钛白粉光学理论报告.doc

钛 白 粉 光 学 理 论 Optical theory 图1 由子引起的光线折射(除了很少部分是由颜料所吸收之外)于是涂膜就会呈不透明状，洁白而光 折射和绕射 ??? 光线通过和绕过颜料粒子时，粒子对光线的折射和绕射造成光线的散射或弯曲。 1a 反射散射 图 l显示折射现象，其中球形表示二氧化钛粒子，由于漆膜中颜料粒子及基料折射率之不同、故当光线穿越后、必然产生曲折现象。图2显示绕射现象。行进路线靠近二氧化钛粒子的光线受到弯曲、而分开散射到许多方向。这一现象说明颜料在其临近区域对光的散射能力数倍于其粒子横截面内。 2 小粒子周围的光线衍射（绕射） 射 率 3表示两个含颜料漆膜的横切面，演示了折射率的差别怎样影响光的散射和盖遮力。在含有高折射率颜料的漆膜中(上图)光线比在含有低折射率颜料的漆膜中弯曲较多(下图)，所以射入漆膜之光线所经过的路径长度较短，因而不能深入。实际上两种漆膜都呈白色不透明状，因为其皆没有存在吸收光线的粒子，所以全部入射的光线亦都会返回表面。然而，如果漆膜厚度如虚线(X)所示，而且放在黑色背景上，那么，含有低折射率颜料的漆膜能使部分光线进入黑色背景而被吸收，则漆膜就不会完全不透明，与白色的漆膜相比较，则呈现灰色。 3 光线在漆膜中的行经路线 ??? 要了解金红石型二氧化钛(Rutile)、为什么在遮盖上能有这么大的优点,只需将金红石型二氧化钛与锐钛型(Anatase)二氧化钛的折射率和其它商用白色颜料以及油漆基料的折射率相比较则可以看出来(表一)。一般来说颜料的折射率和周围的介质之折射率差别越大，光线的折射就越大。 油漆制造所使用的某些颜料和基料的折射率 折射率 基料或介质 硅藻土 1.45 真空 1.0000 二氧化硅 1.41-1.49 空气 1.0003 碳酸钙 1.63 水 1.3330 重晶石 1.64 聚醋酸乙烯酯树脂 1.47 陶土（白土） 1.65 大豆油 1.48 硅酸镁 1.65 精制亚麻仁油 1.48 立德粉 1.84 乙烯树脂 1.48 氧化锌 2.02 压克力树脂 1.49 氧化锑 2.09-2,25 桐油 1.52 硫化锌 2.37 氧化大豆油醇酸树脂 1.52-1.53 锐钛型二氧化钛 2.55 苯乙烯丁二烯树脂 1.53 金红石二氧化钛 2.73 70/15/15醇酸//尿素 1.54 75/25醇酸/三聚氰胺 1.55 4 金红石型二氧化钛(Rutile)与锐钛型(Anatase)的比较 R型二氧化钛结晶中堪积较紧密A型二氧化钛：3.84，R型二氧化钛：4.26A型二氧化钛：2.55，R型二氧化钛：2.73R型二氧化钛大约高出30％R型二氧化钛较稳定，较不易粉化R型二氧化钛对紫外线(360—400nm)吸收力较强。 5 折射率对不透明性的影响PVC=20%丙稀酸树脂折射率为1.5 图5表示折射率不同的几种白颜料的不透明性差别。 5a＞相对遮盖(以金红石型为100计) ???? 很有趣的是，当空气渗入漆膜内。如调制颜料含量高的油时，基料本身的平均折射率减少，颜料和周围介质之间的折射率差别加大，光线散射增多。室内油漆的配制者利用这种效应(有时称为干膜平光遮盖)，以增进二氧化化钛的遮盖效率。 ??? 如果要有效地散射光线，二氧化钛颜料粒子的直径应该略小于散射光线波长的一半，因为肉眼对黄一绿光(大约0.55微米)最敏感，涂料用二氧化钛颜料的平均直径在0.2和0.3微米之间。 ??? 图6中的曲线是用很稀的系统，以理论推导出的，曲线表明R型二氧化钛对蓝色、绿色和红色光线的相对散射能力为粒子大小的函数。在0.2微米处，各波长光线散射的总和就增至最大。当粒子增加至0.25和0.30微米之间时，蓝色光线的散射迅速减少，但绿色和红色光线的散射却相对地不变。在0.15微米处对应于蓝色光线的最大散射，光谱中红和绿范围内的光线散射就显著下降。 6＞相对光线散射率与 R型钛白粉粒径大小的关系 ??? 在着色至完全遮盖的不吸光白色漆膜内，改变颜料的粒子大小，对颜色没有影响，因为碰到表面的光线全部反射，图7代表这样的一种白色漆膜，用图解形式说明了这一点。蓝光线的波长和散射光程度最短，红光线的波长和散射光程度最长，这两种光线全部反射，视觉效应相同，好象全部光线的光程长度都相同。 7＞白漆引起的光散射 8表示；如果把吸光性颜料(例如炭黑)加入到漆膜内，光程较长的红光线有较多的机会被吸收。反射出的色调看来会更蓝。正如以前所述，随著二氧化钛粒径减小，红色光线散射则下降，蓝色增强。这样，在含有吸收光线的物质的油漆内，减小二氧化钛的粒子就会增强蓝色程度。这种现象是散射颜料所固有的，称之为底彩(色相)。 8＞光线在