R101A 多元醇改性硅包膜剂：钛白粉有机包膜三代对比

钛白粉的有机包膜剂，从 NPG、TMP、TME 一路走到有机硅，再到多元醇改性的有机硅。这篇文章用手册里的实测数据，把 TMP、7020、R101A 三代放在一起比，看清楚每一代解决了什么、又留下了什么。

为什么金红石型钛白粉一定要做有机包膜

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金红石型钛白粉作为高档白色颜料，对二氧化钛含量、pH 值、电阻率、粒径大小、水分、金红石含量等理化指标，以及耐候性、消色力、白度、遮盖力、亮度等颜料性能指标都有具体而严格的要求。

但这些指标之外的加工性能，权重已经越来越高了。 要取得优异的颜料指标和加工性能，必须对钛白粉做包膜处理。

包膜分两段：一般先做无机包膜（钛、硅、铝等），再做有机包膜。

机理剖切

无机包膜偏重于颜料指标，而有机包膜偏重于应用加工性能指标，二者相互重叠，相互补充。

这是全文的骨架。后面所有的对比，都是在这个分工框架里发生的事。

第一代的问题：不耐高温，还起泡

最初的有机包膜剂主要是 NPG（新戊二醇）、TMP（三羟甲基丙烷）、TME（三羟甲基乙烷）这些带羟基或水解后产生羟基的醇类或烷类有机物。

它们的共同机制是：亲水极性基团被物理吸附在二氧化钛表面，亲油的非极性基团向外与有机分散介质作用，从而增强润湿性能。

问题也很清楚：不耐高温，使用过程中容易出现黄变以及泡沫等弊病。

具体到场景就是两件事：

• TMP 在塑料用途会造成黄变
• TMP 在纸浆中应用会引起多泡等弊病

而通用型金红石钛白粉必须同时照顾三种体系：普通水性体系（造纸、涂料）、普通油性体系（油漆、油墨）、以及高温体系（橡塑和色母粒）。

TMP 顾了这头顾不了那头。 钛白粉生产企业需要更好性能的有机包膜剂——这就是第二代和第三代要解决的问题。

第二代：有机硅，和它留下的那道题

从上世纪 80 年代初开始，国外钛白粉公司开始采用有机硅包膜剂做有机包膜。

经有机硅包膜处理的钛白粉，可以大幅度改善在各种介质中的相容性，提高消色力和白度，增加光泽度和耐候性，降低吸油量，提高与各种树脂和塑料介质的结合力。耐温性能突出（超过 300℃），用量少，使用方便。

但它有一个致命的缺点：不易于分散，容易造成团聚现象。

这就是那道题的位置。有机硅把耐温和通用性做上去了，把分散留在了门外。

第三代：R101A，多元醇改性有机硅

R101A 的做法是：利用多元醇优异的分散性能作为有机硅包膜剂的辅助材料，最终合成了多元醇改性有机硅包膜剂。

它属于多元醇改性硅乳液，主成份是含活性羟基的聚硅氧烷和活性醚基的聚硅氧烷、高分子量多元醇。分子是以硅原子为中心，携带有羟基、醚基、醇基等基团的有机高分子。

四个结构特性

① Si 原子上充足的甲基将高能量的聚硅氧烷主链屏蔽起来。

② C-Si-Na 键无极性，使分子间相互作用力十分微弱。

③ Si-O-OH 键长较长，Si-O-OH-O-Si 键键角大，导致 Si-O-OH 键非常容易转动，因此 R101A 有很好的润滑性、流动性、耐候性和耐磨性。

④ Si-O-OH 键是具有 75% 离子键特征的共价键（共价键具有方向性，离子键无方向性），Si-O-OH 键的键能远大于 C-O 键的键能，因此与传统有机物相比，R101A 有非常好的耐热性和耐候性。

第 ④ 条是耐温性的分子根据；第 ③ 条是润滑性的来源。两个性能不是并列的巧合，是同一套结构的两面。

包膜机理：不只是物理吸附

传统有机包膜剂（NPG、TMP、TME）主要靠物理吸附。R101A 走的不是这一条路。

传统的有机包膜剂(如NPG、TMP、TME) 是通过其中的亲水极性基团被物理吸附在二氧化钛的表面，其亲油的非极性基团向外与有机分散介质作用，以增强与分散介质的润湿性能。而R101A主要是通过多元醇改性硅高分子中的硅氧烷基与二氧化钛之间的氢键化学吸附以及多元醇改性硅分子上的羟基/醚基与钛白粉表面的羟基进行化学缩合反应或取代反应，在钛白粉的表面形成非常均匀、致密而牢固的多元醇改性硅膜层。

