简

　介 介——钛白粉在塑胶工业的应用 ??? 钛白粉乃是目前塑胶工业上最重要的白色颜料。它之所以被广泛的使用，是因为当其掺入塑胶制品时，它可有效地散射可见光而赋予白度(whiteness)，亮度(brightness)和不透明度(opacity)。即使在最严苛的处理条件下，它都具有化学惰性，不可溶性和热稳定性。

　??? 市面上各种品级的钛白粉，很少是纯二氧化钛的。大部分是经过沉淀或机械掺合之无机（少部分）处理而在二氧化钛微粒表面形成沉积层，诸如铝和矽等之无机物表面处理将可使颜料有一种或多种重要的性能的改进，如遮盖力、分散容易性、耐候性和抗褪色性。有机物的表面处理可使颜料在特定的塑胶应用中皆有最大的使用价值；而研发不同品级的钛白粉以满足不断变换需求的塑料工业，乃是我们的持续研究的目标。

　??? 本网站提供的资料可作为您适用 Ti—Pure? 二氧化钛（俗称钛白粉）于塑胶中的指引。主要描述了二氧化钛颜料的性质和功能，适宜作为新进者的入门指引，也可作为经验者的参考资料。

　?? ，，介绍钛白粉的品级，在塑胶系统中当作白色颜料的功能和 TiO 2 钛白粉影响最后产品品质的特性。和以及提供如何为特定用途选择适用的 Ti—Pure?钛白粉品级。

　?? 我们将不断增加内容，随时编入最新的资料以改进本网站。然而任何资料都无法取代和杜邦供应商及技术服务人员直接且个别的接触。

　如您需要更多详细资料，请。

　??? 杜邦在诸多钛白粉的制造厂商中以生产产能、产品品质和售后服务领先群伦。身为全球性 Ti—Pure?二氧化钛颜料的供应者，杜邦誓言在这些领域保持领导的地位。

　不同于有色颜料以光线的吸收来产生不透明性（OPACITY），钛白粉和其他白色颜料乃是以光线的反射产生不透明性。这种、反射性是可能的，因为白色颜料可强烈地散射（SCATTER）或偏折(bend)光线。如果一个系统中含有足够的颜料，则所有照射其表面的光线，除了少部分被树脂或颜料吸收外，其余均被反射出去，而使得此系统显得不透明和白色。光的散射乃是由光穿过颜料离子和经过颜料离子附近所发生的折射(refraction)和绕射(diffraction)而形成的。

　折射和折射系数（ Refractive Index ）

　图 1 光线对球体的折射 ???? 折射以图 图 1 1 来表示。圆球表示浮悬于低折射系数之树脂中的二氧化钛微粒。当光线通过二氧化钛微粒，变发生曲折，此乃因光在高折射系数的二氧化钛微粒内行进的速度远慢于光在低折射系数树脂中的行进速度。为了要图解颜料折射系数差异如何影响不透明度，让我们来检视两片白颜料薄膜的截面（cross-section），如图 图 2 2。

　图 2 光在白色薄膜中进行的途径 ??? 在上半部的图中，含高折射系数颜料的薄膜中，光的曲折比在含低折射系数颜料的薄膜大，因此，光走的路径较短且没有穿透的那么深。着两个薄膜都显得白色且不透明，因其没有吸光粒子，且实际上所有的入射光都返回表面。然而若在一个较薄的薄膜中（图2 底部），图左中含高折射系数的颜料的薄膜仍然显现白色及不透明，而图右中含低折射系数颜料的薄膜则容许少量的光线完全通过，而为黑色背景所吸收。这薄膜就无法完全不透明，且和白色薄膜相较之下显得灰色。???

　折射系数和散射强度（Scattering -power ）

　??? 要了解为何钛白粉，尤其是 R 型的，能提供如此优异的遮盖力，只要比较 R 型钛白粉的折射系数和 A 型钛白粉的折射系数即可知。其他的商用白色颜料和塑胶树脂的折射系数如表 1。

　表 1 部分白色颜料和普通塑胶的折射系数

　白色颜料 折 折 射 率 率 塑? ?

