二氧化钛(TiO2)颜料对PVC异型材耐候性的作用.doc

二氧化钛（Ｔ ｉ ０２）颜料对ＰＶＯ异型材耐候性的作用 杜邦中国集团有限公司钛白科技事业部高翔陆明兰周逸平摘要：金红石型二氧化钛（Ｔｉｏｚ）颜料，是保障ＰＶＣ异型材耐候性的重要组分。它能够吸收紫外光来减 少型材内部树脂发生光、氧老化而变色；同时它通过对可见光的散射和折射作用可以对ＰＶＣ的变 色产生遮盖作用；作为半导体材料，Ｔｉ０：光催化氧化作用也会产生导致型材失光、粉化和铅灰等 不利作用。本文阐述了一般规格钛白粉和耐候规格钛白粉在对ＰＶＣ异型材耐候性作用上的区别， 并提出以酸溶解度的方法评定Ｔｉ０２表面包覆的致密程度及其耐候等级。老化试验数据证明， 经 高效耐候性表面包覆处理的杜邦金红石Ｔｉ０２颜料Ｔｉ－Ｐｕｒｅ Ｒ－１ ０５可以为ＰＶＣ型材提供优异的保光、 保色性。 关键词：Ｔｉ０２颜料，ＰＶＣ异型材，耐候性 二氧化钛（Ｔｉ０２）颜料，即钛白粉，是目前世界上公认的性能最好的白色颜料，具有无毒、最佳不透明性、最佳白度和光亮度的特性。它包括金红石和锐钛两种晶型。在塑料制 品中加入金红石型钛白粉，可以有效的提高塑料制品的耐热、耐光及耐候性，改善塑料制品 的物理化学性能，延长使用寿命。ＰＶＣ异型材为了符合门窗长期户外使用的要求，必须有极好的耐候性。而白色ＰＶＣ型材抵御紫外光破坏的最有效方法就是加入高耐候规格的金红石型钛白粉。Ｔｉ０２颜料在ＰＶＣ型材配方中既是白色颜料，更是重要的光屏蔽剂。耐候型ＴｉＯ。颜料与适当的热稳定剂合用可以为ＰＶＣ提供良好的光稳定性，有效延长型材使用寿命，增加型材保持颜色、光泽和力学强度的能力…。 钛白粉是保障型材耐候性的核心组分之一，而关于其对ＰＶＣ异型材耐候性的作用机理， 目前鲜有文献报道。本文拟从光学及物理化学作用的角度探讨此机理，从而为ＰＶＣ异型材专用耐候规格金红石钛白粉的选择和应用提供相关理论依据。 钛自粉对ＰＶＣ异型材耐候性的作用主要表现在三个方面。第一， ２０ｉＴ．外紫对 光的吸收作用，有效的降低了型材内部树脂分子的光氧降解现象。第二，Ｔｉ０２对可见光的折射作用，??限制了ＰＶＣ分子结构中多烯结构和其它杂质对光的吸 收。从而能够诟?/BＰＶＣ老化而引起的表观变化，如黄变现象。第三，Ｔｉ０２吸收紫外光后的光催化的作用。这种催化作用，可以导致高聚物的逐步降解，型 材表面光泽降低。并随颜料一层层暴露，而逐步发生粉化。对于铅盐稳定体系，Ｔｉ０２ 的光催化效应还有可能导致铅还原现象发生，使得型材发生灰黑色变现象。所以，应 用在ＰＶＣ异型材的Ｔｉ０２颜料，必须经过有效耐候性表面包覆来抑止其光催化活性。１ Ｔｉ ０２对紫外光的吸收作用 地球上接受太阳辐射光的波长范围为２９０—１４００ｎｍ，其中波长范围在４００ｎｍ以下的紫外光具有足够的能量对聚合物产生破坏作用。以ＰＶＣ为例，紫外光可使ＰＶＣ分子中Ｃ—Ｈ键和Ｃ—Ｃｌ键断裂，脱出ＨＣｌ，生成共轭多烯结构导致型材老化变色【２ｑ】。在正常条件下Ｔｉ０２是一种ｎ型半导体，而金红石型能级差疋为３．０５ｅＶ，这相对应于４２０ｎｍ波长吸收边缘。这说明，Ｔｉ０２可以吸收能量高于４２０ｎｍ的紫外而以激发Ｔｉ０２晶体结构中内层电子的跃迁。Ｔｉ０２对紫外光的吸收作用，是体现其对材料保护作用的根本原因１５”７｜。 图１ Ｔｉ０２的光吸收曲线图１为金红石与锐钛两种晶型钛白粉对不同波段光线的反射曲线。从中可以看出，在可见光的波长范围内，两种Ｔｉ０２的反射率基本上都接近１００％，这说明Ｔｉ０２是一种极佳的白色颜料。在４００ｎｍ以下的波长范围内，金红石型、锐钛型Ｔｉ０２呈现不同的紫外光反射曲线。金红石型对这一波段光的反射率低于锐钛型。反言之，金红石型钛白粉在紫外光波段的吸收能力比锐钛型高。所以，金红石型钛白粉在对聚合物有破坏力的紫外光波长段内可更有效的吸收紫外光，降低紫外光对周围聚合物基体的破坏。这也说明为何金红石型钛自粉的耐侯性比锐钛型好。 加０ ∞９ 雌８ 们７ 嘶６ 吣５ ¨４ 吣３ 勺ｏ＝一昌∞口昌■羔兽ｒｌ目。墨ｕ皇岛 眦２ 叭， ∞Ｏ Ｄｅｐｔｈ ｆｒｏｍ ｓｕｒｆａｃｅ，ｍｉｃｒｏｎｓ 穿透深度／岫 图２ Ｔｉ０２对光屏蔽作用模型 图３ ＰＶＣ材料内部距表面不同深度区域不同 波长光波的穿透率（ＴｉＯ，２，５ ｐｈｒ／１．６ ｖ０１．％） 金红石Ｔｉ０２对紫外光的吸收作用可以使紫外光在材料内部穿透作用限制在一个很浅的距离（表面层），这也就是Ｔｉ０２对紫外光的屏蔽作用之所在。图２表示了Ｔｉ０２颜料对紫外光屏蔽作用的模型，从图中可以看出，紫外光在在添加了均匀分散的Ｔｉ０２颜料粒子的聚合 ．．１４５．．物基体中，其穿透的距离明显变短，而材料内部大部分深度的基体可以免受紫外光的照射。 图３对上述的Ｔｉ０２对基体中紫外光的屏蔽作用进行了定量描述。依椐所测分散在聚乙烯基体中Ｔｉ０２的吸收系数（Ｋ