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标线涂料使用钛白粉的类型和要求
发布时间:2016-1-6  阅读次数:1608  字体大小: 【】 【】【

 标线涂料最初常用的白色颜料有锌白和锌钡白等。由于有些合成树脂涂料聚合度较大,若加入锌白,则因锌白有碱性,与涂料中的游离脂防酸作用而有变稠的倾向;若加入锌钡白,则耐候性差。但是使用了钛白粉就可以改善上述缺点。因为钛白粒子细小而均匀,光化学稳定性高,在遮盖力方面,金红石型钛白粉是锌白的7倍、是锌钡白的5.56倍;锐钛型钛白粉是锌白的5.57倍、是锌钡白的4.3倍;在消色力方面,金红石型钛白粉是锌白的8.3倍,是锌钡白的6.25倍,锐钛型钛白粉是锌白的6.4倍,是锌钡白的4.8倍。在使用效果方面,1t钛白粉至少相当于4t锌钡白;在使用寿命方面(指室外抗粉化性),用钛白粉作颜料的涂层比锌钡白作颜料的涂层高3倍。因此,使用钛白粉可以大大降低整个标线涂料中颜料的用量,同时制成的涂料色彩鲜艳、不易泛黄、耐光、耐热、耐磨、耐候、耐碱、耐硫、耐稀酸。正是由于钛白粉具有比锌白、锌钡白更优越的性能,以至在上世纪八十年后成为标线涂料生产中必不可少的最好的白色颜料。

  目前钛白粉用量占白色标线涂料用颜料总量的98%以上,在标线涂料原材料成本中占到15%~25%。

  1.2钛白粉在标线涂料中的作用

  所有标线涂料都是由基料、颜料、填料、溶剂和助剂等组成。在施工过程中,将其涂布在道路表面形成一层坚韧的涂膜,对道路起到装饰和防护的作用。标线涂料中的钛白粉具有一定的遮盖力,它不仅能遮住被涂物面原来的色彩,还能赋于涂膜鲜艳的色彩,达到美观和装饰的作用。同时钛白粉与固着剂紧密结合融成一体,能增强标线的机械强度和附着力,防止裂纹和变形,并且能增加标线的厚度,防止紫外线及水分等的穿透,提高标线的耐老化性能,并能延长标线的使用寿命。

  2标线涂料使用钛白粉的类型和要求

  2.1金红石型钛白粉用于标线涂料

  自然界中存在着三种结构晶型的钛白粉,即金红石型、锐钛型和板钛型。由于板钛型钛白粉晶型极不稳定,因此适于涂料生产的钛白粉只有金红石型和锐钛型两种,且皆为四方晶型。它们具有稳定的物理、化学性能,而且颜色纯白,颗粒细小,折射率高。从锐钛型和金红石型钛白粉性能指标的对比,无论是结晶形状、折射率,还是着色力、荧光性指数,金红石型钛白粉都优于锐钛型钛白粉。

  由于标线涂料一直处于四季不同的自然条件下,对其抗老化和耐候性要求较高,锐钛型钛白粉没有经过后处理,不符合其使用条件和质量的要求,只有经过后处理的金红石型钛白粉才能适合标线涂料的应用工况。因此,金红石型钛白粉在标线涂料生产中被广泛地采用,并显示了较优越的性能和无可替代的作用。

  2.2标线涂料对钛白粉的质量要求

  在标线涂料的生产和加工中,不同类型的标线涂料产品对钛白粉的质量要求也各不相同。实践证明,金红石型钛白粉具有较理想的应用性能,可广泛用于各种类型的标线涂料的配制和生产。此外,在不同的标线涂料生产过程中还要依据各类标线涂料的具体特点和要求2.3各种标线涂料选择不同性能的钛白粉目前常用的标线涂料按施工方式分类主要有两种:一是水性标线涂料,二是是热熔标线涂料。

