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涂料用钛白粉的评估和测试方


涂料用钛白粉的评估和测试方法
王洪涛 杨 琳 朱罗毅 刘 新 ( 庞贝捷涂料(昆山)有限公司,江苏昆山 215331) 摘 要:以醇酸树脂为成膜物质,通过加入不同的钛白粉,分别制得5 种醇酸涂料。通过测 试钛白粉的吸油量,涂料的细度,光泽,QUVA 老化试验,湿热试验和户外暴晒试验,考察5 种钛白粉的区别, 并优化选择得到性能最佳的钛白粉, 为钛白粉的筛选提供了一种简单

高效 的方法。 关键词:钛白粉;QUVA 耐老化性;湿热试验;保光率;色差;户外暴晒试验 0 引言 钛白粉具有优良的耐候性、 遮盖率、 白度和分散性好等优点, 广泛地用于涂料、 塑料、 造纸、 印刷油墨、化纤、橡胶和化妆品等工业领域[1-2] 。在各种钛白粉的应用领域中,涂料的用 量最大,约占 57%。常用的钛白粉主要有锐钛型和金红石型 2 种晶型,其中金红石型钛白 粉因其晶体结构致密、 物理化学性能稳定、 光学活性小等优点, 获得更为广泛的应用 [3-4] 。 2010 年, 我国钛白粉的总产量达到 1 474 286 t, 生产厂家众多, 不同厂家产品的性能各异, 因此需要对其进行严格的筛选, 才能应用于涂料中。 本文提出了一种简单高效的方法来评价 钛白粉的性能,通过用其制备成涂料,测试涂料的物理指标、QUVA 耐老化性和耐湿热性, 来优化选择出最佳的钛白粉。 1 试验部分 1.1 原材料 钛白粉 A、B、C、D、E,均为金红石型钛白粉;醇酸树脂,上海元邦化工制造有限公司;分 散剂,毕克化学;溶剂,上海九泰化工有限公司;催干剂,沈阳东明化工有限公司。 1.2 涂料的配方 涂料的基本配方见表 1。 表 1 涂料的基本配方

通过加入不同的钛白粉,分别制得 5 种涂料,如表 2 所示。 表 2 涂料的编号及其对应的钛白粉

1.3 涂料的制备工艺 称取 30 份醇酸树脂、20 份钛白粉、3.8 份分散剂和 5 份溶剂,高速分散均匀,然后在砂 磨机中研磨至细度≤ 30 μm,最后加入配方中剩余的原料,过滤,装罐。 1.4 测试方法 1.4.1 QUVA 老化性能测试 QUVA 紫外线加速老化试验用 UVA(340)灯为光源,将样板置于紫外老化机中,试验条件 满足黑板温度为(60±2)℃、辐照度为 0.68 W/m2、冷凝温度(45±2)℃,试验循环周期 8 h,4 h/4 h(光照时间/ 冷凝时间) 。试验结束后取出样板,与未经光照的样板对照,用光泽 仪测试 60° 光泽,色差仪测定色差。 1.4.2 耐湿热性能测试 将试验样板放置在试验箱内,试验条件为:温度 60℃,湿度为 60℃时大气的饱和湿度,冷 凝温度 40℃,湿度 100%,试验循环周期 8 h,4 h/4 h(60℃ /40℃) 。每隔一周拿出样板, 测试 60° 光泽。 1.4.3 常规性能测试 钛白粉吸油量、细度、光泽和黏度等均按相关国标进行测试。 2 结果与讨论 2.1 涂料的物理指标 涂料的物理指标见表 3。 表 3 涂料的物理指标

表 3 为加入不同钛白粉所得涂料的物理指标。3#涂料所用钛白粉的吸油量最小,由其制得 涂料的黏度为 5.36 mPa· 该黏度也是 5 种涂料中最低的; s, 而钛白粉 D 的吸油量为 24 mL/100 g,相应制得 4# 涂料的黏度也是最高的。5 种钛白粉相对分散性的难易程度,可以通过研 磨时间及其对应细度来表示。由表 3 可知:1#、3#、4#和 5# 涂料在研磨 20 min 后,细度 均达到≤ 30 μm,其中 5# 涂料的细度可以达到 20 μm ;2# 涂料需要研磨 120 min,细度才 能达到≤ 30 μm。因此在达到相同细度的情况下,2# 涂料的生产需要花费相对较多的时间和 较高的能耗,相应涂料的成本也就偏高。 2.2 QUVA 老化试验 采用镜面光泽度仪测定试样 60° 的初始光泽,并依据初始光泽和试验后的光泽计算,得到 试样在不同老化时间的保光率(图 1~3) 。由图 1 可见:除 3#涂料的初始光泽为 78.5% 外, 其余试样的初始光泽均大于 80%, 其中 5# 涂料的初始光泽达到 90%。 随着老化试验的进行, 各种试样的光泽急剧下降,当光照射时间达到 100 h 后,试样的光泽变化趋于平稳。当老化 时间达到 1 150 h 时,2#、4# 和 5# 涂料的光泽急剧下降,最后所有试样均于 1 300 h 后粉 化。

