Wskaż Lidera Polskiej Chemii













Logo Chemical Online

Zastosowanie bieli tytanowej w farbach

05.01.2007 22:55:00

Pigmenty ditlenku tytanu (popularnie zwane bielą tytanową) są najważniejszymi i najbardziej rozpowszechnionymi pigmentami nieorganicznymi. Swoją popularność zawdzięczają przede wszystkim unikalnej zdolności do nadawania nieprzezroczystości, jasności i jaskrawości pigmentowanym wyrobom połączonej z wysokim bezpieczeństwem stosowania. Poza wyjątkowymi walorami pigmentacyjnymi ditlenek tytanu jest doskonałym absorberem destrukcyjnego promieniowania ultrafioletowego, jest bierny chemicznie, nierozpuszczalny, stabilny termicznie oraz nietoksyczny.

Wypadkowa właściwości ditlenku tytanu decyduje o niezmiernie szerokim i stale rosnącym zastosowaniu bieli tytanowej. Najważniejszym jej odbiorcą są przemysły: farb i lakierów, tworzyw sztucznych oraz papierniczy. Ponadto biel tytanowa znajduje zastosowanie także w przemyśle włókien sztucznych, emalierskim, ceramicznym, gumowym, cementowym, bitumicznym, skórzanym, kosmetycznym, farmaceutycznym a nawet żywnościowym (E171).

Przemysł powłokowy zużywa ponad połowę produkcji pigmentów ditlenku tytanu stosowanych głównie w celu uzyskania odpowiedniej barwy i nieprzezroczystości powłok. Obecność pigmentu w powłoce zwiększa jej trwałość oraz poprzez zapewnienie wysokiego krycia podłoża pozwala na ograniczenie jej grubości, a tym samym poprawę jej własności użytkowych.
Struktura produkcji i zużycia farb jest silnie zróżnicowana geograficznie, co wynika z indywidualnych cech danego rynku (rozwoju gospodarczego, poziomu zamożności, wymagań jakościowych i środowiskowych, tradycji, itp.). Dominującą rolę pełnią farby rozpuszczalnikowe, z tym, że rośnie udział farb bardziej przyjaznych środowisku: rozpuszczalnikowych typu high solids, wodorozcieńczalnych czy proszkowych. Rozwija się także produkcja farb utwardzanych promieniowaniem oraz farb dwuskładnikowych.

Poza powyższym podziałem farb uwzględniającym charakter spoiwa farby dzieli się również wg innych kryteriów:
- warunków ekspozycji (wewnętrznego i zewnętrznego stosowania),
- przeznaczenia (architektoniczne, przemysłowe, motoryzacyjne, tusze drukarskie, farby do znakowania dróg),
- własności powłoki (wysokopołyskowe, półpołyskowe, matowe).

We wszystkich z powyższych grup możemy mieć do czynienia z farbami rozpuszczalnikowymi, wodorozcieńczalnymi, proszkowymi, utwardzanymi promieniowaniem.
Z uwagi na mnogość produktów w przemyśle farb stosowana jest pełna paleta rodzajów (anatazowe i rutylowe) oraz gatunków pigmentów ditlenku tytanu (od nieobrabianych, poprzez obrabiane powierzchniowo, do specjalnie obrabianych spełniających najbardziej wyszukane wymagania). Pigmenty anatazowe (z natury mniej odporne) stosowane są w tanich farbach dyspersyjnych, w farbach samooczyszczających się, w farbach do znakowania dróg. Zastosowanie pigmentów rutylowych jest daleko szersze i obejmuje praktycznie wszystkie rodzaje farb.

