CN106318009A - 煅烧高岭土和钛白粉组合物在涂料上的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种应用于涂料的复合钛白粉，所述复合钛白粉包括钛白粉与煅烧高岭土，所述钛白粉与煅烧高岭土的质量比为60%‑95%:40%‑5%；所述钛白粉的中位粒径满足：0.1um≤D50钛白粉≤ 5um，所述煅烧高岭土的中位粒径满足：0.1um≤ D50高岭土 ≤ 5um,且D50钛白粉与D50高岭土之差的绝对值ΔD满足：ΔD≤2 um。本发明提供的复合钛白粉应用于涂料中，涂料浆液的分散性能好，分散稳定性高，提高涂料的应用性能，且复合钛白粉在涂料中流变性高，利于涂料涂抹均匀，且施工性好。

Description

煅烧高岭土和钛白粉组合物在涂料上的应用
技术领域
本发明属于涂料领域，具体的涉及一种复合钛白粉，将其作为填料制备的涂料具有高分散性和高流变性。
背景技术
钛白粉学名为二氧化钛，被认为是目前世界上性能最好的一种白色颜料，广泛应用于涂料、塑料、造纸、印刷油墨、化纤、橡胶、化妆品等工业。尤其涂料行业是钛白粉的最大用户，用钛白粉制造的涂料，色彩鲜艳，遮盖能力高，着色力强，但是受钛白粉本身资源的限制，现在钛白粉资源日趋紧张，而且售价较高，生产成本较高。
为了解决价格高昂的成本，市场上采用立德粉，硫酸钙等产品替代钛白粉，但是综合性能远不如钛白粉。其中，中国专利CN 102031023A提供了一种具有高白度和高遮盖性能的锻烧高岭士基复合钛白粉的制备方法。采用湿法球磨的方式制备复合钛白粉，制备的复合钛白粉遮盖力有所提高，但是其白度较低，以及分散性差，长时间放置容易出现沉降，影响产品的质量，并且流变性低，不利于涂膜的制造与使用。
中国专利CN 105524494A提供了一种钛白粉包覆型复合钛白粉材料，所述复合钛白粉材料包括钛白粉和矿物粉体，其中以矿物粉体为基体，外面包覆有钛白粉，使得钛白粉的价格大大降低，可适当的替代钛白粉使用，但是上述制备的复合钛白粉仍然存在着在水性涂料中分散性不好、适用范围窄、遮盖能力差、流变性低的缺点。
因此，开发一种在涂料中分散性好、流变性高、适用范围广、遮盖能力强，且长时间放置后仍然有较好的分散性的复合钛白粉，也是目前所需要的。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复合钛白粉，将其作为填料制备的涂料具有高分散性和高流变性，更好的满足工业上的使用要求以及广大消费者的需求。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种应用于涂料的复合钛白粉，所述复合钛白粉包括钛白粉与煅烧高岭土，所述钛白粉与煅烧高岭土的质量比为60％-95％:40％-5％，所述钛白粉的中位粒径满足：0.1um≤D50钛白粉≤5um，所述煅烧高岭土的中位粒径满足：0.1um≤D50高岭土≤5um,且D50钛白粉与D50高岭土之差的绝对值ΔD满足：ΔD≤2um。
优选的，所述钛白粉与煅烧高岭土的质量比为85％-95％:15％-5％。
进一步，煅烧高岭土的粒径分布满足：D90高岭土/D10高岭土＜20，钛白粉的粒径分布满足D90钛白粉/D10钛白粉＜10。
进一步，所述钛白粉与煅烧高岭土的堆密度之比为1-5。
进一步，钛白粉的吸油量为15～25g/100g，煅烧高岭土的吸油量为35～70g/100g。
优选的，煅烧高岭土与钛白粉之间的吸油量之差的绝对值为20-30g/100g。
更优选的，煅烧高岭土与钛白粉之间的吸油量之差的绝对值为22-25g/100g。
具体的，所述钛白粉可为金红石型钛白粉、锐钛型钛白粉中一种或两种。
优选的，所述金红石型钛白粉与锐钛型钛白粉的质量比为1:2～4.5。
一种采用上述复合钛白粉的涂料，所述涂料由以下重量份数的原料组成：树脂液300～340份，煅烧高岭土和钛白粉组合物330～360份，甲醇58～62份，甲苯42～48份，丙醇12～18份，丁酯15～20份，石蜡1～2份。
