R101A 多元醇改性有機矽：鈦白粉有機包膜劑的第三代

鈦白粉的有機包膜劑，從 NPG、TMP、TME 一路走到有機矽，再到多元醇改性的有機矽。這篇文章用手冊裡的實測數據，把 TMP、7020、R101A 三代放在一起比，看清楚每一代解決了什麼、又留下了什麼。

為什麼金紅石型鈦白粉一定要做有機包膜

1

金紅石型鈦白粉作為高檔白色顏料，對二氧化鈦含量、pH 值、電阻率、粒徑大小、水分、金紅石含量等理化指標，以及耐候性、消色力、白度、遮蓋力、亮度等顏料性能指標都有具體而嚴格的要求。

但這些指標之外的加工性能，權重已經越來越高了。 要取得優異的顏料指標和加工性能，必須對鈦白粉做包膜處理。

包膜分兩段：一般先做無機包膜（鈦、矽、鋁等），再做有機包膜。

機理剖切

無機包膜偏重於顏料指標，而有機包膜偏重於應用加工性能指標，二者相互重疊，相互補充。

這是全文的骨架。後面所有的對比，都是在這個分工框架裡發生的事。

第一代的問題：不耐高溫，還起泡

最初的有機包膜劑主要是 NPG（新戊二醇）、TMP（三羥甲基丙烷）、TME（三羥甲基乙烷）這些帶羥基或水解後產生羥基的醇類或烷類有機物。

它們的共同機制是：親水極性基團被物理吸附在二氧化鈦表面，親油的非極性基團向外與有機分散介質作用，從而增強潤濕性能。

問題也很清楚：不耐高溫，使用過程中容易出現黃變以及泡沫等弊病。

具體到場景就是兩件事：

• TMP 在塑膠用途會造成黃變
• TMP 在紙漿中應用會引起多泡等弊病

而通用型金紅石鈦白粉必須同時照顧三種體系：普通水性體系（造紙、塗料）、普通油性體系（油漆、油墨）、以及高溫體系（橡塑膠和色母粒）。

TMP 顧了這頭顧不了那頭。 鈦白粉生產企業需要更好性能的有機包膜劑——這就是第二代和第三代要解決的問題。

第二代：有機矽，和它留下的那道題

從上世紀 80 年代初開始，國外鈦白粉公司開始採用有機矽包膜劑做有機包膜。

經有機矽包膜處理的鈦白粉，可以大幅度改善在各種介質中的相容性，提高消色力和白度，增加光澤度和耐候性，降低吸油量，提高與各種樹脂和塑膠介質的結合力。耐溫性能突出（超過 300℃），用量少，使用方便。

但它有一個致命的缺點：不易於分散，容易造成團聚現象。

這就是那道題的位置。有機矽把耐溫和通用性做上去了，把分散留在了門外。

第三代：R101A，多元醇改性有機矽

R101A 的做法是：利用多元醇優異的分散性能作為有機矽包膜劑的輔助材料，最終合成了多元醇改性有機矽包膜劑。

它屬於多元醇改性矽乳液，主成份是含活性羥基的聚矽氧烷和活性醚基的聚矽氧烷、高分子量多元醇。分子是以矽原子為中心，攜帶有羥基、醚基、醇基等基團的有機高分子。

四個結構特性

① Si 原子上充足的甲基將高能量的聚矽氧烷主鏈遮蔽起來。

② C-Si-Na 鍵無極性，使分子間相互作用力十分微弱。

③ Si-O-OH 鍵長較長，Si-O-OH-O-Si 鍵鍵角大，導致 Si-O-OH 鍵非常容易轉動，因此 R101A 有很好的潤滑性、流動性、耐候性和耐磨性。

④ Si-O-OH 鍵是具有 75% 離子鍵特徵的共價鍵（共價鍵具有方向性，離子鍵無方向性），Si-O-OH 鍵的鍵能遠大於 C-O 鍵的鍵能，因此與傳統有機物相比，R101A 有非常好的耐熱性和耐候性。

第 ④ 條是耐溫性的分子依據；第 ③ 條是潤滑性的來源。兩個性能不是並列的巧合，是同一套結構的兩面。

包膜機制：不只是物理吸附

傳統有機包膜劑（NPG、TMP、TME）主要靠物理吸附。R101A 走的不是這一條路。

傳統的有機包膜劑（如 NPG、TMP、TME）是透過其中的親水極性基團被物理吸附在二氧化鈦的表面，其親油的非極性基團向外與有機分散介質作用，以增強與分散介質的潤濕性能。而 R101A 主要是透過多元醇改性矽高分子中的矽氧烷基與二氧化鈦之間的氫鍵化學吸附，以及多元醇改性矽分子上的羥基/醚基與鈦白粉表面的羥基進行化學縮合反應或取代反應，在鈦白粉的表面形成非常均勻、緻密而牢固的多元醇改性矽膜層。