Farby rozpuszczalnikowe
W przeszłości zdecydowana większość farb miała charakter rozpuszczalnikowy. Obecnie, ze względów środowiskowych, farby te ustępują miejsca innym, np. wodorozcieńczalnym czy proszkowym. Nie zmienia to jednak faktu, że w strukturze produkcji zajmują dalej pierwszą pozycję, szczególnie na słabo rozwiniętych rynkach (np. Azja, Afryka, Ameryka Pd.) i w niektórych branżach (np. farby przemysłowe). Najbardziej radykalne zmiany w strukturze produkcji farb zaszły w sektorze farb budowlanych, w którym udział farb rozpuszczalnikowych stanowi już tylko niespełna 30%, a decydujące znaczenie mają farby wodorozcieńczalne i to zarówno w zastosowaniach wewnętrznych jak i zewnętrznych.
Farby rozpuszczalnikowe znajdują zastosowanie zarówno do powłok podkładowych jak i nawierzchniowych. Bogaty asortyment żywic umożliwia otrzymywanie szerokiego wachlarza farb spełniających rozmaite wymagania w zakresie kosztów wytwarzania, trwałości i wyglądu powłok.
Do najczęściej stosowanych układów rozpuszczalnikowych zalicza się farby na bazie żywic alkidowych, poliestrowych, akrylowych, epoksydowych, epoksydowo-estrowych, poliuretanowych, silikonowych i fluorowanych. Niektóre z powłok rozpuszczalnikowych (np. poliuretanowe, silikonowe i fluorowane) spełniają najostrzejsze wymagania dotyczące trwałości i wyglądu.

Wychodząc naprzeciw rygorystycznym przepisom środowiskowym związanym z ograniczaniem emisji lotnych substancji organicznych, w ostatnich latach rozwinięto produkcję farb rozpuszczalnikowych o wysokiej zawartości części stałych (farby typu „high solids”). Znajdują one zastosowanie głównie jako farby podkładowe zapewniając odpowiednie krycie, odporność na korozję i dobrą przyczepność zarówno do podłoża, jak i do powłoki nawierzchniowej. Pojawienie się tych farb pozwoliło na zmniejszenie tempa spadku produkcji farb rozpuszczalnikowych.
Do farb rozpuszczalnikowych zazwyczaj stosuje się pigmenty rutylowe lekko obrabiane powierzchniowo tlenkiem glinu oraz dodatkowo krzemionką i/lub ditlenkiem cyrkonu w przypadku farb o wysokiej odporności na warunki atmosferyczne. W tej grupie szczególne znaczenie odgrywa jak najmniejszy rozmiar cząstek pigmentu, który wpływa na siłę krycia, zdolność rozjaśniania i połysk powłoki. Istotne znaczenie ma także niska liczba olejowa, pozwalająca na ograniczenie zawartości substancji lotnych w recepturze.

Farby wodorozcieńczalne
Szerokie zmiany zachodzące w kierunku ochrony środowiska (także legislacyjne) spowodowały wzrost znaczenia i produkcji farb wodorozcieńczalnych, które przyczyniają się do znacznego ograniczenia emisji organicznych substancji lotnych do atmosfery. Szczególnie widoczne jest to w USA, gdzie udział farb wodorozcieńczalnych stanowi około 60% ogółu produkowanych farb. Do najczęściej stosowanych układów wodorozcieńczalnych zalicza się farby na bazie żywic wodorozcieńczalnych (w przemyśle motoryzacyjnym, do powlekania tworzyw sztucznych, metalu, puszek) oraz farby lateksowe i emulsyjne (w zastosowaniach budowlanych).
Farby wodorozcieńczalne posiadają wiele zalet. Woda, w porównaniu do rozpuszczalników organicznych jest nietoksyczna, niepalna, pozbawiona zapachu, nie stwarza ryzyka w stosowaniu, ogranicza koszty, a farby utworzone na jej bazie dają się łatwo zmywać, a ich odpady łatwo utylizować. Poza wieloma niewątpliwymi zaletami woda jako rozpuszczalnik ma także wiele wad. Charakteryzuje się wysokim ciepłem parowania, co przekłada się na trudności z wysychaniem powłok, posiada wysokie napięcie powierzchniowe, co utrudnia zwilżanie pigmentów oraz pokrywanej powierzchni, zwiększa korozyjne właściwości farby, itp. W związku z tym, większość farb wodorozcieńczalnych zawiera niewielki dodatek substancji organicznych (rozpuszczalników, środków dyspergujących, itp.) mających na celu zmniejszenie napięcia powierzchniowego i ułatwienie tworzenia się powłok. Do wad farb wodorozcieńczalnych należy zaliczyć także relatywnie wyższy (w stosunku do farb rozpuszczalnikowych) udział ditlenku tytanu niezbędny do zapewnienia porównywalnych własności powłoki (np. wysokiego połysku). Mimo tych wszystkich wad, farby wodorozcieńczalne stosowane są coraz powszechniej, co ma związek z zaostrzaniem wymagań dotyczących dopuszczalnych emisji organicznych substancji lotnych.
W zależności od rodzaju farby wodorozcieńczalnej do jej wytwarzania stosuje się różne gatunki bieli tytanowej. W farbach o wysokich połysku stosuje się gatunki rutylowe lekko obrabiane powierzchniowo tlenkiem glinu oraz dodatkowo krzemionką i/lub ditlenkiem cyrkonu dla zwiększenia odporności na warunki atmosferyczne. Z kolei w farbach półmatowych i matowych znacznie lepsze rezultaty dają gatunki wysoko obrabiane tlenkiem glinu i krzemionką. Gatunki te, dzięki zjawisku tzw. „suchego krycia” są bardziej efektywne w powłokach o stężeniu objętościowym pigmentu (SOP) powyżej krytycznego.