　胶 折 折 射 率 率 R 型 TiO2 2.73 聚苯乙烯 1.60 A 型 TiO2 2.55 聚碳酸树脂 1.59 氧 化 锑 2.09-2.29 SAN 聚丙烯腈苯 1.56 氧化锌（锌氧粉）

　2.02 聚? 乙? 烯 1.50-1.54 碱性碳酸白粉 1.94-2.09 压? 克? 力 1.49 锌 钡 白 1.84 聚氯乙烯 1.48 粘??? 土 1.65

　 矽 酸 镁 1.65

　 重 晶 石 1.64

　 碳 酸 钙

　1.63

　 矽??? 土 1.41-1.49

　 通常，二氧化钛分散后颜料的折射系数和其所处的塑胶基质（plastic matrix）的折射系数间之差距愈大，光的散射越大。

　射（Diffraction ）和 TiO2 微粒的大小

　??? 绕射为影响颜料对光散射的程度的另一个因素，以图 3 来表示之。

　图 3 用液体剪切力来达成缩小 ??? 这个现象显示出，颜料散射周遭临近区域的光线的能力，数倍于颜料本身的截面的光线的吸收能力。为了使光线有效地散射，颜料粒子的直径应略小于所散射光线的波长的 1/2。因为眼睛对黄绿色之光最为敏感（大约 0。55 微米波长），市面上用于塑胶之钛白粉之直径平均介于 0.2 至 0.3 微米之间。

　??? 光散射成因之一的绕射，乃受到粒子的位置和颜料平均粒子大小的影响，若粒子过大或布的太密，将减少绕射的发生。若颜料微粒过小，则光线"看"不到那个粒子。???

　粒子大小和散射强度（Scattering Power ）

　??? 图 4 中的曲线乃于-非常稀薄之系统中以理论推导而得，显示出，R 型钛白粉对蓝光、绿光和红光之相对散射强度乃是钛白粉粒子的函数。约在 0.2 微米处，各波长之散射总和为最大。当粒子直径增加至介于 0.25 微米和 0.3 微米之间时，蓝光的散射效果锐减，而此直径对应至蓝光仍没有多少改变。在 0.15 微米处，此直径对应至蓝光的极大散射，而对红光和绿光波长范围的散射则明显的下降。

　 图 4 光相对散射效率对 R 型粒子大小的关系 粒子大小对制品颜色的影响

　??? 在一不吸光，白色又已掺入颜料而还完全不透明的塑胶中，钛白粉粒子的大小对颜色没有什么影响，因为，所有撞声其表面的光皆完全地反射出去。在图 图 5 5 中，以横截面之观点来说明之。

　??? 图中，有最短波长及最短散射路径的蓝光和有最长波及最长散射路径的红光皆完全反射，其视觉效果都是一样的，彷佛所有光的行进路径都是一样长的。

　图 5 白色塑胶对光的散射

　??? 对一个半透明的白色薄膜而言，颜料粒子的大小，对传透光的颜色（transmitted color）及反射光的颜色（reflected color）都有影响。考虑透过（transmitted）的色光，当粒子缩小时，大部份的蓝光被反射，而有更多的黄光被传达室透过去。基于此，如果想让蓝光传透过去，颗粒大的钛白较颗粒小的钛白粉更为适用。

　??? 如果把一种吸光颜料，如碳黑，加入含钛白粉的塑胶中， （如图 6 6 ），则波长较长的戏光被吸收的机率较大。在这种情况下，缩小钛白粉粒子之大小会降低红光的散射而提高色度，这种现象是光对颜料散射的固有特性，称为底色（unertone）。

　图 6 在白色塑胶中光的散射和吸收 在塑胶应用中，钛白粉是较受欢迎的颜料，因其在低颜料含量下，可提供最佳的散射效果。除了光学性质外，其他重要的产品特性，亦可决定 钛白粉等到级，以适用于特殊的用途。一些重要的产品特性将在本章予以讨论。

