一． 钛白粉简介

钛白粉化学名称为二氧化钛（TiO2），分子量79.88

英文名称：Titanium Dioxide

钛白粉为白色无机颜料，钛白粉颜料被认为是世界上最重要的白色颜料，广泛应用于涂料，塑料、造纸、印刷油墨、化纤、橡胶等。

二氧化钛在已知所有白色颜料中折射率最高，（金红石型2.71，锐钛型2.55）。因此具有很高的遮盖力和优良的光学性能。

二氧化钛的最佳粒径在0.2~0.3μm ，在这个粒径之间，二氧化钛具有最佳的反射和散射光的能力，以达到最佳的遮盖力。

钛白粉有两种主要结晶形态，锐钛型（Anatase)，简称A 型；金红石型（Rutile）,简称R型。
  

钛白粉的工业生产方法有硫酸法和氯化法两种。硫酸法既可生产锐钛型产品，又可以生产金红石型产品，硫酸法的生产工艺开发较早，但其生产工艺复杂。氯化法采用连续生产工艺，过程简单，产品质量容易控制，所以一般认为氯化法钛白粉产品的质量更优异。

二氧化钛颜料的另外一个重要性能是—优异的抗化学性，优良的热稳定性和耐紫外降解性能。在耐紫外性能方面，金红石优于锐钛型，所以金红石型二氧化钛更适合于塑料及涂料的户外应用。锐钛型比金红石型稍偏蓝，主要用于室内用涂料，造纸、橡胶、化纤、陶瓷等。

二氧化钛颜料，金红石型和锐钛型都可以经过表面处理以改善性能，提高分散能力和不透明性。表面处理有无机表面处理和有机表面处理。无机表面处理主要用硅，铅的氧化物膜 ，以提高二氧化钛的分散性，抗凝聚性和耐候性。有机表面处理则能减少二氧化钛的吸湿性并使之在不同介质中能更好，更均匀的分散。

二． 钛白粉的主要性质

1．物理性质

   二氧化钛是一种多晶型的化合物，在自然界中有三种结晶形态：金红石型，锐钛型和板钛型。板钛型不稳定，在 650℃ 下会向金红石型转化，因而没有工业价值。锐钛型在高温下（ 700℃ ）以上能够转变成金红石型，金红石型与锐钛型相比，因晶格较小而紧密，所以具有较高的折射率。

金红石型和锐钛型的晶型结构如图所示：

金红石型和锐钛型钛白粉物理性能比较

物性                                 金红石型                          锐钛型

结晶系                               四方晶系                          四方晶系

相对密度                              4.2                                3.9

折射率                                2.71                               2.52

莫氏硬度                              6~7                               5.5~6

电容率                                114                                31

熔点/℃                               1858                          高温时转变为金红石型

晶格常数 a/nm                         0.458                               0.378

晶格常数 c/nm                         0.795                               0.949

目前，工业用钛白粉都是无味无臭的白色粉末，粒径为0.2~0.5μm的初级粒子。

2．化学性质

二氧化钛的化学性质极为稳定，相对分子量为79.9 ，常温下几乎不与其他元素或化合物作用，对氧，氨、氮、 

硫化氢、二氧化碳、二氧化硫都是稳定的。二氧化钛在长时间煮沸的情况下溶于浓硫酸，反应方程式如下：

TiO2 ＋HiSO4=TiOSO4＋ H2O

悬浮在其他有机介质中的钛白粉，在光和空气的作用下，尤其是紫外线照射下，可循环地被还原与氧化而导致介质的被氧化。

3．光学性质

1．折射率   颜料的折射率是不透明度，遮盖力和着色力的物理基础，由于钛白粉的折射率在白色颜料中最大，所以遮盖力最好，而金红石型的折射率较锐钛型大，所以其性能优于锐钛型。

各种白色颜料的折射率和被着色基料的折射率

白色颜料             折射率            基料或介质              折射率

二氧化硅                1.41~1.49               空气                       1.0003

碳酸钙                    1.63                  水                         1.3330

陶土（白土）              1.65                     聚乙稀                    1.50~1.54

硅酸镁                    1.65                  SAN                       1.56

立德粉                    1.84                  聚碳酸酯                   1.59

氧化锌                    2.02                  聚苯乙烯                   1.60

氧化锑                    2.09~2.29             氧化大豆油醇酸树脂         1.52~1.53

硫化锌                    2.37                  苯乙烯丁二烯树脂           1.53

锐钛型二氧化钛            2.55                  70/15/15醇酸/三聚氰胺/尿素  1.54

金红石型二氧化钛          2.73                  70/25醇酸/三聚氰胺         1.55

下图为光线在含有不同折射率白色颜料的薄膜中的行进路线：

左图因颜料折射率较高，所以薄膜为白色不透明，而右图因少量光线可以透过，则不是完全不透明。

2．散射强度

光散射也是一个影响颜料分散光线能力的因素。二氧化钛粒径大小与蓝色，绿色和红色光线的相对散射能力相反。

如图 在0.2μm处，各波长光线散射总和最大，当粒子在0.25~0.3μm时，蓝色光线散射减少，其它光线散射相对不变，在0.15μm处蓝色光线散射最大，光谱中红色和绿色光线散射显著下降。理想的二氧化钛粒径应为0.2~0.5μm，由于人们的视觉总认为白色偏蓝比纯白色更白，所以0.2μm粒径的二氧化钛显得更白，并且具有更高的遮盖力。