Farby proszkowe
Farby proszkowe stanowią najszybciej rozwijającą się branżę przemysłu powłokowego. Wynika to przede wszystkim z ich walorów środowiskowych. Produkcji, nanoszeniu, czy wypalaniu powłok proszkowych nie towarzyszy emisja do otoczenia niepożądanych substancji, a wszelkie odpady powstające w trakcie nanoszenia podlegają recyklingowi. Obok tych oczywistych zalet, do ujemnych cech powłok proszkowych zalicza się zagrożenie wybuchem (mieszanki proszkowej z powietrzem), niezdolność do powlekania dużych lub czułych na ciepło powierzchni, wąski wachlarz surowców, mała elastyczność produkcji, ograniczenia co do wyglądu powłoki.
Obecnie farby proszkowe znajdują bardzo szerokie zastosowanie w przemyśle motoryzacyjnym (głównie do powłok podkładowych i powlekania części samochodowych), architektonicznym (powlekanie okien aluminiowych, witryn drzwiowych, powierzchni platerowanych), do pokrywania części urządzeń (sprzęt gospodarstwa domowego, obudowy urządzeń, kontenery). Powłoki proszkowe dzieli się na dwie kategorie: termoutwardzalne i termoplastyczne. Z uwagi na swoje słabości związane z proszkowaniem składników, wypalaniem, tworzeniem i odpornością powłok, powłoki termoplastyczne odgrywają mniejsze znaczenie.

Pigmenty ditlenku tytanu stanowią istotny składnik farb proszkowych zapewniający powłoce nieprzezroczystość, odpowiednią barwę oraz odporność na czynniki atmosferyczne (o ile jest to wymagane). Ponadto rodzaj pigmentu istotnie wpływa na połysk, elastyczność i czas żelowania powłoki. Do zastosowań wewnętrznych najczęściej stosowane są gatunki rutylowe obrabiane tlenkiem glinu, do zewnętrznych gatunki rutylowe obrabiane krzemionką i/lub ditlenkiem cyrkonu oraz tlenkiem glinu o najwyższej odporności.

