提高二氧化鈦（TiO2）顏料使用效率：優(yōu)化涂料白度和遮蓋力的方法

二氧化鈦TiO2（鈦白粉）是一種白色顏料，主要賦予涂層白度和遮蓋力。由于其優(yōu)異的光學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性，使其被廣泛應(yīng)用于涂料、塑料、紙張和化妝品等領(lǐng)域。TiO2的密度很高，當(dāng)批量系統(tǒng)的使用二氧化鈦顏料時(shí)，在按體積計(jì)算價(jià)格時(shí)顯得較為昂貴。因此，提高TiO2的使用效率具有重要的經(jīng)濟(jì)意義。

粒子的散射

在涂層中，分散在粘合劑基質(zhì)中的顆粒會(huì)改變光的方向，當(dāng)顆粒和介質(zhì)的折射率“n”不同的時(shí)候，就會(huì)發(fā)生這種現(xiàn)象，稱(chēng)為散射。散射導(dǎo)致了涂層的白色和遮蓋力。

要獲得白度的先決條件是顆粒不吸收可見(jiàn)光。二氧化鈦TiO2符合這一要求。

被粘合劑基質(zhì)包圍的顆粒在涂層中的散射光

一些關(guān)鍵屬性決定了粒子的散射效率

首先，當(dāng)顆粒和基質(zhì)的折射率差異Δn = np – nm較大時(shí)，散射強(qiáng)度較高。用于涂層的粘合劑的折射率約為1.6。二氧化鈦TiO2被優(yōu)選用作散射源，因?yàn)樵擃伭暇哂懈哒凵渎?，這取決于顏料的晶體結(jié)構(gòu)。

其次，對(duì)于特定的光波長(zhǎng) λ，存在最佳粒徑。粒子“d”的直徑應(yīng)接近光波長(zhǎng)的一半。

這意味著直徑約為280 nm的金紅石型二氧化鈦TiO2顆粒能最有效地散射波長(zhǎng)約為380 – 700 nm的可見(jiàn)光。

用于涂料的兩種TiO2顏料的關(guān)鍵性能

優(yōu)化二氧化鈦顏料的散射效率

在選擇了合適的TiO2二氧化鈦顏料（根據(jù)晶體結(jié)構(gòu)和顆粒尺寸）之后，可以采取若干措施來(lái)最大化提高昂貴的TiO2顏料的效率。

首先，在分散過(guò)程中，必須盡可能地將初級(jí)顏料顆粒分開(kāi)。此外，為了防止絮凝，必須使用分散劑穩(wěn)定顆粒。

分散過(guò)程：介質(zhì)中固體顆粒的分離和穩(wěn)定

通過(guò)改進(jìn)分散過(guò)程和/或改變分散劑的類(lèi)型，通常可以節(jié)省相當(dāng)多的成本。

其次，TiO2二氧化鈦顆粒均勻分布在整個(gè)系統(tǒng)中也很重要。這被稱(chēng)為間距。防止擁擠（即間距不足）的一種方法是使用合適的填料。填料顆粒將填充二氧化鈦TiO2顆粒之間的空間并充當(dāng)間隔物。為了讓填料提供間距，填料顆粒必須很小，優(yōu)選顏色較淺的填料。

另一個(gè)可用于獲得最大散射能力的概念是使用具有后處理層的二氧化鈦TiO2顆粒。比如Chemours公司的科慕6300鈦白粉（Ti-Pure™ ｓｅｌｅｃｔ TS-6300），這款鈦白粉顏料由經(jīng)過(guò)厚厚的氧化物層后處理的金紅石二氧化鈦TiO2核組成。TiO2核的直徑在300nm范圍內(nèi)，整個(gè)顆粒的平均直徑為530nm。厚厚的氧化物殼提供了間距，TiO2核不能彼此靠近，因?yàn)楹筇幚韺拥拇嬖?，可以防止這種情況發(fā)生。