这层膜做三件事：

• 消除或削弱钛白粉颗粒间的极性吸附
• 在钛白粉颗粒间形成位阻官能团，防止团聚
• 具有很好的润滑性、耐候性、热稳定性和后续反应性

结果就是：明显提高钛白粉在各种分散介质中的润湿分散性能，增加二氧化钛的光学稳定性。

三代同台：TMP vs 7020 vs R101A

手册给的对比表：

由于各个厂家的检测体系和评判标准存在差异，本实验结果仅作参考，我们不作任何承诺和担保，使用厂家有责任去验证是否符合自己的要求。

逐行看：

消色力从 1860 到 2013，提升 8.2%。

分散性从 4.5 到 6.50，相对增幅 44.4%，是三项里相对增幅最高的——而分散恰恰是手册指出第二代有机硅"不易于分散容易造成团聚"的那一项短板。

吸油量从 19.09 降到 16.30，降 14.6%。手册对这一项的表述是"降低吸油量"。

四项最优（消色力、分散性、吸油量、亮度），抗黄变性与 7020 持平。

炭黑上再做一次验证

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同一支 R101A，换到高色素炭黑 Z111 上：

黑度（≤

1615

着色力（%≥

125130

吸油值（ml/g

1.050.98

挥发（% 950℃

8.08.3

水份（%≤

54.5

PH

3.03.0

流动性（35℃

2228

筛余物 10⁻⁶

5020

着色力 125 → 130，吸油值 1.05 → 0.98，流动性 22 → 28，筛余物 50 → 20。

筛余物从 50 降到 20，降到原来的四成。

怎么用：湿法包膜六步

方块 = 工序，箭头 = 先后顺序；方块下方的字 = 该工序的工艺条件。

图 · 工序流向01将适量纯净水加入带有机械搅拌装置的玻璃烧杯中（纯净水量约 20～50 mL，以能完全润湿钛白粉、进行均匀打浆为原则），启动搅拌02取 1 g R101A 多元醇改性硅包膜剂加入烧杯中03将 200 g 待处理钛白粉缓慢加入烧杯中，打浆 30 min04停止搅拌把烧杯中的钛白粉转移到表面皿中，盖上干净滤纸，放入带有抽风装置和恒温装置的烘箱中，105℃ 下烘烤约…05取出干燥后的钛白粉用小型气流粉碎机进行粉碎06检测钛白粉相关颜料指标（如分散性、吸油量）及应用指标（耐温性、干粉流动性）按源文顺序，不做增删

• 图 · 工序流向
• 将适量纯净水加入带有机械搅
• 璃烧杯中（纯净水量约 20～5
• 0 mL，以能完全润湿钛白粉、
• 进行均匀打浆为原则），
• 取 1 g R101A 多元醇改性硅
• 包膜剂加入烧杯中
• 将 200 g 待处理钛白粉缓慢加
• 烧杯中，打浆 30 min
• 把烧杯中的钛白粉转移到表面
• 皿中，盖上干净滤纸，
• 放入带有抽风装置和恒温装置
• 的烘箱中，105℃ 下烘烤约…
• 取出干燥后的钛白粉
• 用小型气流粉碎机进行粉碎
• 检测钛白粉相关颜料指标（如
• 油量）及应用指标（耐温性、
• 按源文顺序，不做增删

• 1. 将适量纯净水加入带有机械搅拌装…璃烧杯中（纯净水量约 20～50 mL，以能…
• 2. 取 1 g R101A 多元醇…包膜剂加入烧杯中
• 3. 将 200 g 待处理钛白粉缓…烧杯中，打浆 30 min
• 4. 停止搅拌把烧杯中的钛白粉转移到表面皿中，盖上干净滤纸…
• … 共 6 项，全部数据见下表