本发明还提供了上述复合钛白粉在涂料中的应用，以上述复合钛白粉为填料制备的涂料具有高分散性和高流变性，利于涂料的加工以及长期保存。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)高岭土的层状八面体结构使得复合钛白粉在涂料体系中具有很好的悬浮型，起到有效防止沉淀的作用，增强涂料的分散稳定性。意外的发现，利用了粉体不同的粒径分布进行合理级配，使得混合粉体的粒径分布范围适宜有效填补分子之间的空隙，有效的保证了复合钛白粉的遮盖力，白度，同时提高了复合钛白粉的分散性，以及分散稳定性，长期放置不易出现沉降，减少了涂料使用中的不均一性。
(2)煅烧高岭土与钛白粉合适的堆积密度以及吸油值，制备得到的复合钛白粉比表面积较大，吸油量较高，将其应用于涂料中，在保证具有良好分散性的前提下，具有更好的流变性，利于利于涂料涂抹均匀，且涂料的施工性更好。
(3)利用煅烧高岭土与钛白粉之间因不同的粉体的晶型结构及化学组成的差异能够有效弥补单一超细非金属粉体固有的性能缺陷，形成性能优势互补的超细非金属粉复合体。
具体实施方式
实验例1
取不同粒径分布的工业用钛白粉作为填料制备成品涂料，并检测涂料相关指标，工艺中其他参数取中间值。
表1不同粒径的钛白粉对涂料性能的影响
注：本发明中相关的测定方法均按照下述方法测定:
按照GB/T 1726-1979标准检测涂料遮盖力；
按照GB/T 5950-2008标准检测涂料的白度；
涂料的分散稳定性测定：取50ml涂料倒入具塞刻度试管中静置，48h后读取上层清液的体积V，则涂料的分散稳定性＝(50-V)/50，其中数值越大表示涂料的分散稳定性越好。
由表1可知，当钛白粉的粒径小于0.1um时，钛白粉的遮盖力下降，且粒径过小，易于团聚，分散性不好。当钛白粉中位粒径超过5μm时，其涂料成品的遮盖力，白度，分散稳定性均显著下降，无法应用于涂料中，且粒径过大时也会对涂膜的光泽度有影响。因此，本发明选择中位粒径满足：0.1um≤D50钛白粉≤5um的钛白粉作为实验原料。
实验例2
取不同粒径分布的工业煅烧高岭土，同时工艺中其他参数取中间值，制备涂料并进行相关检测，结果见表2。
表2不同粒径的煅烧高岭土对涂料性能的影响
由表2可知，当煅烧高岭土中位粒径超过5μm时，其在涂料中的分散状况较差，且其分散不稳定，且小于0.1um时易团聚，分散性不好，因此本发明选择中位粒径满足0.1um≤D50高岭土≤5um的煅烧高岭土作为实验原料。
实验例3
取中位粒径为1μm的工业钛白粉、中位粒径为1μm的工业煅烧高岭土，通过对不同质量比的煅烧高岭土和钛白粉混合，获得不同编号的组合物，制成涂料并检测其关键指标，工艺中其他参数取中间值。
表3不同质量比的钛白粉与煅烧高岭土对涂料性能的影响
如表3所示，随着煅烧高岭土的添加量的增加，涂料的白度、遮盖力下降较明显，当煅烧高岭土的添加量超过40％时，涂料的白度和遮盖力明显降低，不能满足涂料的要求，因此在本发明中，选择钛白粉与煅烧高岭土的质量比为60％-95％：40％-5％。
实验例4
通常在涂料的使用过程中，如果涂料中各组分的分散状况良好，可提高涂料的遮盖力、白度、涂膜外观、光泽度等应用性能。为了提供一种复合钛白粉能够在涂料溶剂中具有良好的分散性，并且确保涂料具有较好的分散稳定性。本发明探究了煅烧高岭土的中位粒径、钛白粉的中位粒径以及二者中位粒径之间的差值关系对涂料的影响。
现分别取不同粒径的钛白粉、煅烧高岭土，探究两者之间的粒径差值的关系，具体研究如下表，限定煅烧高岭土与钛白粉之间中位粒径的差值，获得不同编号的组合物，制成涂料并检测其关键指标，工艺中其他参数取中间值。
表4钛白粉D50与煅烧高岭土D50差值对涂料的影响
由上表可以看出不同煅烧高岭土、钛白粉的粒径以及二者粒径差值对最终涂料分散情况的影响，粒径的合理分配能够有效弥补单一超细非金属粉体固有的性能缺陷，形成性能优势互补的超细非金属粉复合体。其中当煅烧高岭土中位粒径在0.1～5μm之间，钛白粉中位粒径在0.1～5μm之间，且煅烧高岭土与钛白粉之间的中位粒径差值不大于2μm时，添加相同量的煅烧高岭土，可有效地改善涂料的涂膜光泽度以及分散性，尤其随着煅烧高岭土的添加量增多时改善更加明显。
