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专业知识
二氧化钛的表面电荷与分散性
* 来源: 河北麦森 * 作者: * 发表时间: 2015-08-13 15:29:50

  二氧化钛的表面电荷是影响其分散性能的最主要因素之一,利用电斥力来保持二氧化钛在分散介质中的分散稳定性是一个常用而且行之有效的方法。

  纯二氧化钛属于中性至两性氧化物,金红石型二氧化钛的等电点为4.7、锐钛型为6.2,表面带负电荷。但是由于在制造过程中以及在分散介质中吸附离子的影响,常常使二氧化钛带上不同的电荷,其离子类型、浓度高低及水合程度的大小都是影响因素之一,这些因素支配着二氧化钛粒子周围双电层中所持有的电荷数量,也就是ζ电位的大小.

  二氧化钛经表面处理后,可以明显改变二氧化钛粒子表面所带的电荷,因而也影响到二氧化钛在各种介质中的分散性能。通常使用的Al2O3和SiO2表面处理类型的二氧化钛,一般二氧化钛侧带正电荷,包膜侧带负电荷。

  用Al2O3和SiO2包膜时,其Al2O3/SiO2之比是一个重要因素,一般Al2O3/SiO2>1,表面带正电荷,如<1,表面带负电荷,而用TiO2进行表面处理对电荷的影响不大,而且能提高分散性增加树脂的吸附量,Rechmann在研究Al2O3-SiO2包膜对二氧化钛的光泽、消色力的影响时,认为主要是Al2O3/SiO2的比例而不是Al2O3和SiO2的加量多少。用不同Al2O3/SiO2比例进行表面处理后的二氧化钛在水系和非水介质中的分散性能见表3和表4。

  表3 金红石型TiO2在水中的分散性

表面处理  pH
分散度
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Al2O3
×
×
×
×
×
Al2O3>SiO2
×
×
×
×
×
Al2O3<SiO2
×
×
△~○

  表4 TiO2在非水介质中的分散度

表面处理Al2O3/Al2O3+SiO2
非水介质中的分散度/%
混二甲苯
CCl4
醋酸乙酯
正丁醇
丙酮
DMF
甲醇
乙二醇
DMSO
0.3
0.4
0.8
0
0
0
0
0
0
0
0
0
50
0
80
72
20
0
85
90
80
70
65
95
95
95
95
80
80
85

  表面处理不同不仅影响到二氧化钛粒子上电荷的变化,而且还能改变其表面积和等电点时的pH,一般SiO2包膜量多等电点趋向于酸性侧,Al2O3包膜量多则趋向于碱性侧,按照ZnO>Al2O3>TiO2>SiO2的顺序等电点升高,碱性加强,这样制造二氧化钛时,就可以通过改变Al2O3/SiO2比例来获得二氧化钛粒子表面上的电荷变化,从而可以改变颜料的工作特性。表5为不同表面处理类型二氧化钛等电点的变化情况。

  表6和表7为经过不同表面处理的二氧化钛在丙烯酸和水中的电荷变化。

  如果二氧化钛表面所吸附的离子很少或没有,结果粒子呈性,那时的pH就是它的等电点。二氧化钛颗粒在有电荷的存在下,在分散介质中的有效粒径应该是这个粒子本身加上这两层双电层的厚度,金红石型TiO2在庚醇中的双电层经计算大约在1μm左右,如果粒子太小,由于布朗运动的碰撞使粒子接触在一起(或受搅拌、包装挤压的影响),这时范德华引力和静电引力会使粒子凝聚在一起,但增大树脂分子量,颜料颗粒上的电荷就显得不很重要,困为大的树脂分子可以抑制颜料粒子的运动。

  表5 二氧化钛的包膜类型与等电点

序号
包膜类型
Al2O3/Al2O3+SiO2/%
等电点
1
未包膜
 
3.8
2
Al2O3
1.0
8.1
3
SiO2
0
2.0
4
Al2O3+SiO2混合
0.63
6.8
5
Al2O3+SiO2混合
0.63
6.1
6
Al2O3在SiO2
0.64
7.4
7
SiO2在Al2O3
0.66
4.5
8
Al2O3+SiO2混合
0.49
5.1
9
Al2O3+SiO2混合
0.33
2.5

  表6 丙烯酸涂料中TiO2颜料的电荷

二氧化钛的处理
电荷
二氧化钛的处理
电荷
无处理
±
Al2O3-SiO2-Tio2处理
+
Al2O3-TiO2处理
++
Al2O3-SiO2处理
+
Al2O3-SiO2①-Tio2处理

  注:SiO2①为SiO2包膜量多的场合。

  表7 TiO2颜料在水中的电荷

二氧化钛的处理
pH=5(醋酸)
pH=7
pH=9(氨)
无处理
±
- -
- -
Al2O3-TiO2处理
++
±
±~—
Al2O3-SiO2-TiO2处理
+
Al2O3-SiO2处理
+
Al2O3-SiO2①-TiO2处理
+
- - -

  注:SiO2①为SiO2包膜量多的场合.

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