關(guān)于一種防水環(huán)保涂料專用金紅石鈦白粉的研究及應(yīng)用

周 強(qiáng)，張修臻，徐 磊

［安徽金星鈦白（集團(tuán)）有限公司，安徽馬鞍山 243051］

隨著人們生活水平的不斷提高，業(yè)主對建筑的要求也越來越高，對建筑工程中的防水問題也越來越重視。面對建筑防水問題，之前主要采用的是疊層瀝青系統(tǒng)為主的瀝青防水鋪裝方案。近年來，高分子防水卷材、聚合物薄膜和高分子防水涂料的高速發(fā)展，該方案逐漸沒落。與此同時(shí)，積極與國外優(yōu)秀企業(yè)交流，引進(jìn)先進(jìn)防水技術(shù)和產(chǎn)品，如PVC、TPO聚氨酯類防水技術(shù)、丙烯酸類防水產(chǎn)品，淘汰了大量陳舊、過時(shí)的產(chǎn)品和施工方法，走向更加先進(jìn)且多元的行業(yè)潮流。其中以整體性能更優(yōu)的防水涂料發(fā)展最為迅猛，其方法主要是在結(jié)構(gòu)表層涂覆一層或多層防水涂料，經(jīng)過一系列物理化學(xué)變化之后固化成膜，達(dá)到防水效果[3]。

為了能夠使防水涂膜發(fā)揮出更大的效用，在涂膜施工過程前需要對涂料的配方進(jìn)行調(diào)整，加入適量的填料。一方面通過添加填料降低涂料施工的成本，另一方面添加填料能夠在成膜過程中對成膜體系起到支撐、補(bǔ)強(qiáng)的作用，鈦白粉作為最主要的涂料填料，自身具備一定的耐候性和高遮蓋力，同時(shí)TiO2具有極強(qiáng)的紫外線吸收能力，是一種天然的紫外線吸收劑，在日光的照射下，表現(xiàn)出良好的耐光性。在防水涂料體系中，不僅對體系的防水性能進(jìn)行了補(bǔ)充，同時(shí)增強(qiáng)了涂膜整體的物理化學(xué)性能[4，5]。本文從水解工藝粒徑控制和有機(jī)包膜兩個(gè)方面改進(jìn)鈦白粉的性能，制備出一種適用于防水環(huán)保涂料的金紅石型鈦白粉，并探究不同處理方法對產(chǎn)品性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料及儀器

試驗(yàn)藥品：濃鈦液（192~200g/L）、金紅石型晶種、三價(jià)鈦還原劑均為自制；偏鋁酸鈉，山東嘉虹化工有限公司，工業(yè)純；三羥甲基丙烷（TMP），上?；萁窕べQ(mào)易有限公司，工業(yè)純；聚甲基硅氧烷，廊坊藍(lán)科化學(xué)有限公司；二異丙醇胺，南京北化化工有限公司；偏鋁酸鈉、硫酸，分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；去離子水，自制。

試驗(yàn)儀器：反應(yīng)釜，威?；C(jī)械有限公司；SHZ-D（3）型循環(huán)真空泵，鄭州科達(dá)機(jī)械儀器設(shè)備有限公司；恒溫水浴鍋，常州億通分析儀器制造有限公司；真空干燥箱，蘇州歐文烘箱制造有限公司；SK-DC 1800超聲波清洗器，張家港市神科超聲電子有限公司；小型高速粉碎機(jī)，廣州市旭朗機(jī)械設(shè)備有限公司；AS50A實(shí)驗(yàn)用氣流粉碎機(jī)，上海捷謄粉體設(shè)備有限公司；ZP100壓片機(jī)，上海天祺制藥機(jī)械有限公司；MS2000粒徑測定儀，馬爾文儀器公司；

