白色颜料遮盖力对涂膜对比率的影响- 大数跨境

吉力水性新材料

2015-06-23

导读：传达新资讯，探讨新技术，分享新鲜事。颜料是一种可以着色的细颗粒粉状固体物质，一般不溶于水、溶剂和树脂等介质。

传达新资讯，探讨新技术，分享新鲜事。

颜料是一种可以着色的细颗粒粉状固体物质，一般不溶于水、溶剂和树脂等介质。白色颜料外观色白，具有很高的折射率，单独使用不仅可赋予制品白色和光亮，而且能提高其不透明性和遮盖性；白色颜料与其他有色颜料复配可设计不同的色彩。因此，白色颜料是颜料大家庭中最重要的成员之一，广泛用于涂料、塑料、油墨和着色橡胶等制品。

钛白粉是目前世界上性能最好、应用领域最多、用量最大的白色颜料。除钛白粉外，白色颜料一般还包括立德粉、氧化锌和锑氧化物等。近年来，通过将晶态二氧化钛（TiO₂）颗粒包覆在矿物颗粒表面制得的复合钛白颜料因具有和钛白粉相近的颜料性能，价格低廉，可在实际应用中部分代替钛白粉而得到众多颜料用户的认可，因此成为最具前景的新型白色颜料之一。正确认识和评价上述各白色颜料的性能，对不同应用领域和不同使用要求的用户合理选择白色颜料至关重要。

遮盖力是指颜料和调墨油研磨成的色浆均匀涂刷于单位面积黑白格玻璃板上恰好使黑白格被遮盖的最小颜料用量（单位为g／m²），是评判颜料最重要性能——遮盖性的直观指标，遮盖力值越小，表明颜料的遮盖性越强。现行钛白粉国家标准GB/T 1706—2006中规定，以测试散射力代替GB 1706—1993中的消色力的方式表征颜料的遮盖性。但散射力表述的是颜料颗粒本身覆盖着色剂的能力，而遮盖力反映的是颜料与其展色介质（调墨油）所形成涂膜覆盖底色的能力，并且是湿涂膜的遮盖行为。显然，二者有显著差别。由于白色颜料在实际应用时，许多用户往往更关注颜料形成涂层的遮盖行为，测定遮盖力更能反映颜料的实际应用效果。因此，许多钛白粉用户仍把遮盖力指标作为检验、评价钛白粉等颜料遮盖性的依据。

目前，测试颜料遮盖力按照HG/T 3851—2006规定的方法进行，但以此方法进行测量时会因人工操作而导致较大的误差，同一种颜料经不同测试者测得的遮盖力数据有时会相差较大，这给评判颜料品质和对比不同颜料的性能差异等工作带来困难与不便。

对比率是在标准黑白格板上涂刷一定厚度的颜料涂膜后，涂膜覆盖“黑板”部分的反射率与“白板”部分反射率的比值，显然，对比率越大，颜料遮盖性越强。因此，只要建立颜料涂膜对比率与已知遮盖力的相关关系，即可通过测量对比率并用数学换算得到遮盖力。由于测量对比率时的涂膜厚度由涂布器控制，涂膜反射率由仪器测量并显示，所以基本不存在测量时的人为误差。有效解决了上述问题。

本研究以钛白粉和复合钛白颜料等不同遮盖力的白色颜料为样品，对其与亚麻仁油形成的色浆的涂膜对比率进行了测量，并回归、建立了涂膜对比率与遮盖力的数学关系。目的是建立一种由颜料的涂膜对比率求算遮盖力的方法，消除直接测量遮盖力所带来的人为误差。

1实验部分

1.1 原料和试剂

试验所用白色颜料共14种，包括金红石型钛白粉、锐钛型钛白粉和矿物-TiO₂复合白色颜料。由北京某钛白粉用户专业实验员按照HG/T 3851—2006测试对应颜料样品的遮盖力，测量值从10.56～25.88g／m²不等。测试由同一实验人员多次测试完成，并长期作为上述单位对颜料性能进行评判的依据，所以认为测试结果不存在操作误差。同时测得上述14种白色颜料的吸油量[18.09～27.91g／（100g）]作为制备色浆用亚麻仁油的添加量依据。

所用试剂精制亚麻仁油由深圳市华鑫金利化工科技有限公司生产。

1.2 设备和仪器

BB型线棒涂布器（用于制备厚度为40μm、60μm、80μm和100μm 4种涂膜）：石家庄天同科技有限公司；C84-Ⅲ型反射率测定仪：天津市精科联材料试验机有限公司； BL-220H 电子天平：岛津国际贸易（上海）有限公司。

1.3 试验步骤

1.3.1 制备色浆

准确称取4g（精确到0.01g）待测样品，置于玻璃板上，缓慢加入固定量（按吸油量值的范围确定）的精制亚麻仁油。由于本次试验用颜料吸油量均小于30g／100g，故按要求加入亚麻仁油10g（颜料量的2.5倍）。用调刀将颜料样品与亚麻仁油混合、反复研压均匀，至样品完全润湿成悬浮体状，并且无颗粒感为止。所得悬浮体即为试验用颜料色浆。