图表数据（源文照录）

工序	条件
将适量纯净水加入带有机械搅拌装置的玻	璃烧杯中（纯净水量约 20～50 mL，以能完全润湿钛白粉、进行均匀打浆为原则），启动搅拌
取 1 g R101A 多元醇改性硅	包膜剂加入烧杯中
将 200 g 待处理钛白粉缓慢加入	烧杯中，打浆 30 min
停止搅拌	把烧杯中的钛白粉转移到表面皿中，盖上干净滤纸，放入带有抽风装置和恒温装置的烘箱中，105℃ 下烘烤约 6～8 h，至完全干燥为止
取出干燥后的钛白粉	用小型气流粉碎机进行粉碎
检测钛白粉相关颜料指标（如分散性、吸	油量）及应用指标（耐温性、干粉流动性）

工艺段落

由于受实验室设备条件所限，干法包膜难以分散均匀，手册建议采用湿法包膜。

以处理 200 g 钛白粉、添加比例 0.5% 为例：

1. 01将适量纯净水加入带有机械搅拌装置的玻璃烧杯中（纯净水量约 20～50 mL，以能完全润湿钛白粉、进行均匀打浆为原则），启动搅拌
2. 02取 1 g R101A 多元醇改性硅包膜剂加入烧杯中
3. 03将 200 g 待处理钛白粉缓慢加入烧杯中，打浆 30 min
4. 04停止搅拌，把烧杯中的钛白粉转移到表面皿中，盖上干净滤纸，放入带有抽风装置和恒温装置的烘箱中，105℃ 下烘烤约 6～8 h，至完全干燥为止
5. 05取出干燥后的钛白粉，用小型气流粉碎机进行粉碎
6. 06检测钛白粉相关颜料指标（如分散性、吸油量）及应用指标（耐温性、干粉流动性）

生产线上可以直接用的两种加法

浆料法：在金红石型钛白粉粗品的均质器或混合罐中直接加入 R101A 浆料，充分均匀包膜后再气流粉碎。

气流粉碎同步法：R101A 在气流粉碎工序按比例随螺旋进料时直接添加，或在气流粉碎室内喷雾加入。

炭黑厂的水冷法：对色素炭黑厂家可直接加在二冷的水里（水 : R101A = 5 : 1）直接喷雾包膜，保持好原生粒径，提高后续应用的分散性能、降低炭黑吸油值。

指标与用量

外观

白色液体白色膏状液体

不挥发物

23%99.9%

比重 g/mL

0.991.03

pH

6.8–76.8–7

稀释剂

水水

用量（按粉体重量

0.1–3%0.1–3%

R101A 不只用于钛白粉：氧化炭黑、炭黑、碳酸钙、滑石粉、立德粉、硫酸钡、元明粉、有机或无机颜料等粉体系列的活化性分散包膜都可以用。主要作用是提高耐氧化性、耐温性、与材料的有机相容性、分散性和抗团聚性。

一条免责，和三个提醒

免责：由于各个厂家的检测体系和评判标准存在差异，本实验结果仅作参考，不作任何承诺和担保，使用厂家有责任去验证是否符合自己的要求。

提醒一：通用性不是免费的。 R101A 声称一个品牌全面通用——水、油、高温体系通吃。但"通用"指的是包膜剂本身的相容性广，不是说它对所有粉体都最优。每种粉体仍要按吸油值和细度调量。

提醒三：湿法的前提条件别忽略。 手册建议湿法的原始理由是"受实验室设备条件所限"——这是实验条件下的判断。落到实际产线，打浆 30 分钟、烘 6–8 小时、气流粉碎这三步是手册给定的工艺流程。

常见问题

问：为什么一定要湿法，干法不行吗？ 答：手册的原话是"由于受实验室设备条件所限，干法包膜难以分散均匀，建议采用湿法包膜"。受限的是实验室设备条件，不是干法本身不能做。

问：用量 0.1%–3% 的分母是什么？ 答：按粉体重量。手册写的是"用量 0.1-3%(按粉体重量)"，另一处也写明"R101A 在钛白粉中的添加量为0.1%-3%"。

问：分散性 6.50 是什么单位？ 答：手册没标量纲。4.5 / 5.3 / 6.50 是同一套评价体系下的相对评级值，只能横向比较，不能当绝对值用。

问：这套包膜剂只能用在钛白粉上吗？ 答：不止。手册用上海焦化高色素炭黑 Z111 做过验证（200 g、添加比例 0.5%），炭黑版的黑度、着色力、吸油值、筛余物等指标都有对应数据。

一句话