钛白粉耐候性的快速表征

马英华，于学成，姜志钢，金东洲，许红英，穆红馨
（锦州钛业有限公司，辽宁锦州121005）

0 引言
钛白粉是一种应用广泛的无机颜料，学名二氧化钛，物理性能优异，化学性质稳定。但是二氧化钛本身具有光敏性，能发生催化化学反应。当钛白粉用在涂料、塑料中时，这样的反应会促使产品粉化、黄变、失光。为了改善这些不足，钛白粉生产企业对二氧化钛进行表面包覆处理，在二氧化钛颗粒表面包覆二氧化硅、三氧化二铝、二氧化锆等金属氧化物膜来降低二氧化钛的光活性，提高产品耐候性。耐候性的传统检测方法是日光曝晒，一般最短需要12 个月，近年来为缩短老化试验周期，人们研制出人工加速老化箱，模拟自然条件下的风吹、日晒、雨淋，使老化试验可在2 个月内完成，但仍无法满足生产控制及产品研发的需要。
为了快速测定钛白粉的耐候性，本方法参考美国杜邦公司的专利《钛白粉酸溶解度》，采用过氧化氢比色法测定在恒温175 ℃条件下1 h 内溶解的二氧化钛量。其原理是利用浓硫酸可溶解二氧化钛而溶解二氧化硅困难的特性，对经过二氧化硅、三氧化二铝表面包覆处理的钛白粉用浓硫酸溶解，如果二氧化硅对二氧化钛粒子包覆的均匀、致密，则溶解出的二氧化钛量就少，相反溶解的二氧化钛的量就多。在二氧化钛表面包覆二氧化硅量相同的条件下，比较在恒温175 ℃浓硫酸条件下，1 h 内溶解二氧化钛的量即酸溶性，值越高说明浓硫酸穿透二氧化硅膜溶解二氧化钛的速度越快，则二氧化硅膜有缺陷，产品耐候性差；值越低说明浓硫酸难以穿透二氧化硅膜，即二氧化硅膜包覆层均匀致密，产品耐候性好。利用本方法评定钛白粉耐候性的结果与人工加速老化箱进行老化2 个月的结果进行对照，两者一致性很好。本方法可在2 h 内完成，准确度高，精密度好，用于生产控制和新产品研发中快速评定钛白粉表面处理的优劣，取得了极好的效果。

1 试验部分
准确称取钛白粉样品0.1000 g 置于100 mL 小烧杯中，加入浓硫酸10.0 mL 并分散搅拌，置于已恒温175 ℃的油浴中；1 h 后，取出烧杯，迅速加入碎冰块使样品溶液骤冷，将样品溶液转移至100 mL 容量瓶中，以蒸馏水稀释至刻度，混匀；过滤后，准确移取10.0 mL澄清滤液于100 mL 容量瓶中，加入2.0 mL 过氧化氢，以蒸馏水稀释至刻度，摇匀；在室温下静止5 min；随同试样做空白试验；在410 nm 波长处用1 cm 比色皿以空白溶液为参比测其吸光度。

2 结果与讨论
2.1 温度的选择
恒温油浴温度的高低对分析结果有很大影响，若温度太高，即使是耐候性很好的钛白粉也会得出高的酸溶解度值，且结果重现性差；温度太低，则耐候性好的钛白粉酸溶度值几乎为零，均不利于不同钛白粉的比较。试验表明，恒温175 ℃下，浓硫酸溶解钛白粉1h，不同型号钛白粉酸溶度值有较明显的区别且精密度较高，见图1。

2.2 样品溶解时间的确定
样品在热浓硫酸中的溶解时间对产品酸溶性有很大影响。与温度对产品的影响相同，溶样时间短不利于产品之间酸溶性的对比，时间长，精密度变差。试验表明，175 ℃下浓硫酸溶解1 h 是最佳条件，见图2。

2.3 显色剂、酸度的确定
因为过氧化氢与二氧化钛的显色反应是比较经典的比色分析方法，故未进行不同显色剂及酸度的试验，直接选择过氧化氢为显色剂，显色酸度为3.6 mol/L。
2.4 显色时间的选择
试验表明，过氧化氢与二氧化钛在5 min 内即可显色完全，试验比较了曲线各点不同显色时间的吸光度值，结果见表1。
表1 曲线各点不同显色时间的吸光度值

2.5 最大吸收波长的选择
试验比较了曲线在400 nm、410 nm、420 nm、450nm 波长下的吸光度值，确定最大吸收波长为410 nm，结果见表2。
表2 吸收波长不同的吸光度值

2.6 方法的精密度
选择一批国外通用型钛白粉为控制样品，在上述条件下对其进行连续8 次测定，平行测定结果为：2.05、2.03、1.98、1.95、2.08、2.06、2.10、）1.95，平均结果为2.03，相对标准偏差为0.12%。
2.7 人工加速老化试验
将试验样品制成漆膜（树脂：丙烯酸），在人工老化箱内老化2 个月，老化结果以失光率、黄变量（黄变量= 老化后黄相值- 老化前黄相值）表示。因国外某专用产品1 与国产金红石型1 两产品非涂料专用，本试验无法选用。所以选择一批国外高耐候性产品进行比较，对比结果见表3 ~ 4。

3 结语
借鉴杜邦公司分析方法，克服了分析过程中油位、酸浓度、加入量等各个因素对精密度的影响，得到了精密度良好的分析结果。方法能够正确、快速评定以硅铝进行表面处理的钛白粉的耐候性，实现了对钛白粉硅铝包覆工艺的指导。在目前国产通用型钛白粉居多，专用型产品缺少的状况下，借鉴国外先进经验，开发适用的检测方法，对研发高耐候性产品、专用型产品，起到了极大的促进作用。