  2.3.1水性标线涂料。

  水性标线涂料依据的是油水相斥的原理,所用树脂连结料除了要具有良好的抗乳化性能外,还要有优良的憎水性,否则,水性涂料易乳化;另外,长期置于户外的标线涂料,要求其配制用的钛白粉必须具有良好的耐光性和耐候性,否则标线就会变黄或粉化。

  2.3.2室内停车场所等使用的标线涂料。

  为了使其色彩鲜艳、美观,都先用地坪涂料打底,然后再进行彩色涂料进行施工。为此要求钛白粉必须具有优良的着色力和遮盖力。

  2.3.3对于热熔性标线涂料。

  热熔性涂料是目前用途最广的一种,由于其施工时烘烤温度在180-220℃左右,且烘烤时间较长。因此,热熔性标线涂料中的钛白粉必须具有优良的耐热性,否则,标线涂料在高温烘烤中就会变黄,失去光泽,严重时还会造成印标线开裂。

  因此,根据不同类型的标线涂料及不同适用性的要求,合理选用钛白粉是制造优良白色标线涂料的关键。综合标线涂料用钛白粉的质量要求,主要有以下几点:

  ①白度好,耐久不泛黄,能使的颜色在各种环境下保持鲜艳、光亮;

  ②润湿性好,易研磨;

  ③粒径要小且粒度分布要狭窄,易均匀分散于标线其它原料中;

  ④遮盖力强,着色力好;

  ⑤耐候性、耐热性好,化学性能稳定;

  ⑥抗水性好,使用寿命长。

  3钛白粉质量对标线涂料影响因素

  钛白粉在各种类型的标线涂料生产制造中,用量比例相对在2.5%~5.0%之间,有的甚至更大。但由于钛白粉本身的性质决定了它对其较大的作用,因此,钛白粉品质对标线涂料的质量是至关重要,绝对不能马虎对待。

  3.1对标线涂料白度的影响

  3.1.1钛白粉中的杂质对标线涂料白度的影响。

  一般来说,如有微量的铁、铬、钴、铜等杂质混入钛白粉中,制备的标线涂料会产生色偏,白度会降低。这是由于钛白粉中的杂质离子,尤其是金属离子,使钛白粉的晶体结构扭曲,失去了对称性而造成的。金红石型钛白粉对杂质更为敏感,如氧化铁在金红石型钛白粉中的含量大于0.003%时就会呈现出色彩,而其在锐钛型钛白粉中的含量大于0.009%时才会产生显色反应。因此,选择精细、杂质含量低的金红石钛白粉是生产高品质的标线涂料非常重要一个环节。

  3.1.2钛白粉颗粒的形状、大小和粒度分布对白度的影响。

  优质的金红石钛白粉颗粒外形光滑、无棱角,若使用颗粒表面带棱角的钛白粉,会大大消弱对光的反射作用而降低标线涂料的白度。钛白粉粒子的平均大小应控制在0.2~0.4μm,即相当于可见光波长1/2左右,才可以获得高散射能力,使其颜色显得更白。当粒径小于0.1μm时,晶体是透明的;若粒径超过0.5μm,就会降低颜料对光的散射能力,影响标线涂料的白度。为此,要求钛白粉的颗粒粒径大小适宜、粒度分布均匀且较窄,才能显示良好的白度。

  3.2对标线涂料遮盖力的影响

  3.2.1钛白粉的晶体结构对标线涂料遮盖力的影响。

  钛白粉晶体自身折射率的高低会直接影响标线涂料遮盖力的大小。通常,钛白粉的折射率在白色颜料中是最好的,制备标线涂料时,应多选用折射率高的金红石型钛白粉,以增强标线涂料的遮盖力。

