為什么鈦白粉要分這么多規(guī)格?

 如果認(rèn)為油漆中的二氧化鈦顏料，其性能之超卓是由于二氧化鈦含量高所致，那是不恰當(dāng)?shù)?，例如二氧化鈦含量少?0—88％的鈦白粉在高顏／填料含量的平光乳膠漆中的遮蓋效率顯然超過(guò)二氧化鈦含量更高的品級(jí)。

二、光 學(xué) 理 論

1、折射和繞射


       二氧化鈦和其他的白色顏料的遮蓋效率主要是利用光的反射。因?yàn)榘咨伭峡蓮?qiáng)烈地使光線反射或曲折，出現(xiàn)反射現(xiàn)象。如果油漆薄膜中有足夠的白色顏料，則入射漆膜表面的光幾乎可以完全的反射回來(lái)，(除了很少部分是由顏料所吸收之外)于是涂膜就會(huì)呈不透明狀，潔白而光澤。

      光線通過(guò)和繞過(guò)顏料粒子時(shí)，粒子對(duì)光線的折射和繞射造成光線的散射或彎曲。



     圖 1顯示折射現(xiàn)象，其中球形表示二氧化鈦粒子，由于漆膜中顏料粒子及基料折射率之不同、故當(dāng)光線穿越后、必然產(chǎn)生曲折現(xiàn)象。圖2顯示繞射現(xiàn)象。行進(jìn)路線靠近二氧化鈦粒子的光線受到彎曲、而分開(kāi)散射到許多方向。這一現(xiàn)象說(shuō)明顏料在其臨近區(qū)域?qū)獾纳⑸淠芰?shù)倍于其粒子橫截面內(nèi)。





2、折 射 率

      圖3表示兩個(gè)含顏料漆膜的橫切面，演示了折射率的差別怎樣影響光的散射和蓋遮力。在含有高折射率顏料的漆膜中(上圖)光線比在含有低折射率顏料的漆膜中彎曲較多(下圖)，所以射入漆膜之光線所經(jīng)過(guò)的路徑長(zhǎng)度較短，因而不能深入。實(shí)際上兩種漆膜都呈白色不透明狀，因?yàn)槠浣詻](méi)有存在吸收光線的粒子，所以全部入射的光線亦都會(huì)返回表面。然而，如果漆膜厚度如虛線(X)所示，而且放在黑色背景上，那么，含有低折射率顏料的漆膜能使部分光線進(jìn)入黑色背景而被吸收，則漆膜就不會(huì)完全不透明，與白色的漆膜相比較，則呈現(xiàn)灰色。


 光線在漆膜中的行經(jīng)路線

3、為什么要用二氧化鈦

      要了解金紅石型二氧化鈦(Rutile)、為什么在遮蓋上能有這么大的優(yōu)點(diǎn),只需將金紅石型二氧化鈦與銳鈦型(Anatase)二氧化鈦的折射率和其它商用白色顏料以及油漆基料的折射率相比較則可以看出來(lái)(表一)。一般來(lái)說(shuō)顏料的折射率和周?chē)慕橘|(zhì)之折射率差別越大，光線的折射就越大。

表一 油漆制造所使用的某些顏料和基料的折射率


4、干膜平光遮蓋

      很有趣的是，當(dāng)空氣滲入漆膜內(nèi)。如調(diào)制顏料含量高的油時(shí)，基料本身的平均折射率減少，顏料和周?chē)橘|(zhì)之間的折射率差別加大，光線散射增多。室內(nèi)油漆的配制者利用這種效應(yīng)(有時(shí)稱(chēng)為干膜平光遮蓋)，以增進(jìn)二氧化化鈦的遮蓋效率。

5、二氧化鈦粒子大小

      如果要有效地散射光線，二氧化鈦顏料粒子的直徑應(yīng)該略小于散射光線波長(zhǎng)的一半，因?yàn)槿庋蹖?duì)黃一綠光(大約0.55微米)敏感，涂料用二氧化鈦顏料的平均直徑在0.2和0.3微米之間。

6、散射能力和粒子大小

      圖6中的曲線是用很稀的系統(tǒng)，以理論推導(dǎo)出的，曲線表明R型二氧化鈦對(duì)藍(lán)色、綠色和紅色光線的相對(duì)散射能力為粒子大小的函數(shù)。在0.2微米處，各波長(zhǎng)光線散射的總和就增至。當(dāng)粒子增加至0.25和0.30微米之間時(shí)，藍(lán)色光線的散射迅速減少，但綠色和紅色光線的散射卻相對(duì)地不變。在0.15微米處對(duì)應(yīng)于藍(lán)色光線的散射，光譜中紅和綠范圍內(nèi)的光線散射就下降。




7、顏色和粒子大小

     在著色至完全遮蓋的不吸光白色漆膜內(nèi)，改變顏料的粒子大小，對(duì)顏色沒(méi)有影響，因?yàn)榕龅奖砻娴墓饩€全部反射，圖7這樣的一種白色漆膜，用圖解形式說(shuō)明了這一點(diǎn)。藍(lán)光線的波長(zhǎng)和散射光程度短，紅光線的波長(zhǎng)和散射光程度長(zhǎng)，這兩種光線全部反射，視覺(jué)效應(yīng)相同，好象全部光線的光程長(zhǎng)度都相同。