实施例5
为了避免因煅烧高岭土和钛白粉的粒度分布范围过宽，而使得两者分配不佳，再者为了减少不同批次涂料产品的性能差异过大，现探究了煅烧高岭土和钛白粉各自的粒度分布。
表5煅烧高岭土和钛白粉粒度分布对涂料的影响
有上表可知，钛白粉的粒径分布满足为：D90钛白粉/D10钛白粉＜10，煅烧高岭土的粒径分布满足为：D90高岭土/D10高岭土＜20，以其组合物作为填料用于制备涂料，由于粒径分布合理，分布均一，制得的涂料白度、光泽度高，具有更广泛的用途。
需要说明的是，本发明由发明人通过大量实验获得，在说明书中只展示其中的一部分，且本领域普通技术人员可以在此数据下理解并实施本发明，钛白粉与煅烧高岭土的质量配比为95％-60％：5％-40％的范围内依然存在上述相同的趋势并可得出相同的结论，具体的实验数据不在赘述。
实验例6
为了进一步提高复合钛白粉的分散性，需要煅烧高岭土与钛白粉之间保持一定的堆密度，同时，作为涂料的填充剂，两者之间的堆密度取值合理能够有效地增强涂料的流变性，利于涂料涂抹均匀，增强涂料的光泽度。
表6钛白粉堆密度与煅烧高岭土堆密度的之比对涂料的影响
注：涂膜光泽度按GB/T9754标准检测涂料光泽度；
流变性(黏度)的测定：将样品置于25℃的恒温槽中,流变仪的温度计与样品同温时,在不同转速下迅速测定其黏度，记录数据。
如表6所示，当钛白粉与煅烧高岭土的堆积密度之比不在1-5之间时，两者比值越大，吸油量相互影响，进而导致涂料的涂膜光泽度明显下降，因此，本发明发现所述钛白粉与煅烧高岭土的堆密度为之比为1-5，效果更优。
实验例7
通常在涂料领域中，颜填料粉体的吸油量主要是针对树脂的吸附，若其吸油量过大，使得在油性涂料中，粉体会吸收大量树脂，造成树脂浪费，增加生产成本，另外粉体吸油量的大小对涂膜的性能影响较大，同时对涂料生产时的粘度影响也较大。
同时，为了避免在不同批次中，因煅烧高岭土、钛白粉吸油量的差异过大，导致吸油不均一，或者导致吸油量波动较大影响涂料的粘度、涂膜光泽度等指标，需要考虑煅烧高岭土、钛白粉二者吸油量的关系。
故以下通过钛白粉的吸油量、煅烧高岭土的吸油量、二者吸油量差值的绝对值这三个参数来证明本发明的有益效果，工艺中其他参数取中间值。
表7煅烧高岭土吸油量与钛白粉吸油量的差值对涂料影响
由上表7可以看出不同钛白粉吸油量、煅烧高岭土吸油量、二者之间吸油量差值的绝对值对最终涂料的粘度的影响，由于涂料在低剪切速率下的黏度越大,越不容易沉淀,贮存稳定性越好,涂料在中高剪切速率下的黏度越低,涂料的施工性越好。本发明发现钛白粉吸油量在15～25g/100g之间，煅烧高岭土吸油量在35～70g/100g之间，且煅烧高岭土与钛白粉之间的吸油量之差的绝对值为20-30g/100g时，涂料在低剪切速率下的黏度较大，涂料在中高剪切速率下的黏度越低，既保证了条的贮存稳定性同时也使涂料具有很好的流动性，便于施工。优选的，煅烧高岭土与钛白粉之间的吸油量之差的绝对值为22-25g/100g时，涂料的流动性更好。
需要说明的是，本发明由发明人通过大量实验获得，在说明书中只展示其中的一部分，且本领域普通技术人员可以在此数据下理解并实施本发明，钛白粉与煅烧高岭土的质量配比为95％-60％：5％-40％的范围内依然存在上述相同的趋势并可得出相同的结论，具体的实验数据不在赘述。
钛白粉可为金红石型钛白粉、锐钛型钛白粉的一种或者两种。作为优选，上述钛白粉选用金红石型钛白粉与锐钛型钛白粉的混合钛白粉，其中金红石型钛白粉与锐钛型钛白粉的质量比为1:2～4.5。在大多涂料配方中，较多地仅采用一种晶型的钛白粉原料，使得钛白粉应用较为单一，在本发明中作为优选的，将金红石型钛白粉和锐钛型钛白粉进行混合使用，产生混晶效应，有利于提高TiO2的催化活性，从而使涂料具有优异的光学吸收性能和光催化性能，可提高相关涂料在太阳能电池、水污染治理、空气净化、室内污染处理等领域应用。
