提高二氧化鈦（TiO2）顏料使用效率：優(yōu)化涂料白度和遮蓋力的方法

二氧化鈦TiO2（鈦白粉）是一種白色顏料，主要賦予涂層白度和遮蓋力。由于其優(yōu)異的光學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性，使其被廣泛應(yīng)用于涂料、塑料、紙張和化妝品等領(lǐng)域。TiO2的密度很高，當(dāng)批量系統(tǒng)的使用二氧化鈦顏料時，在按體積計算價格時顯得較為昂貴。因此，提高TiO2的使用效率具有重要的經(jīng)濟意義。

粒子的散射

在涂層中，分散在粘合劑基質(zhì)中的顆粒會改變光的方向，當(dāng)顆粒和介質(zhì)的折射率“n”不同的時候，就會發(fā)生這種現(xiàn)象，稱為散射。散射導(dǎo)致了涂層的白色和遮蓋力。

要獲得白度的先決條件是顆粒不吸收可見光。二氧化鈦TiO2符合這一要求。

被粘合劑基質(zhì)包圍的顆粒在涂層中的散射光

一些關(guān)鍵屬性決定了粒子的散射效率

首先，當(dāng)顆粒和基質(zhì)的折射率差異Δn = np – nm較大時，散射強度較高。用于涂層的粘合劑的折射率約為1.6。二氧化鈦TiO2被優(yōu)選用作散射源，因為該顏料具有高折射率，這取決于顏料的晶體結(jié)構(gòu)。

其次，對于特定的光波長 λ，存在最佳粒徑。粒子“d”的直徑應(yīng)接近光波長的一半。

這意味著直徑約為280 nm的金紅石型二氧化鈦TiO2顆粒能最有效地散射波長約為380 – 700 nm的可見光。

用于涂料的兩種TiO2顏料的關(guān)鍵性能

優(yōu)化二氧化鈦顏料的散射效率

在選擇了合適的TiO2二氧化鈦顏料（根據(jù)晶體結(jié)構(gòu)和顆粒尺寸）之后，可以采取若干措施來最大化提高昂貴的TiO2顏料的效率。

首先，在分散過程中，必須盡可能地將初級顏料顆粒分開。此外，為了防止絮凝，必須使用分散劑穩(wěn)定顆粒。

分散過程：介質(zhì)中固體顆粒的分離和穩(wěn)定

通過改進分散過程和/或改變分散劑的類型，通常可以節(jié)省相當(dāng)多的成本。

其次，TiO2二氧化鈦顆粒均勻分布在整個系統(tǒng)中也很重要。這被稱為間距。防止擁擠（即間距不足）的一種方法是使用合適的填料。填料顆粒將填充二氧化鈦TiO2顆粒之間的空間并充當(dāng)間隔物。為了讓填料提供間距，填料顆粒必須很小，優(yōu)選顏色較淺的填料。

另一個可用于獲得最大散射能力的概念是使用具有后處理層的二氧化鈦TiO2顆粒。比如Chemours公司的科慕6300鈦白粉（Ti-Pure™ ｓｅｌｅｃｔ TS-6300），這款鈦白粉顏料由經(jīng)過厚厚的氧化物層后處理的金紅石二氧化鈦TiO2核組成。TiO2核的直徑在300nm范圍內(nèi)，整個顆粒的平均直徑為530nm。厚厚的氧化物殼提供了間距，TiO2核不能彼此靠近，因為后處理層的存在，可以防止這種情況發(fā)生。