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雪白颜料(白色颜料的过去、现在及未来)

在建筑涂料中常用的白色颜料有二氧化钛(钛白)、氧化锌和锌钡白等。白色不但在建筑色彩中占着最高用量之一,在我们日常用品中亦然。本文让我们看看白色颜料的过去、现在及未来。

白色颜料最早可以追溯到公元前1万年的中石器时代,当时的白色颜料来之白垩(天然碳酸钙)。铅白是最早通过人工方法制造的白色颜料,在公元前4世纪,古希腊人就掌握了铅白的加工方法,制得的漆膜遮盖力强,一直到19世纪以前,它都是质量最优的白色颜料,缺点是在空气中可能会变色。

直到19世纪中叶,法国涂料企业利用氧化锌大量制造涂料,并发现相比于铅白,氧化锌具有更优的光泽度和流平性,制得的涂层硬度高、韧性好,并且克服了铅白在空气中可能变色的不足。随后,在19世纪中后期,锌钡白(立德粉)在英国一家颜料工厂开发成功,在化学稳定性和价格方面的优势超越氧化锌。半个世纪之后的20世纪20年代,钛白同样在英国得到工业化生产,至今仍是综合性能最好的白色颜料,占白色颜料用量80%。

为了得到性能更好的涂层,二氧化钛在不同配方和体系中需要进行表面改性。未处理的二氧化钛表面极性强,亲水性好,在用于溶剂型涂料中时,需要进行亲油性表面改性。如经过山梨醇、三乙醇胺、十二烷基苯磺酸钠、钛酸正丁酯、硬脂酸钠改性的二氧化钛,表面由亲水性变为亲油性,包覆改性后在有机溶剂中的兼容性得到很大的提高。在水性体系中,相比于其它颜料,钛白因密度大(4 g/cm3左右),仍具有沉降絮凝等风险,利用亲水性有机物进行包覆改性,可以一定程度上改善沉降的趋势。

另外,二氧化钛具有一定的光化学与光催化活性,对成膜后的树脂产生催化分解的作用,降低涂层的耐候性。通过无机物改性可以降低这类副作用。铝和硅的水合氧化物是最常见的无机包覆物质,如利用氧化铝对二氧化钛进行包覆,可以显着避免粉化等缺陷。

在喷墨打印应用中,白墨相对于其它四色墨水的稳定性较差,如果长期不用,可能会因钛白颜料沉淀絮凝而使打出的白色不均匀,甚至会出现打印喷头故障等严重问题。目前可以通过定时摇晃、搅拌、打印测试、管路清洁等手段解决这些问题,但操作复杂,耗时耗力。如何开发出性能与其它四色墨水相近的白墨,仍旧是一个不小的挑战。

近年来,国际癌症研究所报道出钛白对鼠类具有一定的致癌性,2017年,欧洲化学品管理局将二氧化钛归类为通过吸入途径疑似引起癌症的物质,提议将钛白粉归在2类吸入型致癌物。关于二氧化钛的毒性如今仍在广泛讨论,各国也在进行相应的研究并制定对应的政策。

纵观白色颜料的发展史,是否能够通过改性手段降低二氧化钛的毒性,或者在不久的未来开发出二氧化钛的替代品,让我们拭目以待。


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