关于云母氧化铁珠光颜料的研究进展

前言
珠光颜料是指在薄片状基质表面包覆一层到多层氧化物膜,利用薄膜光反射干涉原理,而产生出珍珠般柔和光泽的新型高技术颜料[1]。珠光颜料具有多种色彩效应,如珠光效应、金属闪光效应、随角易色效应、色彩转移效应、附加色彩效应等[2] ,在高级轿车面漆、油墨印刷、陶瓷、橡胶、储罐、集装箱、铁路桥梁、船舶涂料、军事装备伪装涂层等领域得到了广泛的应用[3]。
1结构特点
与传统的光学吸收型有机、无机颜料和光学反射型金属颜料不同,珠光颜料是通过光学折射干涉成色的。目前珠光颜料多采用云母作为基质,但云母本身存在一些缺陷：首先天然云母粒度分布范围大,厚度不均,形状不规则,含有杂质,而人工合成较困难,成本高；其次,云母为透明的,照射到云母上的光线,透过云母与膜层多次透射、反射、折射,产生的干涉光因相互作用而减弱。云母氧化铁易于合成形状规则和粒度、厚度一定的薄片微粒,且不透明,可获得色彩鲜艳的单色干涉光[4]。而且云母氧化铁对紫外线具有强烈吸收作用,可以阻挡紫外线对皮肤的伤害,合成的珠光颜料亦可作为化妆品的重要原料[5]。云母氧化铁珠光颜料的包膜材料主要有S i O 2、T i O 2、Z n O、A l 2 O 3、Z r O 2等氧化物。随着膜层数量的增加,珠光效果增强,色谱变宽,但膜层数量增多,包膜中不确定因素增加,包膜难度亦大。根据膜层数量和膜层材料不同主要有银白色型、彩虹型及着色型3种类型。银白色型为单覆层,彩虹型是在基质上多层包覆,着色型是在银白型和彩虹型珠光颜料的基础上再加入着色颜料或染料包膜。
2制备方法
云母氧化铁珠光颜料制备过程主要分为前处理、包膜、干燥和焙烧等几个阶段,其中包膜为关键步骤。按包膜方法不同可将其制备工艺分为化学液相沉积法、气相化学沉积法、夹心层包膜法和混和包膜法等。
2.1化学液相沉积法
化学液相沉积法是目前广泛采用的制备珠光颜料的方法,其基本过程原理是：选择合适的可溶性金属盐类,按所制备的材料组成配制成溶液,再使用添加沉淀剂、沸腾或水解等操作,使金属离子均匀沉淀到云母氧化铁基质上,最后将沉淀脱水或者焙烧分解而得到覆有氧化物膜层的珠光颜料。化学液相沉积法又可分为以下几种:
2.1.1加碱中和法
加碱中和法[6]是在云母氧化铁悬浮液中加入金属盐溶液(如T i C l 3),金属盐水解并放出H + ,加入碱(如N a O H)中和H +并使p H值维持在一定范围内以利于水解反应进行,析出的金属氢氧化物或氧化物在基质表面上沉积形成薄膜,再通过洗涤、干燥和焙烧,即得产品。
据专利[7]报道,云母氧化铁、水和氨水混合,加热至70℃,边搅拌边加入T i C l 4 ,利用氨水调节p H值,冷却、过滤、洗涤、干燥、焙烧,即得珠光颜料。氨水属于弱碱,在溶液中存在电离平衡,由于N H 4+的缓冲作用,较之用N a O H等强碱更易于维持pH值。
2.1.2沸腾水解法
沸腾水解法[8]是在云母氧化铁悬浮液中加入金属盐,加热沸腾,金属盐水解生成氢氧化物包覆在云母氧化铁表面形成薄膜,经洗涤干燥、焙烧得产品。一些在常温常压下反应速度很慢的热力学反应,在沸腾条件下可以快速进行,金属盐水解反应得到加速和促进。此方法操作简单,工艺条件易于控制,成本较低。但反应在沸腾温度状态下进行,需要一定的能耗,且所得产品外观发黄,光泽不佳。
2.1.3缓冲剂法
缓冲剂法是在包膜过程中加入缓冲剂来调节p H值,缓冲剂能抵抗外加的少量酸、碱或稀释而保持本身的pH值基本不变,故溶液的pH值较稳定。
2.1.3 .1有机酸法
将有机酸(如酒石酸、柠檬酸)和可溶性盐混合,加入反应液,加热,使可溶性盐缓慢水解完成包膜。该法制得的颜料粒子细,产品亮度高,工艺简单,p H值易控制,但由于使用有机酸而产品色泽有些发黄。
2.1.3 .2酸溶性缓冲剂法
在云母氧化铁悬浮液中加入金属或金属氧化物成型物,如铁丝、锌粒、氧化铝、氧化锌等,这些物质和水解产生的酸发生反应而起调节p H值的作用,从而有利于金属盐水解反应的进行。该法原料易得,包膜均匀,包覆率高,p H值可控,但色泽易受缓冲剂影响,颜料光泽较差。
2.1.3 .3尿素中和法
尿素在加热条件下分解产生NH 3使溶液pH值升高,可溶性盐水解包覆在云母氧化铁表面形成包覆层。

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