Farby utwardzane promieniowaniem
Obok farb proszkowych wyraźny wzrost produkcji dotyczy również farb utwardzanych promieniowaniem. Wynika to z faktu, że generalnie farby te nie zawierają rozpuszczalników organicznych i w związku z tym procesowi tworzenia powłoki polegającemu na przekształceniu reaktywnych ciekłych składników farby w pełni utwardzoną powłokę praktycznie nie towarzyszy emisja organicznych substancji lotnych. Do zalet farb utwardzanych promieniowaniem należy zaliczyć także względnie krótki czas tworzenia powłoki (często nie przekraczający kilku sekund) oraz możliwość powlekania materiałów czułych na podwyższoną temperaturę (np. papieru, drewna, niektórych tworzyw sztucznych). Z kolei do ich wad zalicza się możliwość powlekania wyłącznie regularnych powierzchni (płaskich, cylindrycznych, itp.) pozwalających na zachowanie stałej odległości od źródła promieniowania, brak możliwości uzyskania powłok matowych, niską przyczepność do niektórych podłoży, względnie niska odporność na warunki zewnętrzne, wysokie koszty wytwarzania. W związku z powyższym farby te znajdują zastosowanie jedynie tam, gdzie farby konwencjonalne nie dają równie dobrych rezultatów. Najczęściej stosuje się je jako tusze drukarskie, głównie litograficzne, i farby do powlekania materiałów drewnianych (np. mebli, płyt wiórowych), wykładzin podłogowych, wyrobów z tworzyw sztucznych (powlekanie zabezpieczające przez nadmiernym ścieraniem), blach giętych, a ostatnio także do powlekania włókien optycznych, elementów elektronicznych, itp.

Stosowanie pigmentów ditlenku tytanu w farbach utwardzanych promieniowaniem nie jest proste z powodu ich wysokiej absorpcji promieniowania ultrafioletowego (szczególnie gatunków rutylowych). Z tego względu grubość powłok pigmentowanych ditlenkiem tytanu zazwyczaj jest niewielka (zwykle do 15 μm), co nie zawsze zapewnia pełne krycie podłoża. Ponadto, z uwagi na wysoką lepkość powłoki, stosowane pigmenty nie powinny charakteryzować się wysoką liczbą olejową.

Dobór pigmentu
Biorąc pod uwagę różnorodność rodzajów farb i stawianych im wymagań optymalne dobranie gatunku pigmentu do receptury farby nie jest sprawą prostą. Dla optymalnego wykorzystania właściwości pigmentacyjnych bieli tytanowej niezbędna jest szeroka analiza specyfiki pigmentowanego układu: m.in. rodzaju spoiwa, stężenia objętościowego pigmentu i wypełniaczy, kosztów produkcji, sposobu otrzymywania powłoki i jej przeznaczenia.
Wychodząc naprzeciw potrzeb producentów farb, Zakłady Chemiczne „POLICE” SA oferują szeroką paletę gatunkową pigmentów TYTANPOL®, zarówno uniwersalnych, jak i specjalistycznych.

I tak, gatunki o charakterze uniwersalnym, do których zalicza się TYTANPOL® R-001, TYTANPOL® R-003 i TYTANPOL® R-210, stosowane są do produkcji wysokiej jakości farb wewnętrznego i zewnętrznego przeznaczenia, wodnych i rozpuszczalnikowych (przemysłowych, budowlanych, dekoracyjnych, renowacyjnych, okrętowych), emalii schnących na powietrzu, farb piecowych, farb na grzejniki, farb o wysokiej zawartości części stałych, farb typu „coil coatings”, farb na drewno, farb proszkowych, farb drogowych, tuszy drukarskich (typograficznych, grawiurowych, offsetowych, sitodrukowych).
Gatunki specjalistyczne (głęboko obrabiane powierzchniowo): TYTANPOL® R-211, TYTANPOL® R-213 są polecane do zastosowań półmatowych i matowych, szczególnie do farb o wysokim stężeniu objętościowym pigmentu: farb emulsyjnych i lateksowych, matowych farb rozpuszczalnikowych (np. podkładowych), matowych tuszy drukarskich (fleksograficznych, sitodrukowych, wklęsłodrukowych, litograficznych), farb tekstylnych, niektórych farb drogowych.

Autor reprezentuje Zakłady Chemiczne „Police” SA
drukuj ten artykuł drukuj ten artykuł  |   poleć artykuł znajomemu poleć artykuł znajomemu
Najświeższe informacje w kanale RSS Najświeższe informacje w kanale RSS (jak używać)