TiO2是zui常用的白色顏料，廣泛用于涂料、塑料、橡膠、紙張、陶瓷、化妝品與紡織工業(yè)。隨著人們對環(huán)境的日益關注，水性環(huán)保涂料倍受青睞，而TiO2作為一種的白色顏料，如何更好地應用于水性涂料是當今研究的課題。水分散性是TiO2在水性涂料中應用的一個很重要的性能指標，它的優(yōu)劣直接影響涂料的遮蓋力和其他性能。對于TiO2水分散性的改進，本文先從水分散性的機理出發(fā)進行分析，然后通過改性試驗加以確認。

　　2改性的理論基礎

　　2.1TiO2表面特性

　　2.1.1單相中的團聚現(xiàn)象

　　TiO2煅燒所得的原級粒子很小，具有很高的比表面能，極不穩(wěn)定，在高溫下會很快地團聚，形成亞穩(wěn)態(tài)的較大粒子。對于一定量的TiO2而言，粒子愈小，原級粒子之間的引力愈強，粒子更易團聚。

　　目前，采用儀器測定的TiO2平均粒徑多數(shù)是二級粒子的粒徑(一般為0.2～0.4um)，表面的能量仍然較高，容易通過團聚來降低表面能量，達到準穩(wěn)定狀態(tài)。因此，TiO2在單相中的易團聚現(xiàn)象是討論其水分散性的前提。

　　2.1.2兩相中的高分散性

　　在水分散體中，TiO2呈現(xiàn)高度的分散性。其原因是：①TiO2表面有很多羥基，它能夠吸附極性粒子，使固體表面帶有相同的電荷，因同種電荷排斥而分散;②粒子的比表面能很大，表面收縮而降低表面能，使分散體系穩(wěn)定化。正是TiO2在水中的高度分散性使它能夠在水性涂料中得以廣泛應用。

　　2.2TiO2在水分散體中的分散過程

　　2.2.1吸附作用

　　大量研究表明，TiO2表面有很多極性羥基，若在水中不加任何分散劑，TiO2在水中分散時會吸附大量的極性基團;若加入一定濃度的高分子分散劑，高分子分散劑吸附在TiO2顆粒的表面，使得吸附層厚度增加，表面特性改變。

　　2.2.2雙電層理論

　　通過檢測TiO2在水中的Zeta電位，發(fā)現(xiàn)銳鈦型TiO2在pH為6.8左右時，Zeta電位約為一36mV，這表明TiO2表面帶有電荷，而且電負性較強。根據(jù)雙電層理論解釋TiO2在水中的分散過程合乎事實，有一定的科學依據(jù)。

　　實際上，TiO2在水中分散的過程是雙電層形成的過程。當TiO2接觸水表面時，瞬間被浸漬潤濕，其表面會吸附一層相反電荷，構成了雙電層。這種雙電層可以看作是四周被同一電荷所包圍的粒子，當布朗運動使2個粒子靠近時，相同性質(zhì)的電荷之間產(chǎn)生斥力，當這種斥力大于范德華引力時，則粒子分開，體系處于分散穩(wěn)定狀態(tài)。

　　3改性試驗

　　為了改進TiO2在水分散性方面的不足，需對其進行表面處理。zui常用的是穩(wěn)定化處理，即在晶體結構中加入其他元素，或?qū)αＷ拥谋砻孢M行改性，這些都有助于改變其物理化學性質(zhì)。

　　3.1改性的目的

　　引入能與有機物相互作用的新基團，改進界面附著力，改變表面的親水/疏水性。改性后的產(chǎn)品應具有盡可能低的堆密度和盡可能高的疏水性。

　　3.2改性材料

　　TiO2由濟南裕興化工總廠以硫酸法工藝制備而得。經(jīng)檢測，該TiO2(型號為R一818)的主要理化性能見表1。

　　3.3改性劑的選擇

　　在改性劑中，zui常用的有硅烷、鈦酸酯、鋯酸酯偶聯(lián)劑，以及脂肪酸及其衍生物和表面活性劑。本文選擇以前作為黏附劑用的*作為改性劑。具體化合物見表2。

　　3.4改性方法

　　3.4.1改性的工藝過程

　　制備合適的硅烷溶液，然后將100份(質(zhì)量份，以下同)待改性的TiO2和0.25-5.00份*溶液在表面改性混合器中混合，以保證TiO2表面有均勻一致的潤濕性?；旌虾?，在l10°C除去溶劑并干燥改性后的粉末。

