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钛黄颜料及其应用

发表人:jufapigment发表时间:2015-01-23


王文强    

(湖南巨发科技有限公司,湖南湘潭 411100)

摘 要:介绍了钛黄颜料的组成、生产过程及其性能,国内外简况以及在塑料、涂料工业中的应用。
关键词:钛黄钛镍黄钛铬棕金属氧化物混相颜料 
    钛黄(Titanium yellow),顾名思义是含钛的黄色颜料,属于金属氧化物混相颜料,目前作为商品销售的主要有两种色相的钛黄:色光呈柠檬绿的钛镍黄(国际索引号P.Y.53)与红相的钛铬棕(国际索引号P.Br.24,又名钛铬黄)。与钛白(Titanium white)一样,钛黄也是钛系颜料家族中的成员,钛白之所以呈现白色,是因为成分很纯,晶体结构中主要含钛(Ti)和氧(O)两种原子,基本不含其它发色的杂质元素,而且基本粒径分布均匀,对可见光产生均等的反射和散射作用,所以外观呈白色。而钛黄却与此不同,在生产制造过程中必须添加能发色的金属元素(发色剂),比如铬(Cr)、镍(Ni),或者利用原料中的金属元素,比如铁(Fe),使这些发色金属元素进入晶格,从而使成品颜料能产生相应的色彩。

组成、规格、制造及性能
1.1组成
钛黄颜料的基本成分是金红石型二氧化钛,发色成分是带色的其他金属氧化物。按照所加入的带色金属氧化物的种类的不同,钛黄可分为钛镍黄、钛铬棕(又名钛铬黄)和低档的钛铁黄(即粉碎后的合成金红石)。其中在钛镍黄和钛铬棕的生产中,还引入不发色的金属氧化物(如锑和钨,以锑为主)作为离子平衡剂,所以这两种钛黄的基本重量组成大致为:
钛镍黄:80%TiO2-15%Sb2O3-5%NiO; 
钛铬棕(又名钛铬黄):85%TiO2-10%Sb2O3-5%Cr2O3

1.2规格
钛黄颜料已有半个多世纪的生产历史,但早期人们对其重要性一直没有深刻认识,由于钛黄颜料的粒径较大,着色强度较低,色相较暗,不及铅铬黄类无机黄颜料和有机黄颜料艳丽,所以长期以来习惯使用铅铬()类无机黄色颜料,钛黄颜料始终没有得到快速发展。目前,国外生产钛黄的较大公司有德国BASFShepherd等,国内有湖南巨发科技有限公司。湖南巨发科技有限公司生产的钛黄颜料的规格如下:

湖南巨发科技有限公司钛黄产品的牌号及规格

产品名称与索引号 化学分子式 CAS  型号JF- 外观 应用
涂料 塑料/色母粒 油墨
钛镍黄P.Y.53 (Ti,Ni,Sb)O2 8007-18-9 B5302 绿光浅黄色粉末
钛铬棕P.Br.24 (Ti,Cr,Sb)O2 68186-90-3 B2402 浅正黄光 浅棕色粉末
A2405 红光偏黄相棕色粉末
B2406 红光棕色粉末

湖南巨发科技有限公司钛黄产品物性与应用表


产品名称与索引号 型号JF- 全色 冲淡色1:4TiO2 物理性能 牢度性能
平均粒径(μm) 吸油量g/100g PH 耐热性(°C 耐光性(1-8 耐候性(1-5 耐酸碱性(1-5
钛镍黄P.Y.53 B5302 2.5 11-17 6-9 1000 8 5 5
钛铬棕P.Br.24 B2402 2.5 11-20 6-9 1000 8 5 5
A2405 2 16-25 6-9 1000 8 5 5
B2406 2.5 11-20 6-9 1000 8 5

备注: 1. ★推荐使用,◆可以使用,▽不推荐使用;

       2.相尽资料见钛镍黄http://www.jufa88.com/product/hbwjyl/tly/show_9.html钛铬棕http://www.jufa88.com/product/hbwjyl/tly/show_12.html




1钛黄产品实物图片


 钛镍黄 B5302                                                                                钛铬棕B2406


1.3制造
1.3.1以钛矿为原料
将钛矿与强酸(盐酸)一起反应,浸取出其中以铁为主的杂质成分,再经水洗和高温煅烧,生成所谓的人造(合成)金红石,经气流粉碎后而得成品。由于生产工艺简单,产品中含有比普通钛白颜料高得多的杂质(主要是铁,Fe),所以颜料的外观是黄中带红相。早前我国的粗扩型钛黄颜料就是利用这种工艺生产的,由于未经粉碎(只过筛),颜料的粒径较粗,基本只用于搪瓷等工业。
1.3.2以偏钛酸为原料

   在水洗合格(基本除净铁等杂质)的偏钛酸浆料中,加入锑化物(氧化锑)、可溶性的镍化合物或铬化合物,均匀混合后加碱升高pH值,使产生相应的镍或铬的氧化物,沉积在偏钛酸(TiO2﹒nH2O)和氧化锑(Sb2O3)粒子表面,再经洗涤、干燥、煅烧和气流粉碎,得到成品。所以,钛黄颜料从真正意义上说,是混相型颜料,其中TiO2、Sb2O3、NiO或Sb2O3不是单纯简单的机械混合,也不是在TiO2粒子的表面包覆,而是在煅烧过程中焙成一体,Sb、Ni或Cr原子进入TiO2的晶格的一类钛系特殊颜料。由于煅烧温度通常达1000℃以上,所以TiO2必定是金红石型。
以偏钛酸为原料制作钛黄往往受偏钛酸浓度与纯度制约,对产品质量影响较大,尤其在煅烧工艺中,酸性介质对炉窑防腐要求,甚而对色相控制颇多讲究。