1.3.2 制备色浆涂膜

用调刀铲取适量色浆放置在黑白卡片上，将线棒涂布器轮滚置于色浆后方，向前匀速拉动涂布器连接手柄在黑白卡片上制得均匀涂膜。

1.3.3 测定反射率和计算涂膜对比率

用反射率测定仪分别在黑白卡片上色浆涂膜所涂覆的黑格和白格位置分别测量反射率，黑格和白格位置分别取4个测试点，结果取平均值。涂膜对比率按式（1）计算。

式中：RB为色浆涂覆黑格位置的平均反射率，RW为白格位置的平均反射率。

1.3.4 颜料遮盖力和涂膜对比率关系回归

以颜料遮盖力为横坐标（x），以根据式（1）计算得到的涂膜对比率为纵坐标（y），进行逐点作图。根据y与x的关系，进行线性拟合，从而得到由涂膜对比率（y）求算颜料遮盖力（x）的关系式。

2 结果与讨论

2.1 湿涂膜对比率与遮盖力的关系

色浆涂膜涂覆后，立刻进行反射率测量并计算对比率，即得到湿涂膜对比率（简称湿对比率）。图1为不同厚度涂膜湿对比率与所用颜料遮盖力的关系。

从图1看出，随着颜料遮盖力值的逐渐增大，对应湿涂膜对比率逐渐减小，其中以涂膜厚度为40 μm时变化幅度最大，结果证实了涂膜对比率与遮盖力相同的物理含义，即颜料的遮盖性变弱，则其形成色浆的对比率一定降低。对比不同厚度的涂膜对比率发现，对比率随涂膜厚度的增加而增大，这是因为涂膜

图1不同厚度色浆涂膜湿对比率与遮盖力的关系

增厚导致黑格部分光反射率升高，进而使对比率提高。

从图1还发现，各厚度涂膜对比率与颜料遮盖力的数据点之间基本呈线性关系，于是，将这些数据点采用数学方法进行线性回归，得到涂膜湿对比率（y）与颜料遮盖力（x）的数学表达式。y与x的表达式及反映线性拟合程度的回归系数（R2）值见表1。

表1涂膜湿对比率与颜料遮盖力之间线性回归结果

注：x为遮盖力（g／m²），y为对比率。

由表1结果表明，各厚度涂膜湿对比率与遮盖力之间线性拟合程度处在0.97～0.99之间，均属高度拟合，其中涂膜厚度为80μm时的回归系数最高。显然，采用线性表达式表述湿对比率与遮盖力之间的关系是有理论依据的。

2.2 干涂膜对比率与遮盖力的关系

将已涂膜的黑白卡纸在（23±2） ℃，相对湿度为（50±5）％的环境条件下静置至完全干燥，再对其进行反射率测量，并计算对比率，即得到干涂膜对比率（简称干对比率）。不同厚度涂膜的干对比率与遮盖力的关系见图2。

图2不同厚度色浆涂膜干对比率与遮盖力的关系

从图2看出，与湿涂膜对比率与遮盖力的关系相似，干对比率也随遮盖力值的增大而降低。遮盖力相同时，涂膜越厚，干对比率越高，其中厚度为80μm和100μm的涂膜干遮盖力十分接近。并且，各厚度涂膜干对比率与遮盖力之间也基本呈线性关系，采用与2.1相同的数学方法对其进行线性回归，结果列于表2。

表2涂膜干对比率与颜料遮盖力之间线性回归结果

从表2看出，涂膜干对比率与颜料遮盖力之间的线性拟合关系也十分密切，各厚度涂膜的回归系数在0.98～0.99之间，其中涂膜厚为80μm时的回归系数最高。显然，采用线性表达式表述干对比率与遮盖力之间关系也是有理论依据的。

2.3 用涂膜对比率计算白色颜料遮盖力方法的确定

根据2.1和2.2获得的涂膜干、湿对比率与颜料遮盖力的数学表达式，也可将其转化为遮盖力与涂膜干、湿对比率的数学关系，由此，就可在已知涂膜对比率的前提下，计算得出颜料遮盖力。这样，可建立通过涂膜对比率求算白色颜料遮盖力的方法。

由于在4种厚度的涂膜中，厚度为80μm的涂膜干、湿对比率与颜料遮盖力数学关系的线性回归系数最大，并且湿对比率的回归系数还略大，而且测试涂膜湿对比率具有省时、方便（亚麻仁油与颜料色浆的涂膜需很长时间才能干燥）的特点，因此，选择以膜厚为80μm的涂膜湿对比率与遮盖力的数学关系作为求算颜料遮盖力的方法。

由表1可知，80μm涂膜湿对比率（y）与遮盖力（x）的关系如式（2）所示。

由式（2）可换算出x与y的关系式，如式（3）所示。

因此，可通过测试80μm厚的涂膜湿对比率（y），依照式（3）求算出所用颜料的遮盖力。

2.4 实例与验证

采集金红石型钛白粉（1^＃，美国杜邦公司， TiO₂含量约95％）、金红石型钛白粉（2^＃，河南佰利联公司，TiO₂含量约93％）、锐钛型钛白粉（3^＃，河南佰利联公司，TiO₂含量约98％）、矿物-TiO₂复合钛白颜料I（4^＃，北京天之岩，TiO₂含量约60％）和矿物-TiO₂复合钛白颜料II （5^＃，北京天之岩，TiO₂含量约50％）共5种白色颜料，分别将其与亚麻仁油制备成色浆，然后在黑白格纸板上制成80μm厚的涂膜，测其湿对比率并按式（3）计算得出样品遮盖力如表3所示。同时，由专业人员单独多次直接测试出上述各样品的遮盖力，也一并列于表3。