二氧化鈦的表面電荷是影響其分散性能的最主要因素之一，利用電斥力來保持二氧化鈦在分散介質(zhì)中的分散穩(wěn)定性是一個常用而且行之有效的方法。
純二氧化鈦屬于中性至兩性氧化物，金紅石型二氧化鈦的等電點為4.7、銳鈦型為6.2，表面帶負電荷。但是由于在制造過程中以及在分散介質(zhì)中吸附離子的影響，常常使二氧化鈦帶上不同的電荷，其離子類型、濃度高低及水合程度的大小都是影響因素之一，這些因素支配著二氧化鈦粒子周圍雙電層中所持有的電荷數(shù)量，也就是ζ電位的大小.
二氧化鈦經(jīng)表面處理后，可以明顯改變二氧化鈦粒子表面所帶的電荷，因而也影響到二氧化鈦在各種介質(zhì)中的分散性能。通常使用的Al2O3和SiO2表面處理類型的二氧化鈦，一般二氧化鈦側(cè)帶正電荷，包膜側(cè)帶負電荷。
用Al2O3和SiO2包膜時，其Al2O3/SiO2之比是一個重要因素，一般Al2O3/SiO2>1,表面帶正電荷，如<1，表面帶負電荷，而用TiO2進行表面處理對電荷的影響不大，而且能提高分散性增加樹脂的吸附量，Rechmann在研究Al2O3-SiO2包膜對二氧化鈦的光澤、消色力的影響時，認為主要是Al2O3/SiO2的比例而不是Al2O3和SiO2的加量多少。用不同Al2O3/SiO2比例進行表面處理后的二氧化鈦在水系和非水介質(zhì)中的分散性能見表3和表4。
表3 金紅石型TiO2在水中的分散性
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表面處理 pH
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分散度
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||||||||||
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2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
10
|
11
|
12
|
|
|
Al2O3
|
◎
|
◎
|
◎
|
×
|
×
|
×
|
×
|
×
|
◎
|
◎
|
◎
|
|
Al2O3＞SiO2
|
◎
|
◎
|
◎
|
×
|
×
|
×
|
×
|
×
|
◎
|
◎
|
◎
|
|
Al2O3＜SiO2
|
×
|
×
|
△～○
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○
|
◎
|
◎
|
◎
|
◎
|
◎
|
◎
|
◎
|
表4 TiO2在非水介質(zhì)中的分散度
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表面處理Al2O3/Al2O3+SiO2
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非水介質(zhì)中的分散度/%
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||||||||
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混二甲苯
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CCl4
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醋酸乙酯
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正丁醇
|
丙酮
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DMF
|
甲醇
|
乙二醇
|
DMSO
|
|
|
0.3
0.4
0.8
|
0
0
0
|
0
0
0
|
0
0
0
|
50
0
80
|
72
20
0
|
85
90
80
|
70
65
95
|
95
95
95
|
80
80
85
|
表面處理不同不僅影響到二氧化鈦粒子上電荷的變化，而且還能改變其表面積和等電點時的pH,一般SiO2包膜量多等電點趨向于酸性側(cè)，Al2O3包膜量多則趨向于堿性側(cè)，按照ZnO>Al2O3>TiO2>SiO2的順序等電點升高，堿性加強，這樣制造二氧化鈦時，就可以通過改變Al2O3/SiO2比例來獲得二氧化鈦粒子表面上的電荷變化，從而可以改變顏料的工作特性。表5為不同表面處理類型二氧化鈦等電點的變化情況。
表6和表7為經(jīng)過不同表面處理的二氧化鈦在丙烯酸和水中的電荷變化。
如果二氧化鈦表面所吸附的離子很少或沒有，結(jié)果粒子呈性，那時的pH就是它的等電點。二氧化鈦顆粒在有電荷的存在下，在分散介質(zhì)中的有效粒徑應該是這個粒子本身加上這兩層雙電層的厚度，金紅石型TiO2在庚醇中的雙電層經(jīng)計算大約在1μm左右，如果粒子太小，由于布朗運動的碰撞使粒子接觸在一起(或受攪拌、包裝擠壓的影響)，這時范德華引力和靜電引力會使粒子凝聚在一起，但增大樹脂分子量，顏料顆粒上的電荷就顯得不很重要，困為大的樹脂分子可以抑制顏料粒子的運動。
表5 二氧化鈦的包膜類型與等電點
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序號
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包膜類型
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Al2O3/Al2O3+SiO2/%
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等電點
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1
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未包膜
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3.8
|
|
2
|
Al2O3
|
1.0
|
8.1
|
|
3
|
SiO2
|
0
|
2.0
|
|
4
|
Al2O3+SiO2混合
|
0.63
|
6.8
|
|
5
|
Al2O3+SiO2混合
|
0.63
|
6.1
|
|
6
|
Al2O3在SiO2上
|
0.64
|
7.4
|
|
7
|
SiO2在Al2O3上
|
0.66
|
4.5
|
|
8
|
Al2O3+SiO2混合
|
0.49
|
5.1
|
|
9
|
Al2O3+SiO2混合
|
0.33
|
2.5
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表6 丙烯酸涂料中TiO2顏料的電荷
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二氧化鈦的處理
|
電荷
|
二氧化鈦的處理
|
電荷
|
|
無處理
|
±
|
Al2O3-SiO2-Tio2處理
|
+
|
|
Al2O3-TiO2處理
|
++
|
||
|
Al2O3-SiO2處理
|
+
|
Al2O3-SiO2①-Tio2處理
|
－
|
注：SiO2①為SiO2包膜量多的場合。
表7 TiO2顏料在水中的電荷
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二氧化鈦的處理
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pH=5(醋酸)
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pH=7
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pH=9(氨)
|
|
無處理
|
±
|
－ －
|
－ －
|
|
Al2O3-TiO2處理
|
++
|
±
|
±～—
|
|
Al2O3-SiO2-TiO2處理
|
+
|
－
|
－
|
|
Al2O3-SiO2處理
|
+
|
－
|
－
|
|
Al2O3-SiO2①-TiO2處理
|
+
|
－
|
－ － －
|
注：SiO2①為SiO2包膜量多的場合.
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