  3.2.2钛白粉的颗粒大小、颗粒结构及分散性对标线涂料遮盖力的影响。

  通常,在大于可见光波长1/2的范围内,粒径越小,颗粒表面越光滑,钛白粉在树脂连结料中的分散性越好,其遮盖力也就越强。由于钛白粉自身有明显的晶体结构,所以其折射率比展色剂大,且两者的折射率相差越大,所用钛白粉的遮盖力就越强。实践证明,金红石型钛白粉比锐钛型钛白粉的遮盖力好,所以,在标线涂料生产制造中的应用更为广泛。

  3.3对标线涂料着色力的影响

  钛白粉着色力取决于钛白粉对可见光的散射能力,且其对标线涂料的着色力有直接影响,散射系数越大,着色力越强;钛白粉的折射率越高,着色力也越强。钛白粉在白色颜料中是折射率最高的产品,且金红石型钛白粉的折射率比锐钛型钛白粉还要高。因此,生产标线涂料一定要选用钛白粉要选择散射能力强且折射率高的金红石型钛白粉。

  3.4对标线涂料分散性能的影响

  钛白粉颗粒形状及光反射是否均匀,直接影响钛白粉的分散性能。如果钛白粉颗粒表面光洁、反射均匀,其分散性就好,所制备的标线涂料光泽度和白度也较好;反之,颗粒表面粗糙,漫反射增加,就会大大降低光泽度,分散性也差,直接影响标线涂料的白度和施工的性能。为此,所用的钛白粉必须进行表面后处理方可作为标线涂料来使用。

  综上所述,随着国内高速公路的快速发展和品质的不断提升,标线涂料的市场需求量将日趋增大,作为标线涂料使用中非常重要的白色颜料,钛白粉的许多性能和作用是其他任何材料不能且不可替代的。因此,金红石型钛白粉在标线涂料中的使用量将逐年增大,市场应用前景将非常广阔。

  4生产标线用钛白粉生产工艺及技术的优化

  针对钛白粉在标线涂料的重要作用和要求,我们进行了标线涂料专用钛白粉的研发,对钛白粉生产技术和指标作了专门改进和调整,特别是从生产原料开始进行了生产条件和工艺的整体优化。主要体现在以下方面:

  4.1除去钛白粉中杂质含量改善和提升产品的白度

  4.1.1从原料选择上降低杂质的影响。

  由于目前国内钛白粉生产工艺主要是硫酸法为主,为立足国内实际情况,我们选择将生产钛白粉的主要原料用高品位的钛碴代替了低品位的钛铁矿,从源头上来充分控制和降低原料中杂质对白度的影响。

  4.1.2增加精滤工艺除掉不溶性杂质。

  硫酸法生产钛白粉,由酸解工序浸取得到的是浑浊不清的钛液,其中颗粒较小的主要是一些胶体杂质;其中胶体杂质主要是硅酸铝酸盐等,因而具有较高的稳定性。解决的办法是用带负电荷的改性的聚丙烯酰胺胶体进行电性中和,使胶体粒子凝聚沉降而除去。但是由于胶体沉降是不够完全,经过除去硫酸亚铁的过滤后,仍有一些胶体穿滤而存在于钛液中,只有再用带有木炭粉为助滤层的板框压滤机进行精过滤,直到检测滤液的澄清度合格为至,以尽可能来降低不溶性杂质对白度的影响。

  4.1.3调整工艺指标消除含铁杂质。

  在钛白粉生产工艺中,非钛中杂质最多的是铁及其铁系物质,铁系物并以二价和三价两种状态存在。除用传统工艺的结晶和水洗工艺外,重点对漂白工艺进行调整:适当加入的磷酸以降低铁的微量值,保证进入转窑煅烧的偏钛酸中铁的含量控制在30~40ppm以下,以进一步降低铁对其影响来提高产品的白度。

  4.1.4优化工艺除去微量重金属杂质。

  由于一些带色的重金属杂质元素(含某些稀土元素),能发生水解反应生成带色的沉淀物混于偏钛酸中,最终影响产品纯度和白度,对金红石型钛白粉影响更大。在优化硫酸法生产工艺中,在漂白和盐处理等工序偏钛酸中加入三价铝,来消除部分微量重金属杂质,以提高产品白度。