　光学性质（ Optical ）

　 ??? 在选择应用钛白粉时需用考虑适应力，着色强度，底色和色泽（color）等到基本的光学性质。白色颜料的适应力和着色强度显示其对光的散射效率，适应力显示白色颜

　料使用权塑胶系统不透明的能力，而着色强度则显示白色颜料对有色塑胶系统所提供的白度（whiteness）和亮度（brightness）。因为较容易度量，着色强度最常用来表示白色颜料的光散射效率。为度量相对着色强度，在每公克钛白粉试品中掺入 0.008 公克碳黑，使用权用这种混合的黑色颜料组群（Master batch）分散塑胶之中，其所产生之灰色塑胶制成均匀，不透明的塑胶片（sheets）或模制碎片（molded chips）。有最大光散射效率的钛白粉试口可提供最浅的灰色和最佳的光反射性。

　??? 钛白粉的底色（UNDERTONE）对于着色的色泽具有影响。底色因钛白粉微粒大小而不同，它无法以干革命粉末或白色塑胶的外观来评定之。底色通常被叙述为，用三滤镜分光仪（three filter colorimeter）所度量出在灰着色中（gray tint）蓝色对红色反射比。（底色=蓝反射/红反射）。受过训练的观察者可看出灰着色中 0.01 差异的底色。

　???? 在某些透明性应用于中，传透光（transmitted color）之外观（appearance）至为重要。含水量小颗粒钛白粉品级的白颜料和类似产品含水量大颗粒钛白粉者相较之下，其传透外观较为黄，因而在某些产品的制造，如粗胶瓶、灯罩等等，中性或黄底色的钛白粉品级较受喜用。在配色时，使用正确底色的钛白粉对精确配色而言，至为重要。这种底色差很难用颜料的颜色来补救。

　??? 当单独使用钛白粉于-全然无色的塑胶系统中时，其颜色不钛白粉之外观，和底色完全没有关系。大部份应用的钛白粉品级在颜色上不会有明显的变化，然而，下列因素会导致低劣的颜色：

　 污染（contamination）

　 钛白粉和树脂或添加剂（additives）的反应

　 热安定性（heat stability）失效

　??? 颜色（color）和底色（undertone）有时令人混淆不清。需注意，上述任何一种状况都可能导致蓝底色的钛白粉呈现黄颜色。粒子大小不同的钛白粉口级而有相同颜色者并百不寻常。亮度（brightness）（=绿反射(green index)）和黄度系数（yellowness index）[=100×（红反射-蓝反射）/绿反射]乃用以描述白塑胶系统之颜色之最常用词。

　分 散 性 （ Dispersion）

　）

　??? 由 于 库 存 或 包 装 所 形 成 的 钛 白 粉 结 块 （ clumps）

　（ 聚 积 物 和凝 结 块 ），在 分 散 搅 拌 后 形 成 钛 白 粉 和 树 脂 的 均 匀 混 合 物 。良 好 的分 散 性 不 仅 可 消 除 最 后 产 品 中 之 斑 点 （ speaks）

　和 （ streaks）

　之现 象 ，且 可 保 证 有 最 大 光 散 射 效 率 。在 选 择 钛 白 粉 品 级 和 分 散 过 程时 ， 下 列 三 点 需 特 别 注 意 ：

　 钛 白 品 级 的 分 散 性 因 制 造 程 序 而 有 不 同 。

　例 如 ， 经 无 机 氧 化物 表 面 处 理 的 钛 白 粉 品 级 通 常 较 末 处 理 的 品 级 易 于 分 散 于 液体 系 统 中 （ 可 塑 剂 (plasticizers)、 塑 化 物 (plasticized vinyl)）。但 就 另 一 方 面 而 言 ，末 经 表 面 处 理 的 品 级 通 常 易 分散 于 干 拌 研 磨 （ dry blending）

　如 聚 乙 烯 、 聚 苯 乙 烯 或 其 他 模制 用 树 脂 的 制 造 程 序 。

　 钛 白 粉 粒 子 个 体 无 法 打 破 的 。不 管 加 入 结 块 过 程 中 的 能 量 有 多大 ， 在 打 散 束 缚 的 结 块 时 ， 它 们 只 是 粒 子 彼 此 间 的 分 离 。

