一种新型抗紫外粉化颜料

——钛改性硅灰石及其在PVA涂料中的应用

【摘要】钛白粉为优良而昂贵的白色颜料，但易于在紫外光照下使涂料粉化采用经钛溶胶表面改性的硅灰石超细粉，替代PVA涂料配方中的钛白粉，对不同配方试样的涂膜性能测试表明，钛改性硅灰石的加入使涂层遮盖力稍有下降，但涂层的抗紫外粉化和抗湿擦能力显著提高。

硅灰石是一种天然产出的偏硅酸钙(Ca3[S09])，它有三种同质多象变体，即主要为低温的三斜晶系变体低温的单斜变体（副硅灰石）和高温的三斜变体（又称为假硅灰石、β硅灰石）通过适当的方式可将硅灰石加工成具有较高长径比的针状粉体  由于硅灰石针状粉体具有优良的白度和流平性，更由于光线通过其针状颗粒之间产生的漫反射，使之具有较好的遮盖率，并用于涂料中以替代1%钛白粉；以不同方法对表面进行T02涂覆后有望成为钛白粉的替代钛白粉的化学成分为T02,通常有两种矿物变体，即金红石和锐钛矿：钛白粉具有较强的光催化性，在光线特别是在紫外线的照射下，它会使涂料中的成膜剂发生光降解，从而使得涂层产生“粉化”。为了改善涂膜的稳定性，除对钛白粉施行表面改性外（涂覆光惰性物质如So2，一条重要途径就是寻求新的钛白代用品或增量剂。本研究采用自行研制的改性硅灰石超细粉代替钛白粉用于涂料试验，在保障涂料其他主要性能不受较大影响的同时不仅大大改善了涂膜的光稳定性且降Di了成本

l硅灰石颜料制作

 试验采用云南腾冲白石岩硅灰石。矿石经手选、超细粉碎及分级后得到硅灰石含量> 95%、粒径D95<23μm的粉体。该粉体在水或稀酸中充Fen水化后，强烈搅拌下加入自制的钛溶胶，控制反应温度和p值，反应结束后经过滤、洗涤、干：曝焙烧以及粉碎获得硅灰石颜料。

 2硅灰石型PVA涂料的制作

 涂料类型选用聚乙烯醇(PVA)系列上PVA涂料无Du价廉，是目前国内用量Zui大的内墙涂料71试验采用的试验改变颜（填）料的种类和组成比例，颜料由钛白粉、硅灰石(W 3000)’改性硅灰石(W STl碳酸钙按不同比例构成，以对比上述四种颜(填)料在涂料中的性质颜

3涂料性能表征

涂料性能指标中测定表干时间、抗紫外粉化性、耐水浸泡性、耐酸蚀性及耐湿擦性

3 l表干时间

用漆刷将制好的涂料均匀涂刷于预制水泥沙浆板（块）上，测定其表于时间，即涂膜表层干燥不粘手时所需的Zui短时间每一试样做三个平行测试

3 2遮盖力

将涂料涂在中间夹有黑白格像纸的无色透明载样片上，风干后在暗箱内观察，到终点（即黑白格刚好被遮盖）后修板，称重，计算遮盖力。每一试样涂三片做平行测试。

3 3耐水浸泡性、耐酸蚀性、耐湿擦性

    待测过表干时间的试样板风干恒重后，将其中一块试样板插入到盛有蒸馏水的容器中浸泡，分别在24 h后和一个月后观察涂膜表面的变化中国南方的酸雨酸度极值为出牡，试验采用pH=4的盐酸溶液浸泡试样板（测过表干时间的其中一块由于有的试样遇水呈碱性，很快（几分钟）将中和试液酸度，因此要不断补充盐酸以保持一定的酸度直到pH值不再发生改变时，保持一昼夜，观察涂膜表面的变化情况。剩余一块用湿抹布擦洗，观察有无掉。