  通过提高员工的素质和责任感,加上采取以上的一系列清除杂质的技术措施,并采用严格工艺控制和操作规程,加强班组管理,以达到生产精细化,从生产和技术上是完全可以降低杂质含量,提高钛白粉的白度。

  4.2运用超微技术控制钛白粉的粒度和粒径分布

  为适应标线涂料领域和行业快速发展,在传统的钛白粉生产工艺上,结合企业的实际状况,开发了钛白粉后续加工——超微粉碎技术和生产工艺,创新了钛白粉的后续处理生产技术条件,采取提高汽流粉碎工况指标、适当优化气固比和加大粉碎强度等方式,生产的钛白粉比传统产品在粒度和粒径分布上有新的突破。经过我公司生产装置后续加工的钛白粉产品指标如下表一:

  4.2.1钛白粉后续加工处理的基本工艺。

  在传统的钛白粉生产工艺中,增加了后续加工处理。再将雷蒙机粉碎后的钛白粉加去离子水配制成一定浓度的浆料,加入定量的助磨剂调节好浆料浓度,经过振动磨和砂磨进行超细研磨,浆料再经过特殊的分散分级后,进入板框进行压滤洗涤和干燥机脱水,最后进行超细汽流粉碎机进行粉碎(粉碎的工况为过热中压蒸汽),以达到超细微钛白粉成品。

  4.2.2超细钛白粉产品的主要特点。

  4.2.1增加了振动磨和砂磨机进行研磨和分散分级,加入少量助剂,提高了产品分散性;

  4.2.2避免了传统机械粉碎后产品的铁含量提高;

  4.2.3采用粉体最先进的超微粉碎技术来加工钛白粉;对钛白粉无任何污染和对金红石包膜表面不会被破坏;

  4.2.4提高了产品的亮度和消色力,整个钛白粉品质得到了提升;

  4.2.5保证了特殊行业和产品对钛白粉技术的要求,扩大了应用领域。

  4.3运用特殊包膜工艺改变钛白粉应用性能

  金红石钛白粉生产后处理最核心生产工艺是表面处理,即包膜工艺,它是关系到产品优劣的重要环节,是标线涂料用钛白粉最重要性能的生产工序。为保证高品质的产品,对包膜工序我们采取了以下技术措施来提升产品的品质。

  4.3.1采用二元和多元的无机包膜工艺。

  目前金红石钛白粉传统的生产工艺应用较多的无机包膜剂有硅、铝等化合物,其中近年采用的锆铝包膜是一种具有较高光泽度且耐候性较好的包膜方式,锆包膜所形成的水合氧化锆以羟基的形式牢固地键合在TiO2表面,其比表面积及表面活性大、吸附力强,能提高TiO2基体与包膜层之间的结合力,同时显著掩蔽TiO2晶格表面的光活性基团,提高其光泽度和耐候性;然后再在其上包一层致密的氧化铝膜,氧化铝膜能够反射大部分紫外线,从而提高了抗粉化性和耐候性。

  二氧化钛颜料在工业中最重要的作用,在于利用它被分散到介质中的不透明性能,从而达到遮盖的效果。只有通过对钛白粉制备成下游标线涂料产品,通过其使用和检测才能对其应用进行有效的评价。

  根据标线涂料对钛白粉的质量要求和特点,结合我们从事钛白粉生产多年的经验,开发了一种既有高光泽度又有高遮盖力的钛白粉后处理包膜生产方法,以适用标线涂料高品质的质量要求。

