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  • 钛白粉的分散机理

    钛白粉主要用于造纸、油墨、塑料、涂料等行业,在使用过程中对钛白粉的性能要求较为严格,尤其是钛白粉的分散性能,各应用体系对其格外关注。若钛白粉的分散性能较差,不能完全体现出钛白粉的高白度、高遮盖等性能,在uedbet官网注册中会影响整体分散效果,严重甚至会导致uedbet官网注册含有颗粒、产生沉淀等。通过各种控制手段,提高钛白粉的分散性,有利于uedbet官网注册生产厂家的生产质量。
    目前,国内外对于钛白粉分散性能的研究较少,大都停留在实验室阶段,对生产的导向作用极少,而且对于分散机理的研究少之又少,对其分散好坏没有进行系统论述,其影响效果一直没有明确定论。下列针对钛白粉在水性体系中的分散效果及影响因素进行系统实验。

    1 实验材料与方法
    1.1 实验材料
    本实验材料主要为钛白粉,根据不同的影响因素选取相应性质的钛白粉原料,所用水为去离子水,pH值调整剂选用0.1 mol/L的硫酸和氢氧化钠溶液,涉及到的分散剂选用分析纯,并用去离子水配制成0.1mol/L。其他设备还有pH值计、荧光光谱分析仪、粒度分布仪、黏度计等。
    1.2 实验步骤
    (1)取适量钛白粉分成5份,在气流粉碎机上粉碎不同的时间,让其粒度产生差异,然后将这5份钛白粉分别配制成700 g/L的溶液,充分分散后测量黏度并记录。
    (2)取8份钛含量不同的钛白粉,分别检测其产品的组分,然后将这8份钛白粉分别配制成700 g/L的溶液,充分分散后测量黏度并记录。
    (3)取10份去离子水,分别用硫酸溶液和氢氧化钠溶液调制成pH值=2、3、4……11的溶液,保持其总体积相同,然后分别加入相同质量的钛白粉配制成700g/L的溶液,充分分散后测量黏度并记录。
    (4)取9份相同的钛白粉配制成浓度为700 g/L的钛白粉溶液,分别加入硅酸钠分散剂,加量分别为0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%、0.35%、0.40%,并做一个空白对照,充分分散后测量黏度并记录。

    2 实验结果
    2.1 粒度实验
    将钛白粉进行气流粉碎后其粒度随着粉碎时间的延长而降低,对产品进行粒度分布的测试,结果见图1。

    对上述5份钛白粉配制成相同浓度的溶液后测量结果见图2。

    从图1中看出,样品1到样品5的粒度分布逐渐变宽,并且峰值粒度也逐渐变大,因此,样品1到样品5的平均粒度逐渐变大。从图2中可以看出,钛白粉的黏度与产品粒度呈正相关的关系,即产品的粒度越大,黏度越大,分散性越差。样品1与样品2的黏度相差较小,从样品3之后产品黏度增加幅度较快,这就说明,在粒度较小的情况下产品的分散性差异较小,随着产品粒度的增加,分散性的差异逐渐显现出来,并呈指数型增加。
    2.2 含钛量实验
    钛白粉中含量最多的物质是二氧化钛,最高含量可达99%,通常情况下颜料级钛白粉的二氧化钛含量在85%~95%。二氧化钛含量是钛白粉主要的指标之一,含钛量越高,钛白粉的白度性能越好,但相应成本就越高,不同的应用体系含钛量也有不同的要求。将不同含钛量的钛白粉进行检测后配制成相同浓度的溶液,充分分散后测量黏度,其结果见图3。

    从图3中可以看出,随着钛含量的升高,产品的黏度出现下降趋势,即钛白粉中二氧化钛含量越高,产品的分散性越好。当产品中钛含量在90%以下时,产品黏度的变化较大,而当钛含量增加到90%以上时变化幅度较小,因此,高二氧化钛含量虽然在一定程度上有提高产品分散性的好处,但是当钛含量升高到90%以上时其提升效果不太明显。
    2.3 pH值实验
    在钛白粉的应用中,经常将钛白粉置于不同pH值下进行分散,如在造纸过程中会将钛白粉分散于碱性环境中,而在乳胶漆体系中也有将钛白粉分散于弱酸性的环境。将相同的钛白粉置于不同的pH值中,在水性体系的相同浓度下测量黏度,得到的结果见图4。

    从图4中可以看出,在相同的浓度下pH值与钛白粉的黏度呈“U”型关系,即在强酸和强碱环境下钛白粉的分散性极差,在碱度适中时钛白粉的分散性较好。该钛白粉在pH值=5.2时表现出极好的分散效果,随着pH值的升高,黏度增加极快,当pH值增加到12时,黏度接近1 900 mPa · s。在强酸性环境下,钛白粉的分散性要比强碱性环境好,当pH值=4.2时黏度仅为508 mPa · s。因此,钛白粉在酸性条件下要比碱性环境分散性好,尤其是在弱酸性环境下分散性最好。
    2.4 分散剂实验
    分散剂是提高分散性能的重要手段,在钛白粉行业中常用的分散剂有六偏磷酸钠、硅酸钠等,可根据不同的场合选择使用。图5是用硅酸钠作为分散剂研究对分散性能的影响。

    从图5中可以看出,分散剂的加入能有效降低钛白粉的黏度,提高分散性能,尤其是分散剂加量在0.2%以内时能迅速降低黏度,当分散剂加量继续增加时,黏度降低的幅度下降,效果不太明显。这主要是由于0.2%左右的分散剂足以分散700 g/L的钛白粉,再进一步增加分散剂不会对分散效果进一步提升。

    3 机理分析
    通过对以上实验可总结出以下分散机理。
    (1)钛白粉的分散过程就是大块颗粒变成小块颗粒的过程,当钛白粉的颗粒足够小时,就是分散性能较好的时刻。钛白粉的颗粒较大,其分散需要一定的外力才能将大颗粒变成小颗粒,这些外力包括外加动力、溶解力、分子氢键等,而这些外力与颗粒的大小成正比,颗粒越大,需要的外力越大,在相同的情况下大颗粒的分散性能就越差。
    (2)钛白粉中钛含量是重要的指标之一,钛元素可表现出较多的性能,其中之一是亲水性。钛元素表面有较多的不饱和键,可与水分子形成较多的氢键,生成钛元素的水合物。这种物质的存在能使钛白粉与水的亲和力加强,从而增加钛白粉的分散性。
    (3)当钛白粉体系中pH值改变,其实就是改变了体系的电位值,而钛白粉本身具有一定的Zeta电位,当溶液中电位与钛白粉本身的Zeta电位相符合时钛白粉的分散性能就加强,这是电子相互排斥的结果。当两电位相同时产生较大的斥力,使得水分子与钛白粉分子相互排斥,两者有远离的趋势,从而加大了两者的间距,实现在混合体系中的分散。
    (4)分散剂的加入可以改变溶液中各集合体的电性,如阴离子分散剂,可以使得溶液中分子表面荷负电,从而实现在斥力作用下分散;而当分散剂添加量过多时,荷负电的物质反而会产生团聚,使得颗粒变大,分散效果不明显。

    来源:山东道恩钛业

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