以下结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围内。
实施例1
组方： 金红石型钛白粉 85份
煅烧高岭土 15份
其中，钛白粉的D50钛白粉＝1.0um，D90钛白粉/D10钛白＝5；堆密度为1.0g/cm3；吸油量为20g/100g；
煅烧高岭土的D50高岭土＝0.5um，D90高岭土/D10高岭土＝10；堆密度为0.2g/cm3；吸油量为45g/100g；
将金红石型钛白粉装入温度可控的高混器中，称取处方量的煅烧高岭土，缓慢加入高混器中，搅拌20min，从而得到成品，记为复合钛白粉T1。
实施例2
组方： 锐钛型钛白粉 70份
煅烧高岭土 30份
其中，钛白粉的D50钛白粉＝1um，D90钛白粉/D10钛白＝8；堆密度为0.8g/cm3；吸油量为22g/100g；
煅烧高岭土的D50高岭土＝2um，D90高岭土/D10高岭土＝15；堆密度为0.2g/cm3；吸油量为42g/100g；
将锐钛型钛白粉装入温度可控的高混器中，称取处方量的煅烧高岭土，缓慢加入高混器中，搅拌22min，从而得到成品，记为复合钛白粉T2。
实施例3
组方： 混合钛白粉 60份
煅烧高岭土 40份
其中，混合钛白粉由质量比为1:2的金红石型钛白粉与锐钛型钛白粉组成；
钛白粉的D50钛白粉＝0.5um，D90钛白粉/D10钛白＝10；堆密度为0.6g/cm3；吸油量为18g/100g；煅烧高岭土的D50高岭土＝2.5um，D90高岭土/D10高岭土＝20；堆密度为0.2g/cm3；吸油量为40g/100g；
将混合钛白粉装入温度可控的高混器中，称取处方量的煅烧高岭土，缓慢加入高混器中，搅拌20min，从而得到成品，记为复合钛白粉T3。
实施例4
组方： 混合钛白粉 90份
煅烧高岭土 10份
其中，混合钛白粉由质量比为1:4.5的金红石型钛白粉与锐钛型钛白粉组成；
钛白粉的D50钛白粉＝1.0um，D90钛白粉/D10钛白＝10；堆密度为0.6g/cm3；吸油量为20g/100g；煅烧高岭土的D50高岭土＝3.0um，D90高岭土/D10高岭土＝10；堆密度为0.2g/cm3；吸油量为50g/100g；
将混合钛白粉装入温度可控的高混器中，称取处方量的煅烧高岭土，缓慢加入高混器中，搅拌20min，从而得到成品，记为复合钛白粉T4。
实施例5
按照下列配方配置本实施例的色浆ST1，其中钛白粉采用实施例1的复合钛白粉T1。
将上述组分混合均匀，制备得到涂料，记为ST1。
实施例6-8
采用与实施例5相同的步骤分别制备实施例6-8的涂料，不同之处在于，钛白粉分别采用实施例2-4中制备的复合钛白粉T2、T3、T4，得到涂料ST2、ST3、ST4。
对比例1
按照CN 102031023A实施例1制备等量的复合钛白粉，记为D1。
对比例2
采用与本实施例5相同的步骤制备对比例2的涂料，不同之处在于，钛白粉采用对比例1中制备的钛白粉D1，得到涂料记为SD1。
(1)复合钛白粉性能检测
本发明采用不同粒径、不同堆密度、不同吸油量的煅烧高岭土和钛白粉制备复合钛白粉，先分别对复合钛白粉进行相关性能检测，具体的检测标准如下：
(1)白度的检测按照国家标准GB/T 5950-2008的进行检测
(2)遮盖力的检测按照国家标准GB/T 1726-1979进行检测
(3)吸油量的检测方法按照GB/T 5211.15-1988规定的颜料吸油量的测定方法进行检测。
(4)按照GB/T19587《气体吸附BET法测定固态物质比表面积》进行测量具体结果见表8。
表8不同复合钛白粉的性能测定
(2)涂料产品进行相关性能检测
分别对实施例5-8中制备涂料ST1、ST2、ST3、ST4以及对比例2中制备涂料SD1的进行检测，具体结果见表9、表10：
表9涂料白度、遮盖力、光泽度、黏度检测
表10涂料的涂膜表观检测、贮存稳定性、涂膜耐黄变性检测