1—1# 涂料;2—2# 涂料;3—3# 涂料;4—4# 涂料;5—5# 涂料 图 1 QUVA 老化试验后涂膜的光泽

1—1# 涂料;2—2# 涂料;3—3# 涂料;4—4# 涂料;5—5# 涂料 图 2 QUVA 老化试验后涂膜的保光率

1—1# 涂料;2—2# 涂料;3—3# 涂料;4—4# 涂料;5—5# 涂料 图 3 QUVA 老化试验后涂膜的色差

由图 2 可见:在整个老化试验中,1# 试样的保光率均大于 80%,60° 光泽高于 65%。由于 3# 试样的初始光泽较低, 所以 3# 试样老化试验中的保光率高于 2#、 和 5# 试样, 试 4# 3# 样在整个老化试验中保光率均大于 75%。同时由图 3 可见:2# 试样的色差变化较大,其余 的试样相差不大。 2.3 湿热试验 图 4 和图 5 分别为 5 种试样在湿热试验中光泽和保光率的变化。由图 4 可见:3# 试样的 初始光泽最低,为 79% ;2# 和 5# 试样的初始光泽最高,达到 85% 以上。当试验进行一 周后,各种试样的光泽明显下降,其中 2#、4# 和 5# 试样的光泽急剧下降至 65% 以下;以 后随着试验的进行,各试样的光泽变化趋缓。由图 5 可见:1# 试样的保光率最好,在 8 周 内均大于 90%,光泽均高于 75% ;其次是 3# 试样,在整个耐湿热试验中,保光率均达到 85% 以上,光泽大于 65% ;而 2#、4# 和 5# 试样的耐湿热性能明显低于 1#和 3# 试样。

1—1# 涂料;2—2# 涂料;3—3# 涂料;4—4# 涂料;5—5# 涂料 图 4 湿热试验后涂膜的光泽

1—1# 涂料;2—2# 涂料;3—3# 涂料;4—4# 涂料;5—5# 涂料 图 5 湿热试验后涂膜的保光率 钛白粉的不同,明显影响涂料的耐湿热性,1# 和 3# 试样所用的钛白粉可以明显提高涂料 在湿热环境下的光泽和保光率。 2.4 户外暴晒试验 图 6 和图 7 分别为试样在户外暴晒试验中的光泽和保光率变化。从中可以看出:随着暴晒

时间的延长,试样的光泽和保光率均下降,其中 2#、4# 和 5# 试样相对下降较大,在一年 的暴晒时间内, 最终光泽降至 60% 以下, 保光率小于 70% ; 试样的保光率和光泽最高, 1# 在一年的户外暴晒中,光泽始终大于 70%,保光率更是达到 90% 以上。

1—1# 涂料;2—2# 涂料;3—3# 涂料;4—4# 涂料;5—5# 涂料 图 6 户外暴晒试验后涂膜的光泽

1—1# 涂料;2—2# 涂料;3—3# 涂料;4—4# 涂料;5—5# 涂料 图 7 户外暴晒试验后涂膜的保光率 图 8 为试样的色差变化,其中 1# 和 3# 试样的色差变化最小,说明在户外自然的情况下, 1# 和 3# 试样最能保持原来的白色。户外暴晒试验的结果与 QUVA 老化试验和湿热试验的 结果完全吻合,由此可以得出钛白粉 A 最好的结论;同时试验结果表明:在醇酸体系中, QUVA 老化试验和湿热试验结果与户外暴晒试验的结果一致,可以通过 QUVA 老化试验和 湿热试验来评价钛白粉的性能,这样可以大大节省户外暴晒试验的时间。

1—1# 涂料;2—2# 涂料;3—3# 涂料;4—4# 涂料;5—5# 涂料 图 8 户外暴晒试验涂膜的色差 3 结语 (1) 通过对涂料物理性能的测试表明,在达到试样细度≤ 30 μm 时,2# 试样需要 120 min 的研磨时间,而其余的试样只需 20 min,也就说明 2# 涂料生产时需要花费的时间最多。 (2) QUVA 老化试验结果表明:1# 和 3# 试样的保光率较好,其中 1# 试样的初始光泽达 到 84.1%, 整个老化试验期间的保光率均大于 80%, 3# 试样的初始光泽较低, 78.5%, 而 为 所以其保光率相对于 2#、4# 和 5# 试样较好。 (3) 湿热试验结果表明:1# 试样的初始光泽达到 84%,在 8 周的耐湿热试验中,其保光 率均大于 90%,光泽高于 75%,耐湿热性最好。 (4) 户外暴晒试验结果表明:1# 试样在一年的暴晒时间内,光泽仍大于 70%,保光率达 到 90%,色差变化最小。各试样的试验结果与 QUVA 老化试验和湿热试验结果相一致。 (5) 通过分别考察涂料的物理指标,QUVA 老化试验和耐湿热试验,筛选出具有最佳性能 的钛白粉 A, 可以保证其在较低能耗的生产工艺下得到细度合格的试样; 同时在醇酸体系中, 以 QUVA 老化试验和湿热试验来评估钛白粉,可得到与户外暴晒试验相一致的结果,为钛 白粉的选择提供了一种简单高效的方法。


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