1.3.3固相法

   固相法是钛黄颜料的传统生产方法,生产过程较为复杂,通常将TiO2、Sb2O3、NiO混合,经过反复的球磨后与1000℃下长时间煅烧,所得到的产物再经粉碎磨细调色后才能使用。

固相反应法所需能耗高,并且反应速度受扩散动力学的影响,物化反应不易充分进行,所制备的颜料粒径分布不均匀,颜料色泽、化学稳定性也较差,在应用性能上存在一定的缺陷。但因其生产工艺简单,可操作性强,目前许多工业生产多采用此法。

工艺过程:原料混合→球磨→高温煅烧→球磨→成品

1.3.4液相法

为了满足市场需求,充分发挥钛黄颜料的特性,人们研究出液相制备法。液相法制备钛黄颜料是将反应物在液相下均匀混合,反应物问可充分反应,制得的颜料粒度小、纯度高,煅烧温度也比固相反应低且易控制,并且具有优良的高温稳定性和化学稳定性。液相法主要有:自蔓延高温合成法、均匀沉淀法、溶胶—凝胶法、有机配合物前驱体法、水热合成法。

1.4性能
与传统的无机铅铬黄类颜料相比,钛黄具有一系列的优点:
(1)由于通过高温反应和煅烧,晶型和晶格结构相当稳定,耐光、耐热、耐候和耐各种化学介质性能非常优良,抗粉化性能超过任何一种钛白颜料。
(2)由于具有很高的硬度和较高的比重,钛黄颜料在能提供高遮盖力情况下又能呈现很高的耐磨性,最适用于外用平光体系。
(3)钛黄具有中性的pH值,适用于各种涂料与塑料体系,更不会与任何颜料起反应。
(4)钛黄虽含有镍(Ni)、铬(Cr)、锑(Sb)等有害重金属,但这些元素是以化合价健的形式进入晶格,与TiO2等组分牢固地结合在一起,所以一般条件下不被任何介质浸出,完全适用于要求对人体无毒无害的安全体系,如儿童塑料玩具及所用涂料、食品包装材料、医疗用品、化妆品、卫生用具等。

2 钛黄在塑料涂料等的应用
钛黄除外观颜色以外,性能同钛白基本一样,耐候性等甚至高于钛白粉,所以用途非常规范,能应用于各种涂料、塑料、油墨、橡胶、陶瓷、搪瓷,及需要环保无毒的领域。
钛黄适用各种涂料体系的着色,尤其是对耐候性和耐化学品性要求很严格的涂料,如外用工业涂料、外用建筑涂料和工业防腐涂料、塑料门窗、木塑复合材料等。可单独应用或与有机黄颜料相配应用,以弥补色泽的不足,获得既有高遮盖力、高耐候性又具有各种鲜艳色彩的涂料产品。钛黄在涂料中应用的另一优势是替代逐渐被环保所淘汰的铅铬黄系颜料,用于各种安全的涂料体系。由于耐化学品性和耐候性很强,在汽车涂装、卷材涂装、油田和桥梁工程涂装等领域中的应用前景尤为广阔。

3 钛黄颜料的国内外简况

    国外钛黄的现代生产工艺都是通过以偏钛酸或以高活性二氧化钛(TiO2)为主原料的路线进行生产的,比起钛白颜料,虽然市场用量小得多,但应用前景日益看好,尤其是在环保法规和工业卫生要求越来越严格的今天。
国外钛黄颜料代表性的生产商有德国BASF公司和美国Shepherd公司等,它们的钛黄产品规格门类比较齐全,质量性能优越。全球钛黄颜料的年市场总量在3万吨。
国内,随着环保重视,钛黄颜料生产自本世纪初有湖南巨发科技有限公司、江西万相新材料有限公司等少数几家公司异军突起,先后研发出一系列产品适用市场的产品,年总产能月为10000吨左右。

4结语

由于钛黄颜料的耐光性、耐候性和化学稳定性等优异性能是任何其它黄色颜料所不及的,以及它所突出的耐热性(可作为许多在高温下加工或要求着色的颜料的着色剂)和出于对环保和健康方面的考虑,国外已禁止使用目前常用的含铅和镉的有毒黄颜料,而钛黄颜料就是最佳的替代品。目前钛黄颜料主要应用于涂料、塑料、油墨和陶瓷等制品中,其中第一大用户仍然是塑料制品,其次是涂料。另外,由于钛黄颜料的其他一些性能,如反射红外性能,从而具有伪装迷彩性、防紫外线性能等,使该颜料在军用及化妆品领域也得到了一定的发展。

  另外,如能制备出亚微粒度的颜料(国内湖南巨发科技有限公司正在研发喷墨级钛黄等级别颜料),则以此颜料为着色剂配制的彩色打印墨水,将从根本上改变以往墨水稳定性差、适用温度范围狭窄的状况。再有,应引入稀土等痕量元素调节颜料色调。由于Fe、Co、Ni等过渡金属元素,其致色效果显著地受配位数的变化和相邻离子的性质的影响,难以可靠、稳定地控制发色效果,而依靠内部f壳层中的电子跃迁而着色的稀土元素则很少受到环境变化的影响。因此,建议采用稀土元素配合其它发色元素共同引入钛黄基体晶格中,并研究其发色机理。

 

湖南巨发科技有限公司王文强

2015-1-19


 





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