　 分 散（ dispersion ）这 个 词 常 常 被 含 糊 其 词 的 使 用 。

　例 如 ，有些 "分 散 "问 题 实 际 上 是 配 方 上 稀 释 不 充 分 的 问 题 ，而 在 塑 胶 中还 留 下 不 可 溶 的 浓 斑 点 。

　耐候性（Weatherability ）

　??? 当 加 了 颜 料 的 塑 胶 曝 露 于 天 候 一 热 、 阳 光 和 水 中 时 ， 会 产 生劣 化 （ degread）

　。

　大 部 份 的 有 机 化 合 物 当 曝 露 于 高 能 、 含 紫 外 线的 阳 光 中 时 会 起 光 化 学 分 解 （photochemical degradation）。若 含 有 足 量的 R 型 钛 白 粉 品 级 ，可 有 效 地 吸 收 此 具 破 坏 性 的 紫 外 光 ，将 其 转 化成 热 能 而 防 止 有 机 聚 合 物 起 紫 外 线 分 化 。用 于 户 外 而 含 水 量 有 颜 料的 塑 胶 制 品 通 常 需 要 更 多 的 钛 白 粉 含 水 量 量 以 还 到 不 透 明 的 效 果 ，譬 如 ， 白 色 硬 质 乙 烯 外 壁 板 （ siding）

　以 15 百 分 量 （ Parts Per Hundred）

　之 钛 白 粉 含 量 来 保 证 聚 氯 乙 烯 防 止 紫 外 线 分 化 ， 这 超 过了 不 透 明 性 和 白 色 度 所 需 二 氧 化 钛 量 的 五 倍 。

　??? 钛 白 粉 本 身 会 起 光 化 反 应 ， 曝 露 于 阳 光 天 候 中 会 催 化 些 有 机树 脂 起 氧 化 作 用 。这 种 劣 化 的 结 果 导 致 物 理 强 度 的 丧 失 而 生 成 一 层粉 积 层 （ chalk）

　。

　这 粉 积 层 包 含 了 松 散 的 钛 白 粉 和 由 表 面 磨 损 而得 的 解 离 树 脂 。铝 和 矽 等 无 机 物 的 表 面 处 理 可 用 于 钛 白 粉 之 上 以 减低 这 种 型 式 的 劣 化 。

　表 面 处 理 （ surface treatment）

　的 功 用 就 好像 是 钛 月 粉 粒 子 和 树 脂 间 建 立 一 个 壁 画 （ barrier）

　， 因 而 减 低 了光 化 学 分 化 的 发 生 。

　因 此 ， 经 表 面 处 理 的 钛 白 粉 品 级 ， 如 Ti-Pure

　R-902,R-960 被 广 泛 地 使 用 于 户 外 用 的 有 色 塑 胶 中 ，以 减 低 产 品 表面 粉 化 的 形 成 。

　抗褪色性（Discoloration Resistance ）

　?? 加了钛白粉的塑胶褪色（Discoloration）乃肇因于一些颇复杂的反应机理（mechanism），如表 2 所示。钛白扮的品级随着所参与的褪色机理而变化。

　问

　?? 题 可能适用的解决方法 塑胶树脂在高温生产过程中产生的褪色现象。

　Ti-Pure R-900,R-902 或 R-960 钛白粉与树脂成分或填充物起化学反应而形成有色化合物。

　Ti-Pure R-902 或 R-960 塑胶树脂暴露于光、湿气中之损坏分解。

　Ti-Pure R-902 或 R-960 研磨设备的金属磨损所致污染。

　改变研磨程序-与研磨初期加入钛白粉。

　在不透明塑胶中钛白粉之化学还原成有色的 钛 化 合 物 。（ 如 氨 - 热 固 性 薄 片(amino-thermoset taminates)）

　Ti-Pure R-794 抗裂孔性（Lacing Resistance ）

　??? 裂孔现象（lacing）通常绿于色粉粒子表面挥发物的释放，这些挥发物在高温押出时（通常以上）蒸发，而在最后的制成品中引起泡泡或小洞，含低挥发性物的 R-100 和R-101 可使用其理想地适用于高温押出过程。

　铝和矽等之无机物表面处理通常可增加挥发物被吸着的数目，如图 图 7 7 所示。当这些钛白粉品级处于高温押出状况时，裂孔现象会很普遍。钛白浓缩物如果贮存不当亦会吸收湿气而导致裂孔现象的发生。

　 图 7 在高温压出时的裂孔 凝聚性（Flocculation ）

　...

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