钛白粉有机包膜指的是在钛白粉浆液中加入有机处理剂,以物理吸附和化学吸附二种形式吸附在钛白粉颗粒表面,改变钛白粉的表面性质,以改进钛白粉在不同介质中的分散性。
常见的和曾经应用过的有机包膜剂可以分为三大类:多元醇类、有机硅类和有机胺类。
一、多元醇类
多元醇类里面,又以具有新戊基结构的短碳链多元醇为代表,这些醇类的性质极其相似。新戊基结构中,含有平面对称的伯羟基,而且由于存在着偕二甲基结构,在β-位置上没有氢原子,使得其具有很高的化学稳定性和热稳定性,同时,使得这几种有机物既可以溶于水中,又可以溶于大部分的有机溶剂。在气流粉碎的时候,以蒸汽为动力,将它们以气态与钛白粉颗粒接触,当冷凝为液态或固态的时候,这些分子可以牢固的吸附在钛白粉的颗粒表面,表现出和溶剂优异的接触性能。因此,它们可以很好地提高颜料的分散性能。目前应用最广的就是新戊二醇、三羟甲基丙烷和三羟甲基乙烷.
其他的一些早期应用较多的聚乙二醇、季戊四醇等由于应用方面的先天不足,正在慢慢退出有机处理的视线。
1、三羟甲基乙烷(TME)
是一种含有新戊基结构的高性能羟基化合物,具有三个高反应性羟基,它是一种无毒无味,自由流动的白色结晶固体,熔点200~203℃,在水和醇类中均能溶解,溶解度(g/100g 溶剂,25℃)分别为:水中140,甲醇中75.2,乙醇中27.9。
由于新戊基结构能提供优异的稳定性,改进抗热、光、水解和氧化的性能,并具有杰出的耐候性、光泽性和抗化学品性,因此,三羟甲基乙烷被大量的用在了有机包膜处理上,使得产品具有优良的使用性能,再就是其在使用过程中,能够以多种形式加入,热稳定性好。
世界上主要的生产厂家是美国GEO 公司。国外使用的较普遍,国内有少数几家工厂用来生产高档通用级、化纤级等产品。
2、三羟甲基丙烷(TMP)
三羟甲基丙烷的特性相似于三羟甲基乙烷,但由于其碳链长,因此在用于钛白粉的有机表面处理的时候,在水性分散介质中的分散性能不如TME 更为优异,因此,TMP 在金红石钛白粉的有机表面处理领域正在淡出。其次TMP 具有轻微的毒性,也限制了其应用。
世界上的主要生产厂家为瑞典帕斯托、德国朗盛,还有日本三菱、美国塞拉尼斯等等。国内有部分厂家在使用该产品。
3、 新戊二醇(NPG)
新戊二醇是上世纪80 年代后期我国刚开发的精细化工产品之一。通常为白色片状结晶性固体,宜潮解吸潮。新戊二醇可以溶于水,也可以溶于冷乙醇、乙醚、丙酮和溶于热醋酸丁酯、苯、甲苯。良好的溶解性加上新戊二醇具有耐水、耐化学品、耐候性强等特性,因此被用在了钛白粉的有机表面处理上面。
4、季戊四醇(PER)
季戊四醇早期的用途也较广,包括了在锐钛产品中的应用。但如前所述,由于其对应用性能的提高作用并不是很明显,因此目前很难见到其应用了。
5、聚乙二醇(PEG)
由于聚乙二醇既能溶于水,也能溶于很多的有机溶剂,因此,在早期,聚乙二醇被应用于金红石的后处理,作为有机表面处理剂大量使用。聚乙二醇在正常条件下是很稳定的,但在 120℃或更高温度下能与空气中的氧发生氧化作用,加热至300℃时产生断裂或热裂解,而目前后处理气流粉碎的蒸汽温度一般都是300℃以上,因此,使用聚乙二醇作为有机表面处理剂很容易引起产品性能的不确定性,聚乙二醇慢慢在退出有机表面处理剂的领域。
主要供应商为美国的陶氏化学。国内也有少数厂家在使用该产品。
二、有机硅
硅类有机化学品处理后,赋予颜料憎水性而使其表面低极性化,改善颜料在粉末涂料、无油树脂油墨和涂料中的分散性,也可提高其它塑料行业的应用性能,但不推荐用于水系涂料。比较有代表性的当属聚甲基硅氧烷,它可以有效的改善钛白粉在油性介质(包括塑料、色母粒等)中的分散性,提高分散效果。
聚甲基硅氧烷也可以用于粉碎助磨剂使用,但不推荐在通用型产品中使用。
目前全球市场上的有机硅主要有道康宁、美国迈图、日本信越、德国瓦克公司生产,当然,国内也有几家公司生产。
三、有机胺盐
有机胺类的化学品都属于阳离子型表面活性剂。原来用的较多的是三乙醇胺、三甲胺和异丙醇胺。
1、 三乙醇胺
三乙醇胺属于阳离子型表面活性剂,特有的结构使它在用于有机表面处理时,能够赋予钛白粉颗粒较强的正电荷,改善在涂料中的分散性,但在油墨体系和乳胶体系中必须严加注意体系中各种配料的配伍,防止电中和带来的体系的凝聚。
2、三甲胺
三甲胺与三乙醇胺相比,在N 上链接的碳链短,因此其改善非水系涂料中的分散性效果不如三乙醇胺,但也正是这一特点使得它在用于水性体系中时,也可以提高分散性。
3、异丙醇胺
异丙醇胺系列和乙醇胺系列差不多,都是在分子中含有胺基和羟基,都具有胺和醇的化学性质,属烷醇胺类同系物,具有烷醇胺的共性。
对于羟基而言,随着碳原子数的增加,亲水性越来越差,亲油性越来越强,异丙醇胺是异丙醇基,乙醇胺是乙醇基,异丙醇胺的亲水能力不如乙醇胺,但亲油能力比乙醇胺强.因此,异丙醇胺类有机表面处理更适用于油性体系。
异丙醇胺有单异丙醇胺(MIPA)、二异丙醇胺(DIPA)和三异丙醇胺(TIPA),相比之下以二异丙醇胺的使用最多,它可以有效改善钛白粉的分散性,缩短漆膜的干燥时间,并且由于氨基的氢没有被完全取代,所以在水分散和油分散上都能够表现出不错的改善。该系列在国外还曾被用做润湿的分散剂使用。