係中也有將鈦白粉分散於(yu) 弱酸性的環境。將相同的鈦白粉置於(yu) 不同的pH值中，在水性體(ti) 係的相同濃度下測量黏度，得到的結果見圖4。
從(cong) 圖4中可以看出，在相同的濃度下pH值與(yu) 鈦白粉的黏度呈“U”型關(guan) 係，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(jin) 為(wei) 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。分散劑是提高分散性能的重要手段，在鈦白粉行業(ye) 中常用的分散劑有六偏磷酸鈉、矽酸鈉等，可根據不同的場合選擇使用。圖5是用矽酸鈉作為(wei) 分散劑研究對分散性能的影響。從(cong) 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(nei) 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。這主要是由於(yu) 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(hui) 對分散效果進一步提升。
03(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(yu) 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(qin) 水性。鈦元素表麵有較多的不飽和鍵，可與(yu) 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(yu) 水的親(qin) 和力加強，從(cong) 而增加鈦白粉的分散性。(3)當鈦白粉體(ti) 係中pH值改變，其實就是改變了體(ti) 係的電位值，而鈦白粉本身具有一定的Zeta電位，當溶液中電位與(yu) 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(liang) 電位相同時產(chan) 生較大的斥力，使得水分子與(yu) 鈦白粉分子相互排斥，兩(liang) 者有遠離的趨勢，從(cong) 而加大了兩(liang) 者的間距，實現在混合體(ti) 係中的分散。(4)分散劑的加入可以改變溶液中各集合體(ti) 的電性，如陰離子分散劑，可以使得溶液中分子表麵荷負電，從(cong) 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(hui) 產(chan) 生團聚，使得顆粒變大，分散效果不明顯。
04對鈦白粉分散性能的研究旨在強化鈦白粉的生產(chan) ，其對生產(chan) 的指導作用有如下幾方麵。(1)鈦白粉的粒度是影響分散性能的重要參數，在生產(chan) 時要盡量降低鈦白粉的粒度，主要做法是控製鈦白粉生產(chan) 時的水解粒徑、加強鈦白粉粗品的砂磨強度、增加鈦白粉氣流粉碎時的蒸汽強度等。尤其是氣流粉碎的強度，它是鈦白粉的最後一道粉碎工序，粉碎效果的好壞直接關(guan) 係到產(chan) 品的質量。(2)鈦含量的提高會(hui) 增加鈦白粉的成本，也能加強產(chan) 品的分散性能，在這兩(liang) 個(ge) 方麵中需要尋找平衡點，一般顏料有鈦白粉的鈦含量可控製在90%～94%，過多或過少都會(hui) 對產(chan) 品的質量和成本帶來負麵影響。(3)pH值在生產(chan) 中也是重要的控製指標，尤其是在鈦白粉包膜過程中，其最終的包膜pH值即為(wei) 產(chan) 品的pH值。通過對分散性能影響因素的研究可知，在弱酸性的環境下能得到較好的分散效果，因此在包膜過程中最好選用弱酸性的包膜終點作為(wei) 產(chan) 品的結束點。(4)分散劑是鈦白粉重要的生產(chan) 原料，尤其是在砂磨過程中，控製好加量是改善分散性能的重要手段，隨著產(chan) 品濃度的增加可適當增加分散劑的加量，從(cong) 而保證產(chan) 品處在良好的分散環境下。另外，在產(chan) 品應用時分散劑的添加也是必須的，但是要保證分散劑的添加適量。
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