Combinations of titanium dioxide and fillers in paints

Abstract

Titanium dioxide is a predominant white pigment, which is used as a raw material of paint. Titanium dioxide pigments are produced with both sulphate and chloride processes. In paints, the main function of titanium dioxide is to contribute to the paint film properties, like opacity and whiteness. Because titanium dioxide is a fairly valuable pigment, attempts have been made to replace it with a filler which costs less. Fillers of paint are for instance barium sulphate, kaolin, silicates and calcium carbonate. The purpose of the work was to study how paint properties change when part of titanium dioxide pigment was replaced with barium sulphate filler so that the filler content in paint was 0, 5, 10, 15, 20, 25 and 30 weight percent. It was also studied how different titanium dioxide grades contribute to paint film properties. The pigments studied were Sachtleben RDI-S, Sachtleben 660, Sachtleben RD3, Hombitan R210 and Hombitan R611 and those were replaced with barium sulphate filler. In addition, the effect of mixtures of titanium dioxide- kaolin and titanium dioxide- barium sulphate on the characteristics of paint film was examined and the effects were compared to those of Sachtleben K40. Colour, gloss, grammage and scattering coefficient were analysed from the paint film and viscosity from the paint. All paints were prepared for both solvent and water-borne paints. It was noticed in this work that increase of filler content has an obvious influence on paint film properties, like positively on gloss as well as negatively on whiteness and opacity. The paints with Sachtleben RDI-S, Sachtleben 660 and Sachtleben RD3 were top-rated when compared to all studied paints. Taking all results of paints into account, the paints with these three pigments were the most uniform. When Sachtleben Micro was used as filler, results of measured properties were better than those with Amazon Premium.

Titaanidioksidi on hallitseva valkoinen pigmentti, jota käytetään muun muassa yhtenä maalin raaka-aineista. Titaanidioksidia valmistetaan sekä sulfaatti- että kloridiprosessilla. Maaleissa titaanidioksidin pääasiallinen tehtävä on vaikuttaa positiivisesti maalikalvon ominaisuuksiin, kuten peittokykyyn ja valkoisuuteen. Koska titaanidioksidi on kohtalaisen arvokas pigmentti, sitä pyritään korvaamaan täyteaineella, jonka kustannukset ovat alhaisemmat. Maalin täyteaineena voidaan käyttää muun muassa bariumsulfaattia, kaoliinia, silikaatteja ja kalsiumkarbonaattia. Työn tarkoituksena oli tutkia, miten maalin ominaisuudet muuttuvat, kun titaanidioksidipigmenttiä korvataan bariumsulfaatti-täyteaineella. Pigmenttiä korvattiin täyteaineella siten, että täyteainepitoisuus maalissa oli 0, 5, 10, 15, 20, 25 ja 30 painoprosenttia. Työssä tutkittiin myös, miten eri pigmenttilaadut vaikuttavat maalikalvon ominaisuuksiin. Tutkittavia pigmenttejä olivat Sachtleben RDI-S, Sachtleben 660, Sachtleben RD3, Hombitan R210 sekä Hombitan R611 ja niitä korvattiin bariumsulfaatti- täyteaineella. Lisäksi tarkasteltiin titaanidioksidi- kaoliini- ja titaanidioksidibariumsulfaatti- seoksien vaikutusta maalikalvon ominaisuuksiin ja vaikutusta verrattiin Sachtleben K40:stä valmistetun maalin maalikalvon ominaisuuksiin. Maalikalvoista analysoitiin väri, kiilto, neliöpaino ja sirontakerroin sekä maalista viskositeetti. Kaikki maalit valmistettiin sekä vesi- että liuotinohenteisina. Tutkimuksessa todettiin, että täyteainepitoisuuden nousu vaikuttaa selvästi maalien ominaisuuksiin, kuten positiivisesti kiiltoon sekä negatiivisesti valkoisuuteen ja peittokykyyn. Sachtleben RDI-S-, Sachtleben 660- ja Sachtleben RD3- pigmenteistä valmistetut maalit olivat parhaita tutkituista maaleista. Mitattujen ominaisuuksien perusteella näistä pigmenteistä valmistettujen maalien tulokset olivat tasaisimpia. Käytettäessä Sachtleben Microa täyteaineena, saatiin parempia tuloksia kuin käytettäessä Amazon Premiumia täyteaineena.