1.2 防水環(huán)保涂料專用金紅石型鈦白粉的制備

（1）取500L濃鈦液（192~200g/L），加入金紅石型晶種，在一定條件下進(jìn)行水解反應(yīng)，得到偏 鈦酸。

（2）將所得偏鈦酸進(jìn)行水洗過濾，并加入硫酸酸溶，再加入三價(jià)鈦還原劑和金紅石型晶種，攪拌2h。

（3）將還原后的偏鈦酸進(jìn)行水洗過濾，經(jīng)鹽處理后放入馬弗爐內(nèi)煅燒。

（4）取煅燒后的鈦白粉500g，轉(zhuǎn)入燒杯，加水稀釋至750g/L左右。

（5）放入恒溫水浴鍋中升溫至45~70℃，加入2.0%~3.0%偏鋁酸鈉溶液（以Al2O3計(jì)）與稀硫酸溶液，控制pH在7.0~8.0并熟化30min。

（6）轉(zhuǎn)入漏斗進(jìn)行洗滌至洗滌水電導(dǎo)率80μS/cm以下，得到的產(chǎn)品放入真空干燥箱中干燥。

（7）得到的粉料置于氣流粉碎機(jī)中有機(jī)處理得到最終產(chǎn)品。

1.3 漆膜制備

將制得鈦白粉與廠家提供乳膠漆按配方混合，輥涂在馬口鐵上，實(shí)干后進(jìn)行性能測試。

1.4 性能測試

1.4.1 偏鈦酸灰變時(shí)間測試

加入晶種的濃鈦液進(jìn)行加熱，沸騰時(shí)記為時(shí)間T0，從沸騰到表面為水泥灰色時(shí)記為時(shí)間T1，即T1為偏鈦酸制備的灰變時(shí)間（單位：min）。

1.4.2 偏鈦酸水解率測試

通過測定水解偏鈦酸中未水解的總鈦含量，計(jì)算出水解率。取100mL偏鈦酸漿料，用慢速濾紙抽濾，抽濾出的液體檢測總鈦含量與對應(yīng)濃鈦液的總鈦含量進(jìn)行對比，其結(jié)果為水解率。

1.4.3 偏鈦酸沉降高度測試

量取100mL水解偏鈦酸倒入1 000mL帶塞量筒中，用常溫水將量筒沖洗干凈，向帶塞量筒中加水至1 000mL，搖勻，放置半小時(shí)，分層，量取上清液面高度。

1.4.4 偏鈦酸過濾時(shí)間測試

取100mL水解偏鈦酸倒入過濾漏斗內(nèi)，過濾至表面干燥時(shí)間記為T2；再加入500mL脫鹽水進(jìn)行水洗，水洗至表面干燥記為時(shí)間T3（單位：s）。

1.4.5 鈦白粉粒徑測試

在室溫條件下，取0.5g鈦白粉置于400mL燒杯中，加入六偏磷酸鈉3mL以及去離子水200mL輕微攪拌，將燒杯置于超聲機(jī)中超聲20min，備用。

打開粒徑測試儀，進(jìn)行預(yù)對光處理，更換樣品容器中的純水，進(jìn)行對光處理，將超聲備用的鈦白粉溶液倒入裝有純水的容器中，使遮光度在5~8，點(diǎn)擊開始進(jìn)行測試，測試平行數(shù)據(jù)三次，取平均值。

1.4.6 漆膜防水性能測試

將漆膜涂覆過的板材長度的三分之二置于蒸餾水中，并維持在室溫，在一定時(shí)間后取出并用濾紙吸干表面水分，記錄板材表面情況。

2 結(jié)果與討論

2.1 金紅石晶種用量對偏鈦酸性能的影響

鈦白粉的粒徑主要受水解工藝的影響，其中尤以濃鈦液指標(biāo)和晶種指標(biāo)為主，為此設(shè)計(jì)了以金紅石晶種為變量的實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)分為五組，每組晶種添加量占反應(yīng)濃鈦液的A為0%；B為0.2%；C為0.4%；D為0.6%；E為0.8%，并保持其余參數(shù)不變，其部分參數(shù)見表1。

