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钛黄颜料的制备方法研究(一)

发表人:admin发表时间:2010-08-03

在传统的黄色颜料中,不论是有机颜料的还是无机颜料的,都不兼有耐热、耐光、耐候、耐酸碱和耐溶剂等性能,不能适应性能涂料和塑料的要求。而钛镍黄钛铬棕(钛黄)等钛系的黄色颜料,则具备较为全面的应用性能。
   钛黄颜料是以TiO2为主要成分的金红石型金属氧化物混相颜料(rutile mixed-phase pigments),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或称钛铬黄(这两种均以偏钛酸为原料)和低档的钛铁黄(即粉碎后的合成金红石)。其中在钛镍黄钛铬棕的生产中,还引入不发色的金属氧化物(如锑和钨,以锑为主)作为调整剂,所以这两种钛黄的基本质量组成大致为:钛镍黄: 80%TiO2—15%Sb2O3—5%NiO;钛铬棕:85%TiO2—10%Sb2O—35%Cr2O3。其优异的性能主要表现在耐光和耐候性等各种耐性好,对环境、人体无毒、无害。

    摘要:本文主要介绍了钛黄颜料的结构和显色机理,并着重介绍了钛黄颜料的制备方法,包括固相法和液相法,其中液相法包括均匀沉淀法、溶胶一凝胶法、有机配合物前驱体法、水热合成法,并就这些钛黄合成方法的作用机理、特点和影响因素进行了讨论。
钛黄晶体结构
        图1金红石(Ti02)的晶体结构以及结构中Ti-O八面体键的排列


    但钛黄颜料的粒径较大,钛黄的着色强度较低,色浅,分散性差,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(镉)类无机黄色颜料,钛黄颜料始终没有得到快速发展。近年来,西方发达国家要求外用涂料和塑料等制成品更耐久以及出于对环保和健康方面的考虑,在很多体系中,它是外国政府禁止使用的含有铅和/或镉的有毒黄色颜料的替代品。由于钛镍黄颜料日益受到重视,世界生产钛黄颜料的厂家越来越多。美国就有四家钛黄生产商Shepherd Color Co.、Harsha W Chemical Co.等,德国的BASF、拜耳,日本的大日精化工业都是钛黄颜料生产厂家。
   
1钛黄颜料的结构及显色机理 
   1.1钛黄颜料的结构
   钛黄
是一种高温无机颜料,常以TiO2-Cr2O3-(NiO)-Sb205来表示其化学成分,但是这个分子式并不表示各组分的含量关系。钛黄的晶型结构与金红石型TiO2相同。金红石(TiO2)的晶体结构以及结构中Ti-O八面体键的排列示于图1中。金红石结构属于简单四方晶系P42/mnm空间群,是典型的AB2型化合物的结构,其中ao=0.459nm,Co=0.296nm,Z=2。金红石结构为四方原始格子,Ti位于四方原始格子的结点位置,体中心的Ti4+自成另一套四方原始格子,O2-在晶胞中处于一些特定位置上,Ti4+的配位数是6,O2-的配位数是3,阳离子和阴离子的半径比R+/R-=0.486,晶体中Ti4+和O2-相互接触而O2-之间互不接触。此外,如果把O2-看成近似于六方紧密堆积,则Ti4+位于1/2的八面体空隙之中。
    1.2钛黄颜料的显色机理
    钛黄
颜料的晶型属金红石型,钛黄颜色的产生是由于金红石型TiO2的晶体结构中位于配位中心的Ti4+离子部分地被发色元素镍或铬取代,从而产生了鲜明的黄色。Sb5+起稳定剂的作用,在Cr3+或Ni2+取代Ti4+时Sb5+使晶体结构在电荷上得到补偿。试验用Sb2O3代替Sb2O5,在自然空气中且高温的条件下Sb3+可以氧化为Sb5+,起到电荷补充的作用。
    由钛黄颜料所具有的结构和其显色机理可知,通过调节钛黄颜料的配比以及掺杂两种或两种以上的发色金属可调节颜料的颜色钛黄晶体结构。ShibasakiYasuo钛黄颜料的制备方法研究(二)等在制备钛黄颜料时,通过添加两种不同的二价发色金属元素制备出不同色调的钛黄颜料。如添加Mg/Fe是呈棕色调,Mlg/Ni呈黄色调,Mg/Co呈蓝色调,Co/Ni呈绿色调,Ni/Fe呈棕色调,Fe/Co呈深棕色。
    为了制备色相不同的钛黄,或改变钛黄的某些性能,可对上述钛黄制备方法加以改变,例如改变钛黄原料配比,改变钛黄原料种类,或改变钛黄工艺条件等。钛黄也有一些变体。例如可用五价铌代替锑,主要目的是避免使用锑。也可用钨代替锑,借以改变钛黄颜料的某些性能。为了提高钛黄颜料的耐光性、耐候性及加深钛黄颜料的颜色,Naka{imaHirosh]通过用三氧化钨来代替氧化锑,但同时添加一定的Sb2O3及其它添加剂如BaCO3和ZrO2,从而有效地制备出颜色更深的,并耐光的钛黄颜料。Vignali Graziano用液相法制备钛铬黄颜料时通过增加铬离子的浓度,颜色逐渐从橘黄色变为浅褐色。

本文未完续:钛黄颜料的制备方法研究(二)

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钛黄
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