  一般钛白粉生产都是采用微正压的外加晶种,在水解控制得到粒径分布窄的产品,在煅烧时要求得到钛白粉落窑品的油相灰度色调(SCX)在3.0-3.5之间,外观干粉油相白度L值在95.0以上。通过生产试验得知,研磨工序的砂磨机的研磨强度对产品的SCX影响很大,从而会影响钛白粉成品的光泽度。为了能达到SCX高的要求,工厂对现有的生产工艺作了专门的调整:将两套砂磨机和旋流分级器组合采取串联方式,以进一步来强化研磨效果。由于TiO2颗粒的粒径较小,本身呈严重的凝重状态,为了提高包膜质量,必须将其分散成单颗粒状态,才能使每个TiO2粒子表面包膜均匀,所以在打浆湿润工序时加入硅酸钠进行分散。在无机表面处理中,只采用一种表面处理剂,对TiO2耐候性、亮度、白度等性能的提高是有限的,在生产过程中总是应用两种或两种以上的表面处理剂进行二元或多原包覆。通过对比分析,采用了锆、铝两种表面处理剂进行二元包膜。锆包膜可以提高产品的光泽度和耐候性,而铝包膜不仅提高产品的分散性和耐候性,还能大量反射紫外光线从而提高产品的抗粉化性和光泽度。

  另外,根据标线涂料产品的特点,通过反复试验,采取了重度包膜方式还适当调整无机包膜剂的用量,来进一步改善钛白粉的部分应用指标,这对标线涂料产品性能改善有较大的帮助,同时从另一方面还可以适当优化钛白粉产品的性价比。

  4.3.2使用有机包膜剂改善钛白粉性能。

  有机表面处理剂可以有效改善钛白粉在溶剂中的表面能、表面润湿性、电性和分散性能等,产品目前主要有偶联剂、高级脂肪酸、不饱和有机酸及有机硅等。近年使用性能比较好的是有机硅表面处理剂,有机处理剂除对钛白粉的加工性能指标有很大的改善外,对于钛白粉的一些通用颜料指标也有极大帮助。大量应用实例证明,通过有机处理剂对钛白粉的分散性、遮盖率、白度、吸油量等颜料指标也有较明显的提高,在标线涂料使用钛白粉后的应用效果明显。

  随着国内钛白粉行业产能的快速增长,行业内部竞争也日益加剧,钛白粉有机处理技术的应用成为一种发展趋势。针对钛白粉在标线涂料的用途,选择合适的有机处理剂,缩小国内产品与进口产品之间应用性能的差距,增强国内钛白粉企业的竞争力,特别是与市场接轨生产一些有针对性的专用钛白粉产品,有效地避免同质化产品的竞争,是广大国内钛白粉企业急需解决的问题和发展方向。

  5结语

  为替代进口钛白粉,生产高性能、高品质的的标线涂料专用型钛白粉,通过一些举措对钛白粉部分生产工艺进行适当的优化和调整:主要是从源头的原料开始,保证酸解工序采用高钛渣代替低品位的钛铁矿,使钛白粉产品中带入杂质离子更少,以提高了产品的白度;在水解工序采用微正压外加晶种的水解方式能很好的控制粒径,使粒径分布在一个比较狭窄的范围内,对提高标线涂料产品高的遮盖力和高光泽度提供有利条件;采用锌盐作为盐处理剂,以保证煅烧强度降低,使落窑品不至于烧结影响到钛白粉产品的颜料特性;再是对包膜前的落窑品要求有高的SCX,其次良好的分散性;在后处理工序的生产中,加强研磨强度也是必须考虑的因素,在关键包膜工序时,采用包覆致密的氧化锆、氧化铝膜提高了产品的光泽度,以此制得的钛白粉产品既能达到高的遮盖力也能满足高的光泽度;最后通过超细微粉碎技术和有机包膜剂使用,我们生产出来的标线涂料专用型钛白粉产品在白度、遮盖力、光泽度、粒度分布等应用性能方面表现出明显的优势,完成可以替代进口同类型钛白粉产品,同时专用钛白粉的性价比更加突出,完全可以满足高端标线涂料的高品质要求,可以广泛应用于国内的标线涂料等行业,完全可以适用高速公路对高端标线涂料高品质、快速发展的需要。锐钛型钛白粉

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