 3 4耐紫外照射粉化性

取一块测过遮盖力的试样片置于日光能照射到的地方，放置三个月；再取一块用紫外线照射1—2昼夜；剩下一块装入暗袋中保存以便对比。

4结果与讨论

4 1钛改性硅灰石颜料的性能

    硅灰石经改性后大部分性能达到或接近R93Q有些指标甚Zhi超过BA 101如白度，Zui差的W ST( 97 2)也比BA 101( 96  5)高,。WST的遮盖力比原粉有较大提高，但普遍比两种钛白粉略低改性硅灰石粉的流动性介于两种钛白粉之间堆密度也与钛白相当；与原粉相比，变化不太而在水中的悬浮性却有较大提高(从2 00上升Zhi250-340)，且高于钛白粉，如BA 101

在水中的沉降体积仅为1.60 mL/gWST3则达340mL／g经改性处理，硅灰石在水中的pH值由9 6降DiZhi84争8 6 。

     这些性质变化除与硅灰石的形状特性(平均长径比达4 67)有关外，还与表面改性层的存在有关高的长径比有利于硅灰石颗粒搭接成架状构成网状构造，因而其堆密度较钛白粉（等轴球形微粒）为大：而一旦体系含油量大于临界耗油量（吸油量），体系中的颜料粒子发生流动，试验所取的含油量(5 0%)是超过了这一临界值的，此时硅灰石所搭成的架状构造解体，粒子发生定向流动，因此硅灰石流动性会比钛白粉好，表面改性层的增白作用既在于其本身的白色，也因为该表面改性层是由众多比硅灰石颗粒小得多的T02微粒所构成的臆该膜的存在增强了颗粒对光的（漫）反射和折射，颜料的遮盖力得以提高。在进行超细粉碎时硅灰石表面产生大量断键，这些断键极易使颗粒发生团聚，表面改性层的存在有效阻碍了硅灰石的团聚，从而大大提高了悬浮性：同时改性层也阻碍了硅灰石在水中的水解作用，因此pH值有所降Di。

4 2硅灰石涂料性能

三种不添加钛白粉的情形还发现，纯硅灰石涂料的悬浮性比用纯碳酸钙粉要好o其他配方中，有硅灰石（特别是改性硅灰石W ST,涂料存放三个月无分层现象）的加入都可不同程度地提高涂料的贮存稳定性这是由硅灰石的形态特征和表面改性层的存在所决定 W ST对T 02的替代量由ev/o，3Y/o，5CV-/o，667/0到10W/o，某些性能如遮盖力有所下降，但基本上都能达t/TI由此可见，对遮盖力Zui本质的影响因素仍然是颜料的折射率，表面改性对硅灰石的折射率影响是不大的，因为毕竟改性层的厚度有限，在颜料粒子中所占的质量分数相当小,但由于表面改性层的结构而产生的对光的多重漫反射和多重折射对遮盖力的贡献却是不容忽视的o

 加入了W ST的试样涂膜的光稳定性远优于不加WST的试样，前者日照三个月和紫外线照射一昼夜普遍无粉化现象，抗Zi外线照射和抗粉化能力都有较大提高。

涂膜的耐湿擦性能除取决于成膜剂外，还取决于颜（填）料的性质及其与成膜剂和助剂的相互作用。水玻璃以及有Ji改性剂的加入加强了硅灰石颗粒与PVA之间的连挠同时硅灰石具有针状形态，在涂膜体系中可能搭成交织的网络结构，也可能定向排列．这取决于涂刷方式，但两种排列都能较大程度地提高涂膜机械强度。

由于硅灰石在水中发生弱水解呈弱碱性，在涂料体系中有中和余酸的能力8！在酸性介质中，硅灰石和酸反应生成偏硅酸胶体，将颜（填）料粒子胶结起来，更加强了涂膜的耐酸蚀性和机械强度加入硅灰石原粉W3000或改性粉W ST的所有试样都比只用钛白粉的l-la和l-lb耐酸蚀性要好，特别是l-2 1-4 3-la和3-lb在pH=4的盐酸中可稳定一昼夜而不粉化。

另外可以比较保守地作如下效益估算：

 改性硅灰石价格以5000元/吨计，钛白粉价格按国产10000元冉屯、进口19000元吨计，替代量按50%计，原配方中白色颜料钛白粉用量为9%，则可降Di涂料成本225元吨或630元/吨：据不Wan全统计，中国涂料业年消耗钛白粉约50 000t若仍采用1：1的替代比，则每年可节约25 000万元或70 000万元若再考虑到橡胶和塑料业的替代，经济效益及由此带来的环保效益就更为可观了。