     圖8表示；如果把吸光性顏料(例如炭黑)加入到漆膜內(nèi)，光程較長(zhǎng)的紅光線有較多的機(jī)會(huì)被吸收。反射出的色調(diào)看來(lái)會(huì)更藍(lán)。正如以前所述，隨著二氧化鈦粒徑減小，紅色光線散射則下降，藍(lán)色增強(qiáng)。這樣，在含有吸收光線的物質(zhì)的油漆內(nèi)，減小二氧化鈦的粒子就會(huì)增強(qiáng)藍(lán)色程度。這種現(xiàn)象是散料所固有的，稱(chēng)之為底彩(色相)。



8、顏料體積濃度 PVC

     因?yàn)楦傻挠推崮な且环N三元結(jié)構(gòu)，所以有理由預(yù)料，各個(gè)成份之間的體積關(guān)系，對(duì)油漆性能有重要作用。顏料體積濃度是油漆內(nèi)的全部顏／填料對(duì)整個(gè)不揮發(fā)物的體積比。就白色油漆來(lái)說(shuō)：

      顏料體積濃度％=顏料體積（二氧化鈦+填充料）/（顏料體積+粘合劑體積）*100%

     在稱(chēng)為臨界顏料體積濃度(CPVC)的特定顏料體積濃度百分比時(shí)。油漆的許多物理性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì)會(huì)突然變化?！愣?，臨界顏料體積濃度可以認(rèn)為是剛好有足夠的粘結(jié)劑涂蓋在顏料表面，填充顏料粒子之間的空隙時(shí)的顏料體積濃度。例如光澤、透氣性、多孔性、遮蓋力、著色強(qiáng)度和底彩這類(lèi)性質(zhì)都與顏料體積濃度有直接關(guān)系。

     在典型的商用顏料濃度時(shí)，各個(gè)二氧化鈦粒子開(kāi)始相互接近，如圖 9所示。這種顏料擠塞現(xiàn)象影響圖6中曲線的高度和形狀。



9、散射系數(shù)和顏料體積濃度

      當(dāng)二氧化鈦的顏料體積濃度增加至10％以上時(shí)，由于二氯化鈦粒子的聚使繞射光的散射效率減少。這個(gè)效應(yīng)的結(jié)果會(huì)失去部分不透明度，我們可以通過(guò)在每單位面積的干漆膜中恒定鈦白粉的量(降低漆膜厚度)來(lái)證明，見(jiàn)圖10a。圖10b中的曲線則表示對(duì)干膜厚度在不變的情形之下增加其顏料體積濃度，雖然會(huì)失去部分散射效率，但仍會(huì)增加其不透明度。直到增加至大約25％的顏料體積濃度為止，遮蓋力會(huì)因再加入二氧化鈦而減少，這是由于折射效率降低的速度比高濃度二氧化鈦所能補(bǔ)充的速度快，這個(gè)現(xiàn)象會(huì)持續(xù)到臨界顏料體積濃度為止，在這一點(diǎn)上，由于干膜平光遮蓋效應(yīng)，而使不透明度度再度增加。



10、顏色和顏料體積濃度

     在二氧化鈦的顏料體積濃度增加時(shí)，繞射效率在光譜的紅色部分減少的程度，因而當(dāng)顏料體積濃度增加時(shí)，反射光會(huì)移向較較藍(lán)的范圍處。

11、二氧化鈦表面處理

      防止二氧化鈦粒子在顏料含的系統(tǒng)中擁擠的一個(gè)方法，就是在顏料灰面加上涂膜，表面涂膜作用就像物理性間隔片，保持相鄰的二氧化鈦粒子的問(wèn)隔，使其在顏料濃度增加時(shí)，繞射光的散射效率損耗減至小程度。單位重量或單位體積的由涂層顏料比未有涂層者含有較少的二氧化鈦。而有涂層的的光線散射能力在某些顏料體積濃度高的油漆中也較高。

12、顏色和顏料體積濃度

      在二氧化鈦的顏料體積濃度增加時(shí)，繞射效率在光譜的紅色部分減少的程度，因而當(dāng)顏料體積濃度增加時(shí)，反射光會(huì)移向較較藍(lán)的范圍處。

13、二氧化鈦表面處理

      防止二氧化鈦粒子在顏料含的系統(tǒng)中擁擠的一個(gè)方法，就是在顏料灰面加上涂膜，表面涂膜作用就像物理性間隔片，保持相鄰的二氧化鈦粒子的問(wèn)隔，使其在顏料濃度增加時(shí)，繞射光的散射效率損耗減至小程度。單位重量或單位體積的由涂層顏料比未有涂層者含有較少的二氧化鈦。而有涂層的的光線散射能力在某些顏料體積濃度高的油漆中也較高。

14、顏色、顏料體積濃度和粒子大小 

     粒子大小和二氧化鈦顏料體積濃度的綜合效應(yīng)對(duì)調(diào)色漆的顏色有很大的影響，如圖11所示。也許配色不當(dāng)，多半是由于使用粒子大小不當(dāng)?shù)亩趸佉约?或者沒(méi)有認(rèn)識(shí)到色相（底彩）是隨著二氧化鈦濃度變化而改變，而不是由于著色顏料的不正確組合所致。



15、填充料

     許多油漆除了含有二氧化鈦合基料外，也還有填充劑。這些一般成本低的材料，能發(fā)揮多種功用。在顏料含量高的油漆中高于臨界顏料體積濃度，填充劑有助于干膜平光遮蓋。在顏料含量中等的油漆中（低于臨界顏料濃度），粒子的大小類(lèi)似二氧化鈦的填充劑，有著實(shí)質(zhì)空間的作用，可以增加二氧化鈦的遮蓋效率。粒子大的填充劑會(huì)形成類(lèi)似“窗”的作用并減少遮蓋率。轉(zhuǎn)載：鈦白視界