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适用于严酷环境中的彩色混相无机颜料的结构、性能与特点

发表人:admin发表时间:2011-11-20

王文强(湖南巨发科技有限公司 411100)

彩色混相无机颜料的结构

彩色混相无机颜料是一种最近几年才在国际国内大量推广应用的高性能无机颜料,在国际上又称为CICP或MMO颜料,学术上常称呼为金属氧化物混相颜料。在各类无机彩色颜料中,该颜料因具有环保无毒、耐候耐光性极好、耐热性高、耐化学性优良、色谱范围也比较宽广等特点,在职业安全及环保法规日趋强化、制成品使用期要求越来越长的今天,深受涂料、塑料、色母粒、陶瓷、玻璃、建材等相关行业的欢迎。由于它的化学本质和制造方法的特殊性,对热、光、化学品非常稳定,而成为严酷环境中需要耐久性好的最佳选择。

一般来说,混相无机颜料是金属氧化物,它含有两种或两种以上金属单一的特种晶体结构, 而不是金属氧化物的物理混合。因而, 彩色混相无机颜料有单一的化学特性——具有一定金属原子和氧原子的晶体排列,形成延伸的离子固体。许多矿物有此特性 我们可将彩色混相无机颜料看作合成的矿物。晶体中的过度金属原子使彩色混相无机颜料产生颜色,特定金属的原子和它们在晶体中所处的四邻决定呈什么颜色, 因此可制得各种颜色。形成哪种晶体结构取决于各金属的相对数量, 金属上的离子数和金属离子的大小。这些因素导致金属原子和氧原子以特种方式排列,形成最稳定的晶体结构。晶体结构有许多可能,但有两种对彩色混相无机颜料特别重要。它们是尖晶石和金红石结构,这些结构是非常稳定。尖晶石结构的化学分子式可写为AB2O4 意指每4个氧原子有一个金属原子“A 和两个金属原子“B A 和“是两个带不同离子荷的金属。晶体结构限定金属原子有二个可能的四邻,一种是四面体,一个金属原子周围有四个氧原子;另一种是八面体,一个金属原子周围有六个氧原子。金红石分子式为MO2,它的晶体结构是八面体,一个金属原子周围有六个氧原子。

纯矿物,尖晶石是铝酸镁(MgAl2O4,金红石是二氧化钛(TiO2),都是无色的,但晶体中的一些过度金属的金属原子,例如铬、锰、铁、钴、镍或铜替代某些金属原子可使之有色。例如,将尖晶石中的镁用钴替代,得到铝酸钴,有一个非常好认的“钴一蓝”色,其它重要的尖晶石颜料包括铬铁铜黑、钛钴绿、铝铬钴兰绿和钛铁黄。在金红石二氧化钛中钛原子可用铬、镍或锰等替代。一些普通金红石颜料是钛铬浅黄,钛镍黄和钛锰棕。因此,只要选择一种或多种金属放入晶体结构中,调节配方就能得到这些晶体结构之一,许多不同颜色也就可制得。将产生颜色的几种金属放入晶格中,通过颜色的“混合”甚至可得到更多的颜色。

巨发颜料

图一、合成彩色无机颜料


一些主要产品名称、索引号、化学式和晶型见下表:

巨发颜料

彩色混相无机颜料色谱图如下:

巨发颜料

                  图二、彩色混相无机颜料色谱图

 

色混相无机颜料的制造特点

这类颜料的许多稳定性是与其制造方法有关。彩色混相无机颜料有许多种不同的制造方法,但常用的是将几个单一金属氧化物(或加热后产生氧化物的金属盐)放在一起,产生一个含有这几种金属的新的晶格金属氧化物。

第一步按比例混合反应性的细粉末状的单金属氧化物,为尽可能得到一个均匀混合物,原料氧化物良好地混合是非常重要的。投完料后加热,一般控温在800~1400℃,这取决于晶种。在这高温下金属离子在固态中扩散在一起,产生一个新的晶体,将这种颜料研磨成所需的颗粒大小。彩色混相无机颜料细度约0.5~10um,取决于产品和用途。固体状态下扩散金属离子需要大量能量,这就是为什么需要如此高温的原因。为完成这一反应,原料的细度和化学活性是必要的。

为什么彩色混相无机颜料如此稳定?通过了解这些颜料是如何制造的就可知道它的部分原因。因为在制造过程中颜料经历了极端热环境,它们非常耐热,故受温时将继续不变,除非温度接近制造点。另一个原因是在这样的制造高温下有足够的能量来克服许多化学障碍,其结果使在这些元素的存在下形成了最稳定的化学统一体。这意味着这些产品是非常惰性的,混合的金属氧化物就像天然的矿物一样惰性,它抗拒变化。改变这些扩散的离子结构需要大量能量。因此这些颜料对热,光, 酸、碱、氧化剂、试剂和溶剂均无反应。

巨发颜料

图三、彩色混相无机颜料制造略图

不同颜料有不同性质从而有不同的用途。一般说,彩色混相无机颜料性能适用于需要有极好的热、光和化学稳定性处, 例如严酷环境彩色混相无机颜料的一些重要物理性是密度高、吸油量低,不溶解并有些磨蚀性,分散性从好到极佳。由于彩色混相无机颜料有很高的折光指数,所以光学性包括从好到极佳的遮盖力,着色力从差到中,彩度从差到好。这些是由过度金属氧化物的颜色引起的。这种颜料显示出极佳的耐酸、碱、氧化剂和还原性。具有这些性能的颜料特别适用于严酷环境,它有优良的保色性和耐气候性。

 

彩色混相无机颜料的性能

    湖南巨发生产的彩色混相无机颜料的主要性能参见下表:

巨发颜料

备注:分级   耐候性, 5优良 1差;  耐光性,8优异 1差

 

彩色混相无机颜料的应用领域

由于彩色混相无机颜料的化学本质和制造方法,它具有抗拒变化的特性。正是由于这个特性它们在需要耐热,耐光、耐化学品性的场所,长久保持色彩稳定领域已用许多年,它们还将继续用于这些严酷的环境中。它应用于卷材涂料、聚氯乙烯墙板、屋顶、高温塑料、伪装涂料铬钴绿和其它需要极好耐热、耐久性的领域。


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