3．遮盖力

遮盖力指当一件物料涂以某种涂料时，涂料中的颜料能遮盖被涂物体表面的底色，使之底色不能透过涂料显露出来的能力。

遮盖力的表示方法是每平方厘米被涂物体的表面积，在完全被遮盖时所需颜料的最低质量。

遮盖力=颜料质量（g）/被涂物体表面积（cm）

二氧化钛颜料在工业中最重要的作用，在于利用它被分散到介质中的不透明性，从而达到遮盖的作用。

颜料的遮盖力不但取决于它的晶体结构、折射率和对光的散射能力，也取决于它对光的吸收能力。 二氧化钛和其它的白色颜料一样，它对光的吸收能力很小，光的散射能力对遮盖力的影响比光的吸收能力大，所以其遮盖力主要受散射力的影响，和着色力一样也受到颜料的折射率、粒径、粒径分布和分散性能的影响。

折射率大的颜料有较大的遮盖力（HP），颜料与基料的折射率之差越大，遮盖力也越高。并且如果两者的折射率相等，涂膜即呈现透明。所以同一种颜料的遮盖力应随基料（展色剂）的不同而不同。可是不同基料的折射率差异不大，所以一般来说不同基料引起的遮盖力差异也不大。

常见白色颜料遮盖力的相对值

颜料名称                遮盖力相对值             颜料名称             遮盖力相对值

金红石型二氧化钛            100                  三氧化二锑                14

锐钛型二氧化钛               78                  碳酸铅                    10

硫酸锌                       38                  硫酸铅                     9

立德粉                       18                  硅酸铅                     8

氧化锌                       14               

可以看出白色颜料中金红石型二氧化钛的遮盖力最高。

影响二氧化钛遮盖力的主要因素有以下几个方面：

1）  二氧化钛晶体本身的折射率，钛白粉的折射率是白色颜料中最高的。因而，从理论上说，它的遮盖力也是最高的。

2）  二氧化钛的颗粒大小，颗粒结构和分散程度影响其遮盖力。

在大于可见光半波波长的范围内，粒径越细，颗粒结构越光滑，分散性越大，则遮盖力越大。但有一定的限度，当平均粒径为0.2μm时，遮盖力最大，小于可见光波长一半时，则由于晶体对光的透明性使遮盖力反而下降。所以说，粒子过大过小都不好。

4．着色力

着色力是二氧化钛的重要特性指标，是指二氧化钛与另一种颜料混合后，所得到混合物显示它本身颜料的能力。一般习惯用雷诺值（Ranolds）来表示着色力。

着色力是颜料对光的吸收和散射的结果。二氧化钛是一种白色颜料，对光的吸收非常小，因此其着色力的大小，主要取决于它对可见光的散射能力，散射力大，着色力就高。

常用白色颜料折射率与着色力对比表

颜料名称                          折射率                                          着色力（雷诺值）

金红石型二氧化钛                   2.71                            1650~1700

锐钛型二氧化钛                     2.55                            1200~1300

硫化锌                             2.37                              660

锌白                               2.03                              300

铅白                               1.99                              300

立德粉                             1.84                              260

由此得出二氧化钛在白色颜料中折射率最高，因而着色力也大于其它白色颜料。

同遮盖力一样，二氧化钛的着色力与二氧化钛的粒径，粒径分布和分散性有很大的影响。

5．光泽

光泽是指物质对投射来的光线的反射能力，反射能力越强，光泽度越大，反之越小。

二氧化钛的反射率很高，由于它既有高的不透明度，又有高的反射率，因此经它着色后的材料色彩鲜明。

影响二氧化钛成膜后光泽度的主要原因是它的粒径和分散性。如果粒径很细，又能均匀分散到漆料中，则涂抹平整，光泽度就高，反之，光泽度就低。

6．着色底相

着色底相又称为底层色相。它受二氧化钛的平均粒径和散射能力的大小影响非常明显，不同的粒径在不同的波长下会呈现不同的色调。公式如下：

底色=蓝色调/红色调

当二氧化钛的平均粒径为0.2μm时，它对可见光中短波蓝光（400nm）有较强的散射力，底层色相带有微弱的蓝相，当二氧化钛的平均粒径在0.4μm时，它对可见光中的长波红光（700 nm）有较强的散射力，底层色相带有微弱的红相。

在取色时，使用正确底色的钛白粉对精确取色而言，至为重要。

三． 钛白粉的表面处理

1．  无机处理

钛白粉的晶型决定其基本品种的性质，而表面处理则对钛白粉的专用品种和性质起主要作用。目前，世界上几乎所有的金红石型钛白粉的部分特殊用途的锐钛型钛白粉都是经过表面处理后才出售的。

（1）       Al₂O₃包膜

在TiO₂粒子表面用Al₂O₃包覆，可显著提高TiO₂的抗粉化性和保色性。在树脂类涂料中，还能提高其分散性能，Al₂O₃包膜是所有包膜工艺中最简单的。

（2）       Al₂O₃/SiO₂ 包膜

它的应用最为广泛的，目前市场上流通的金红石型钛白粉，绝大部分都含有Al₂O₃/SiO₂ ，其中SiO₂

能增加TiO₂的耐久性，降低TiO₂的表面活性。

（3）       SiO₂ 包膜

其工艺复杂， SiO₂ 包膜分为致密膜和多孔膜。致密包膜后TiO₂的耐候性特别好。常用于高光泽，高耐久性的磁漆和塑料等。使用多孔薄膜的TiO₂，能赋予乳胶漆较高的干遮盖力。

2．  有机处理

TiO₂是一种极性很强的物质，为了提高在弱极性介质中的分散性，需要在钛白粉的表面提供一种亲有机物质的表面，基本原理是加入表面活性剂或其它助剂，借以降低TiO₂和介质之间的表面张力，使介质容易取代吸附在TiO₂表面的空气和水，使TiO₂颗粒实现分离。

以杜邦的塑料用钛白粉为例，不同的表面包覆即钛白粉品种如下：

Ti-Pure^? 物理性能 – 塑料牌号