這層膜做三件事：

• 消除或削弱鈦白粉顆粒間的極性吸附
• 在鈦白粉顆粒間形成位阻官能基，防止團聚
• 具有很好的潤滑性、耐候性、熱穩定性和後續反應性

結果就是：明顯提高鈦白粉在各種分散介質中的潤濕分散性能，增加二氧化鈦的光學穩定性。

三代同台：TMP vs 7020 vs R101A

手冊給的對比表：

由於各個廠家的檢測體系和評判標準存在差異，本實驗結果僅作參考，我們不作任何承諾和擔保，使用廠家有責任去驗證是否符合自己的要求。

逐行看：

消色力從 1860 到 2013，提升 8.2%。

分散性從 4.5 到 6.50，相對增幅 44.4%，是三項裡相對增幅最高的——而分散恰恰是手冊指出第二代有機矽「不易於分散容易造成團聚」的那一項短板。

吸油量從 19.09 降到 16.30，降 14.6%。手冊對這一項的表述是「降低吸油量」。

四項最優（消色力、分散性、吸油量、亮度），抗黃變性與 7020 持平。

炭黑上再做一次驗證

搬自正文換成炭黑再驗一遍：Z111 加 R101A 前後八項指標（原文）

參數	鈦白粉版	炭黑版
外觀	白色液體	白色膏狀液體
不揮發物	23%	99.9%
比重 g/mL	0.99	1.03
pH	6.8–7	6.8–7
稀釋劑	水	水
用量（按粉體重量）	0.1–3%	0.1–3%

2

同一支 R101A，換到高色素炭黑 Z111 上：

炭黑上再做一次驗證

指標	Z111	Z111 加 R101A
黑度（≤）	16	15
著色力（%≥）	125	130
吸油值（ml/g）	1.05	0.98
揮發（% 950℃）	8.0	8.3
水分（%≤）	5	4.5
PH	3.0	3.0
流動性（35℃）	22	28
篩餘物 10⁻⁶	50	20

著色力 125 → 130，吸油值 1.05 → 0.98，流動性 22 → 28，篩餘物 50 → 20。

篩餘物從 50 降到 20，降到原來的四成。

怎麼用：濕法包膜六步

由於受實驗室設備條件所限，乾法包膜難以分散均勻，手冊建議採用濕法包膜。

以處理 200 g 鈦白粉、添加比例 0.5% 為例：

1. 01將適量純淨水加入帶有機械攪拌裝置的玻璃燒杯中（純淨水量約 20～50 mL，以能完全潤濕鈦白粉、進行均勻打漿為原則），啟動攪拌
2. 02取 1 g R101A 多元醇改性矽包膜劑加入燒杯中
3. 03將 200 g 待處理鈦白粉緩慢加入燒杯中，打漿 30 min
4. 04停止攪拌，把燒杯中的鈦白粉轉移到表面皿中，蓋上乾淨濾紙，放入帶有抽風裝置和恆溫裝置的烘箱中，105℃ 下烘烤約 6～8 h，至完全乾燥為止
5. 05取出乾燥後的鈦白粉，用小型氣流粉碎機進行粉碎
6. 06檢測鈦白粉相關顏料指標（如分散性、吸油量）及應用指標（耐溫性、乾粉流動性）

生產線上可以直接用的兩種加法

漿料法：在金紅石型鈦白粉粗品的均質機或混合槽中直接加入 R101A 漿料，充分均勻包膜後再氣流粉碎。

氣流粉碎同步法：R101A 在氣流粉碎工序按比例隨螺旋進料時直接添加，或在氣流粉碎室內噴霧加入。

炭黑廠的水冷法：對色素炭黑廠家可直接加在二冷的水裡（水 : R101A = 5 : 1）直接噴霧包膜，保持好原生粒徑，提高後續應用的分散性能、降低炭黑吸油值。

指標與用量

R101A 不只用於鈦白粉：氧化炭黑、炭黑、碳酸鈣、滑石粉、立德粉、硫酸鋇、元明粉、有機或無機顏料等粉體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、耐溫性、與材料的有機相容性、分散性和抗團聚性。

一條免責，和三個提醒

免責：由於各個廠家的檢測體系和評判標準存在差異，本實驗結果僅作參考，不作任何承諾和擔保，使用廠家有責任去驗證是否符合自己的要求。

提醒一：通用性不是免費的。 R101A 聲稱一個品牌全面通用——水、油、高溫體系通吃。但「通用」指的是包膜劑本身的相容性廣，不是說它對所有粉體都最優。每種粉體仍要按吸油值和細度調量。

提醒三：濕法的前提條件別忽略。 手冊建議濕法的原始理由是「受實驗室設備條件所限」——這是實驗條件下的判斷。落到實際產線，打漿 30 分鐘、烘 6–8 小時、氣流粉碎這三步是手冊指定的製程。

常見問題

問：為什麼一定要濕法，乾法不行嗎？ 答：手冊的原話是「由於受實驗室設備條件所限，乾法包膜難以分散均勻，建議採用濕法包膜」。受限的是實驗室設備條件，不是乾法本身不能做。

問：用量 0.1%–3% 的分母是什麼？ 答：按粉體重量。手冊寫的是「用量 0.1-3%（按粉體重量）」，另一處也寫明「R101A 在鈦白粉中的添加量為 0.1%-3%」。

問：分散性 6.50 是什麼單位？ 答：手冊沒標量綱。4.5 / 5.3 / 6.50 是同一套評價體系下的相對評級值，只能橫向比較，不能當絕對值用。

問：這套包膜劑只能用在鈦白粉上嗎？ 答：不止。手冊用上海焦化高色素炭黑 Z111 做過驗證（200 g、添加比例 0.5%），炭黑版的黑度、著色力、吸油值、篩餘物等指標都有對應數據。

一句話