為什么鈦白粉要分這么多規格?

 如果認為油漆中的二氧化鈦顏料，其性能之超卓是由于二氧化鈦含量高所致，那是不恰當的，例如二氧化鈦含量少為80—88％的鈦白粉在高顏／填料含量的平光乳膠漆中的遮蓋效率顯然超過二氧化鈦含量更高的品級。

二、光 學 理 論

1、折射和繞射


       二氧化鈦和其他的白色顏料的遮蓋效率主要是利用光的反射。因為白色顏料可強烈地使光線反射或曲折，出現反射現象。如果油漆薄膜中有足夠的白色顏料，則入射漆膜表面的光幾乎可以完全的反射回來，(除了很少部分是由顏料所吸收之外)于是涂膜就會呈不透明狀，潔白而光澤。

      光線通過和繞過顏料粒子時，粒子對光線的折射和繞射造成光線的散射或彎曲。



     圖 1顯示折射現象，其中球形表示二氧化鈦粒子，由于漆膜中顏料粒子及基料折射率之不同、故當光線穿越后、必然產生曲折現象。圖2顯示繞射現象。行進路線靠近二氧化鈦粒子的光線受到彎曲、而分開散射到許多方向。這一現象說明顏料在其臨近區域對光的散射能力數倍于其粒子橫截面內。





2、折 射 率

      圖3表示兩個含顏料漆膜的橫切面，演示了折射率的差別怎樣影響光的散射和蓋遮力。在含有高折射率顏料的漆膜中(上圖)光線比在含有低折射率顏料的漆膜中彎曲較多(下圖)，所以射入漆膜之光線所經過的路徑長度較短，因而不能深入。實際上兩種漆膜都呈白色不透明狀，因為其皆沒有存在吸收光線的粒子，所以全部入射的光線亦都會返回表面。然而，如果漆膜厚度如虛線(X)所示，而且放在黑色背景上，那么，含有低折射率顏料的漆膜能使部分光線進入黑色背景而被吸收，則漆膜就不會完全不透明，與白色的漆膜相比較，則呈現灰色。


 光線在漆膜中的行經路線

3、為什么要用二氧化鈦

      要了解金紅石型二氧化鈦(Rutile)、為什么在遮蓋上能有這么大的優點,只需將金紅石型二氧化鈦與銳鈦型(Anatase)二氧化鈦的折射率和其它商用白色顏料以及油漆基料的折射率相比較則可以看出來(表一)。一般來說顏料的折射率和周圍的介質之折射率差別越大，光線的折射就越大。

表一 油漆制造所使用的某些顏料和基料的折射率


4、干膜平光遮蓋

      很有趣的是，當空氣滲入漆膜內。如調制顏料含量高的油時，基料本身的平均折射率減少，顏料和周圍介質之間的折射率差別加大，光線散射增多。室內油漆的配制者利用這種效應(有時稱為干膜平光遮蓋)，以增進二氧化化鈦的遮蓋效率。

5、二氧化鈦粒子大小

      如果要有效地散射光線，二氧化鈦顏料粒子的直徑應該略小于散射光線波長的一半，因為肉眼對黃一綠光(大約0.55微米)敏感，涂料用二氧化鈦顏料的平均直徑在0.2和0.3微米之間。

6、散射能力和粒子大小

      圖6中的曲線是用很稀的系統，以理論推導出的，曲線表明R型二氧化鈦對藍色、綠色和紅色光線的相對散射能力為粒子大小的函數。在0.2微米處，各波長光線散射的總和就增至。當粒子增加至0.25和0.30微米之間時，藍色光線的散射迅速減少，但綠色和紅色光線的散射卻相對地不變。在0.15微米處對應于藍色光線的散射，光譜中紅和綠范圍內的光線散射就下降。




7、顏色和粒子大小

     在著色至完全遮蓋的不吸光白色漆膜內，改變顏料的粒子大小，對顏色沒有影響，因為碰到表面的光線全部反射，圖7這樣的一種白色漆膜，用圖解形式說明了這一點。藍光線的波長和散射光程度短，紅光線的波長和散射光程度長，這兩種光線全部反射，視覺效應相同，好象全部光線的光程長度都相同。



     圖8表示；如果把吸光性顏料(例如炭黑)加入到漆膜內，光程較長的紅光線有較多的機會被吸收。反射出的色調看來會更藍。正如以前所述，隨著二氧化鈦粒徑減小，紅色光線散射則下降，藍色增強。這樣，在含有吸收光線的物質的油漆內，減小二氧化鈦的粒子就會增強藍色程度。這種現象是散料所固有的，稱之為底彩(色相)。