表1 五組偏鈦酸主要參數(shù)值表

從表1和圖1可以看出，晶種加量對灰變時(shí)間、沉降高度、粒徑以及過濾水洗時(shí)間都有較大的影響，當(dāng)水解體系內(nèi)沒有加入晶種進(jìn)行反應(yīng)時(shí)，濃鈦液在進(jìn)行水解反應(yīng)時(shí)，無穩(wěn)定反應(yīng)核心，反應(yīng)速率較慢，在水解第一階段中，表面能量較大，形成的偏鈦酸原級(jí)粒子大，比表面積較小，容易二次凝集，形成偏鈦酸粒子較大，容易沉積，過濾時(shí)間較短[6，8]；但其水解率較低，體系內(nèi)仍有大量濃鈦液影響沉降視覺觀察。隨著晶種加量的增加，反應(yīng)速率得到提升，水解原級(jí)粒子逐漸細(xì)化，表面結(jié)合能量逐漸增大，一次粒子變粗，使得二次凝結(jié)能力減弱，D50逐漸變小。由圖2可以明顯看出，隨著晶種加量的逐步提升，偏鈦酸粒子的粒徑逐漸減小，呈現(xiàn)出正態(tài)分布狀；但晶種添加量在0.8%時(shí)，偏鈦酸的粒徑有分布有右移的趨勢，這表明隨著晶種加量的過量，水解反應(yīng)迅速，二次凝聚能力極弱，但形成的偏鈦酸粒子由于粒徑小，更容易在表面形成鍵能，增大其粒子檢測范圍，表現(xiàn)為粒徑增大，影響過濾性能，不適用于工業(yè)生產(chǎn)。

圖1 晶種加量對過濾過水速率的影響

圖2 五組實(shí)驗(yàn)粒徑分布圖

圖2 為三種有機(jī)包膜劑處理后的鈦白粉水分散圖

2.2 有機(jī)包膜對漆膜防水性能的影響

鈦白粉在作為填料應(yīng)用前，要根據(jù)應(yīng)用條件的不同，對其進(jìn)行有機(jī)包膜處理。分別使用TMP、聚甲基硅氧烷和二異丙醇胺對鈦白粉表面進(jìn)行有機(jī)處理，生產(chǎn)出對應(yīng)的鈦白粉分別為R1、R2、R3，并將三種不同鈦白粉放入燒杯中加入適量的水，靜置半小時(shí)，如圖3所示。

從圖3可以看出，A、B、C三種鈦白粉在水中的分散性不同，A具有一定水溶性同時(shí)也可以看出其水溶性效果不佳，有部分未能溶于水；B完全不溶于水，不具備水溶性；C水溶性較好，杯壁上未發(fā)現(xiàn)明顯不溶物。

從表2可以看出，三種鈦白粉在涂料中的分散情況較為良好，未發(fā)現(xiàn)有分散不均、顆粒明顯的現(xiàn)象，同樣的，在施工過程中，施工表現(xiàn)正常，所輥涂的漆膜正常，表面光澤度較好。從耐水性能表現(xiàn)來看，R1在水中浸泡10d板材表面有起泡現(xiàn)象，R2經(jīng)過10d的浸泡板材表面正常，未發(fā)現(xiàn)明顯起泡，而R3在水中浸泡3d就已經(jīng)起泡，且在經(jīng)過10d的浸泡后，其表面已經(jīng)出現(xiàn)較為明顯的脫落現(xiàn)象，因此可以得出R2所用的鈦白粉更適合作為防水涂料使用，R1可應(yīng)用為通用型涂料，R3適用于親水型涂料的。

表2 為清漆耐水性能測試結(jié)果

3 結(jié)束語

研究一種適用于防水環(huán)保涂料的金紅石型鈦白粉，針對其水解工藝以及有機(jī)包膜處理，設(shè)計(jì)一系列實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，晶種添加量為0.6%時(shí)，水解偏鈦酸的整體性能較好；使用聚甲基硅氧烷作為鈦白粉的有機(jī)包膜劑，將該助劑與清漆混合制備的涂膜外觀良好，耐水性能較好，滿足防水涂料的要求。