注：耐黄变性的检测按照国家标准GB/T 23987-2009进行检测；
涂膜外观的检测方法为：将涂料涂于样板上，放置24h，在散射日光下目视观察，如果涂抹均匀，无流挂、发花、针孔、开裂和剥落等涂膜病态，则评为正常；
涂料贮存稳定性的检测方法为：将约0.5L的样品装入密封良好的储罐中，罐内留有约10％的空间，密封后放入(50±2)℃恒温干燥箱中，7天后取出在(23±2)℃下放置3h，对比贮存前后涂料状态。
从表9以及表10所示的技术指标来看，实施例5、实施例6、实施例7、实施例8所制备的涂料，采用合适粒径钛白粉和煅烧高岭土组合物，并且两者之间的中位粒径之差较小时，两者能够在不同粒径之间能够进行合理排布，使两者之间达到最优的分配，利于复合钛白粉在涂料中的分散，进而弥补了随着煅烧高岭土添加量增加导致的涂料光泽度、分散性下降。同时，钛白粉与煅烧高岭土堆密度之比在1-5之间，两者的吸油量之差的绝对值在20-30g/100g，以其作为填料制备，其中制备的涂料在低剪切速率下的黏度较大,不容易沉淀,涂料贮存稳定性更高，耐变黄性更强；涂料在中高剪切速率下的黏度低,涂料的施工性好。因此，本发明所制备的复合钛白粉在涂料中的综合性能好，完全可以部分单一钛白粉，是一种新型的功能性涂料助剂，同时，煅烧高岭土填充涂料明显降低涂料制品的成本，提高了经济效益，具有极高的应用价值和市场推广前景。
最后需要说明，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而并非限制，尽管参照较佳实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，本领域技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的保护范围当中。

Claims (11)

1.一种应用于涂料的复合钛白粉，所述复合钛白粉包括钛白粉与煅烧高岭土，所述钛白粉与煅烧高岭土的质量比为60%-95%:40%-5%，其特征在于：所述钛白粉的中位粒径满足：0.1 um≤ D50钛白粉≤ 5um ，所述煅烧高岭土的中位粒径满足： 0.1 um ≤ D50高岭土 ≤5um,且D50钛白粉与D50高岭土之差的绝对值ΔD满足：ΔD≤2 um。
2.根据权利要求1所述的复合钛白粉，其特征在于：所述钛白粉与煅烧高岭土的质量比为85%-95%:15%-5%。
3.根据权利要求1或2所述的复合钛白粉，其特征在于：所述煅烧高岭土的粒径分布为：D90高岭土/D10高岭土＜20，所述钛白粉的粒径分布为：D90钛白粉/D10钛白粉＜10。
4.根据权利要求1所述的复合钛白粉，其特征在于：所述钛白粉与煅烧高岭土的堆密度为之比为1-5。
5.根据权利要求1所述的复合钛白粉，其特征在于：所述钛白粉的吸油量为15~25g/100g，所述煅烧高岭土的吸油量为35~70g/100g。
6.根据权利要求5所述的复合钛白粉，其特征在于：煅烧高岭土与钛白粉之间的吸油量之差的绝对值为20-30g/100g。
7.根据权利要求6所述的复合钛白粉，其特征在于：所述煅烧高岭土与钛白粉之间的吸油量之差的绝对值为22-25g/100g。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的复合钛白粉，其特征在于：所述钛白粉可为金红石型钛白粉、锐钛型钛白粉中一种或两种。
9.根据权利要求8所述的复合钛白粉，其特征在于：所述金红石型钛白粉与锐钛型钛白粉的质量比为1:2~4.5。
10.权利要求1-7中任一项所述复合钛白粉制备的涂料，所述涂料由以下重量份数的原料组成：树脂液300~340份，煅烧高岭土和钛白粉组合物330~360份，甲醇58~62份，甲苯42~48份，丙醇12~18份，丁酯15~20份，石蜡1~2份。
11.权利要求1-8任一项所述复合钛白粉在涂料中的应用。
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