8、顏料體積濃度 PVC

     因為干的油漆膜是一種三元結構，所以有理由預料，各個成份之間的體積關系，對油漆性能有重要作用。顏料體積濃度是油漆內的全部顏／填料對整個不揮發物的體積比。就白色油漆來說：

      顏料體積濃度％=顏料體積（二氧化鈦+填充料）/（顏料體積+粘合劑體積）*100%

     在稱為臨界顏料體積濃度(CPVC)的特定顏料體積濃度百分比時。油漆的許多物理性質和光學性質會突然變化。—般而言，臨界顏料體積濃度可以認為是剛好有足夠的粘結劑涂蓋在顏料表面，填充顏料粒子之間的空隙時的顏料體積濃度。例如光澤、透氣性、多孔性、遮蓋力、著色強度和底彩這類性質都與顏料體積濃度有直接關系。

     在典型的商用顏料濃度時，各個二氧化鈦粒子開始相互接近，如圖 9所示。這種顏料擠塞現象影響圖6中曲線的高度和形狀。



9、散射系數和顏料體積濃度

      當二氧化鈦的顏料體積濃度增加至10％以上時，由于二氯化鈦粒子的聚使繞射光的散射效率減少。這個效應的結果會失去部分不透明度，我們可以通過在每單位面積的干漆膜中恒定鈦白粉的量(降低漆膜厚度)來證明，見圖10a。圖10b中的曲線則表示對干膜厚度在不變的情形之下增加其顏料體積濃度，雖然會失去部分散射效率，但仍會增加其不透明度。直到增加至大約25％的顏料體積濃度為止，遮蓋力會因再加入二氧化鈦而減少，這是由于折射效率降低的速度比高濃度二氧化鈦所能補充的速度快，這個現象會持續到臨界顏料體積濃度為止，在這一點上，由于干膜平光遮蓋效應，而使不透明度度再度增加。



10、顏色和顏料體積濃度

     在二氧化鈦的顏料體積濃度增加時，繞射效率在光譜的紅色部分減少的程度，因而當顏料體積濃度增加時，反射光會移向較較藍的范圍處。

11、二氧化鈦表面處理

      防止二氧化鈦粒子在顏料含的系統中擁擠的一個方法，就是在顏料灰面加上涂膜，表面涂膜作用就像物理性間隔片，保持相鄰的二氧化鈦粒子的問隔，使其在顏料濃度增加時，繞射光的散射效率損耗減至小程度。單位重量或單位體積的由涂層顏料比未有涂層者含有較少的二氧化鈦。而有涂層的的光線散射能力在某些顏料體積濃度高的油漆中也較高。

12、顏色和顏料體積濃度

      在二氧化鈦的顏料體積濃度增加時，繞射效率在光譜的紅色部分減少的程度，因而當顏料體積濃度增加時，反射光會移向較較藍的范圍處。

13、二氧化鈦表面處理

      防止二氧化鈦粒子在顏料含的系統中擁擠的一個方法，就是在顏料灰面加上涂膜，表面涂膜作用就像物理性間隔片，保持相鄰的二氧化鈦粒子的問隔，使其在顏料濃度增加時，繞射光的散射效率損耗減至小程度。單位重量或單位體積的由涂層顏料比未有涂層者含有較少的二氧化鈦。而有涂層的的光線散射能力在某些顏料體積濃度高的油漆中也較高。

14、顏色、顏料體積濃度和粒子大小 

     粒子大小和二氧化鈦顏料體積濃度的綜合效應對調色漆的顏色有很大的影響，如圖11所示。也許配色不當，多半是由于使用粒子大小不當的二氧化鈦以及/或者沒有認識到色相（底彩）是隨著二氧化鈦濃度變化而改變，而不是由于著色顏料的不正確組合所致。



15、填充料

     許多油漆除了含有二氧化鈦合基料外，也還有填充劑。這些一般成本低的材料，能發揮多種功用。在顏料含量高的油漆中高于臨界顏料體積濃度，填充劑有助于干膜平光遮蓋。在顏料含量中等的油漆中（低于臨界顏料濃度），粒子的大小類似二氧化鈦的填充劑，有著實質空間的作用，可以增加二氧化鈦的遮蓋效率。粒子大的填充劑會形成類似“窗”的作用并減少遮蓋率。轉載：鈦白視界