　　3.4.2物理化學性質(zhì)檢測

　　改性后接著進行TiO2的物理化學性能檢測，測定其堆密度、吸水性、吸鄰苯二甲酸二丁酯性、吸石蠟油性。為了得到分散性數(shù)據(jù)，進行形態(tài)學、微結構的研究和粒子的形狀、晶粒形態(tài)、單個粒子結構、TiO2聚集、附聚集類型的研究(所用儀器為掃描電子顯微鏡)。

　　3.5改性結果與討論

　　改性和未改性TiO2的基本理化性能參數(shù)見表3。這些參數(shù)指出了改性后產(chǎn)物表面特性的明顯變化。

　　表3未改性和改性TiO2的理化性能參數(shù)

　　應用*改性時，TiO2樣品的堆密度稍有增加。在使用帶辛基、乙烯基官能團的硅烷時，TiO2的疏水性明顯增加，這是由于其表面的水潤濕性部分或*喪失。當用正辛基三乙氧基硅烷(U一222)改性時，對疏水性的影響*，用0.5份該化合物改性100份TiO2時，TiO2的水潤濕性已失去。而用脲基硅烷改性時，TiO2表面基團發(fā)生部分封閉，疏水性只有了可忽略不計的增加。因為在這種情況下改性物表面上存在著氨基，能與水分子形成氫鍵，使表面出現(xiàn)較小的親水性。

　　分別對未改性的TiO2和用U一222改性后的TiO2進行電鏡觀察，發(fā)現(xiàn)未改性TiO2顯示有高的分散程度并存在小粒子，且稍有粒子聚集傾向。用0.25份U一222改性100份鈦白粉時，可以使TiO2*分散;而用5份U一222硅烷改性時會導致TiO2的附聚傾向明顯增加。

　　4結語

　　TiO2的表面特性隨著改性而改變，改性的TiO2通過化學和物理加工得到物理化學性質(zhì)各異的表面。TiO2的水分散性在改性中得到了提高，從而在水性涂料中得到更好地應用。

影響分散乳化結果的因素有以下幾點

1 乳化頭的形式（批次式和連續(xù)式）（連續(xù)式比批次好）

2 乳化頭的剪切速率  （越大，效果越好）

3 乳化頭的齒形結構（分為初齒，中齒，細齒，超細齒，約細齒效果越好）

4  物料在分散墻體的停留時間，乳化分散時間（可以看作同等的電機，流量越小，效果越好）

5 循環(huán)次數(shù)（越多，效果越好，到設備的期限，就不能再好）

線速度的計算

剪切速率的定義是兩表面之間液體層的相對速率。 

– 剪切速率 (s-1) =       v  速率 (m/s)   
              g 定-轉(zhuǎn)子 間距 (m)

由上可知，剪切速率取決于以下因素： 

– 轉(zhuǎn)子的線速率

– 在這種請況下兩表面間的距離為轉(zhuǎn)子-定子 間距。 
IKN 定-轉(zhuǎn)子的間距范圍為 0.2 ~ 0.4 mm  

速率V=  3.14 X  D（轉(zhuǎn)子直徑）X 轉(zhuǎn)速 RPM  /   60

    超高速分散均質(zhì)乳化機的高的轉(zhuǎn)速和剪切率對于獲得超細微懸浮液是zui重要的。根據(jù)一些行業(yè)特殊要求，依肯公司在ERS2000系列的基礎上又開發(fā)出ERX2000超高速剪切乳化機機。其剪切速率可以超過200.00 rpm，轉(zhuǎn)子的速度可以達到66m/s。在該速度范圍內(nèi)，由剪切力所造成的湍流結合專門研制的電機可以使粒徑范圍小到納米級。剪切力更強，乳液的粒經(jīng)分布更窄。由于能量密度*,無需其他輔助分散設備,可以達到普通的高壓均質(zhì)機的400BAR壓力下的顆粒大小.