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在全球范圍內,氧化鐵是僅次于鈦白的第二大無機顏料,也是第一大彩色無機顏料。氧化鐵系顏料主要包括以鐵的氧化物為基本物質的氧化鐵紅、黃、黑和棕四大類。氧化鐵黃,又稱羥基氧化鐵(FeOOH),在177℃左右會脫水分解而變成紅色,因此普通鐵黃顏料在塑料加工和烘烤型涂料等高溫場合中應用受到限制。氧化鐵黃顏料通過表面包覆,可以提高其耐溫性能,從而拓展氧化鐵黃顏料的應用領域。
氧化鐵黃(又稱羥基鐵)的化學式為α-Fe2O3·H2O或α-FeOOH,系針狀結構,呈黃色粉末狀,是一種粒徑小于0.1μm,在透明介質中有很好分散性的鐵系顏料,其著色力強,遮蓋力高,不溶于堿,微溶于酸。合成氧化鐵黃具有耐光性、分散性好以及無毒、無味,人體不易吸收等特點,廣泛應用于涂料、塑料、油墨以及醫藥工業等領域。
1.氧化鐵黃顏料具有耐酸、耐堿性,對一般的弱酸和稀酸具有抗耐性,在任何濃度的堿性溶液中都非常穩定。
2.氧化鐵黃顏料具有一定的耐光、耐熱、耐候性,其涂膜色澤耐久,在光中能保持涂膜不被破壞。氧化鐵黃顏料在一定的溫度范圍內穩定,但超過極限溫度,其色澤開始變化,隨溫度的升高,變化的程度也愈顯著。氧化鐵黃顏料不太受寒暑、干濕等氣候條件的影響。
3.氧化鐵黃顏料在任何環境大氣中(如含H 2 S、CO、SO 2 、HCl、NO等氣體)都非常穩定。且耐污染、耐水、耐油、耐溶劑的滲透,不溶于水、礦物油或植物油中。
4.氧化鐵黃顏料著色力強、遮蓋力高,隨著顏料粒度的減小,其著色力越強。
氧化鐵黃
納米氧化鐵黃具有耐酸、耐堿、無毒、價廉等特點 ,廣泛用于涂料、塑料、橡膠 ,且納米鐵黃的粒徑小于 100 nm,使其具有一些獨有的特點.當光線照射到其表面時 ,會發生透射和繞射現象 ,呈現透明黃色 ,同時能強烈吸收紫外線 ,因此可作為功能顏料用于高檔汽車、精密儀器、自行車、摩托車等的表面漆 ,以及用作化妝品、食品、藥品等著色添加劑等。
1970年,日本學者研究了氧化鐵微晶生成相圖,為氧化鐵黃晶種的制備方法奠定了理論基礎。根據該研究成果,鐵黃晶種可以在酸性條件或堿性條件下形成。因鐵黃是晶體結構,要使它結晶成顏料粒子,必須先形成晶核,成為晶種,然后晶核長大成為鐵黃。否則,只能得到稀薄、顏色暗淡的色漿,不具備顏料性能。酸法又可分為鐵皮法和滴加法2種工藝。
該方法使用的原料為FeSO4,為維持反應介質中Fe3+濃度在特定的范圍,在反應過程中加入還原劑鐵皮。加入鐵黃晶種和通入空氣,在一定pH條件下合成鐵黃。該方法主要有兩步:(1)首先以FeSO4·7H2O為原料、NaOH或NH3·H2O為沉淀劑或pH調節劑、空氣為氧化劑氧化制備晶種;(2)用晶種、FeSO4、鐵皮、空氣進行二步氧化產出鐵黃。
此處,NaOH或NH3·H2O用作沉淀劑或pH調節劑,與FeSO4反應生成氫氧化亞鐵沉淀;空氣用作氧化劑 ;鐵皮與FeSO4氧化水解過程中所產生的硫酸反應,提供反應體系中所需的亞鐵離子,并維持溶液的pH值。酸法的堿耗少,粒子較易洗滌。晶種制備和晶體生長這兩個過程的相對速率決定了鐵黃粒子的粒徑、粒徑分布和粒子的形貌。
試驗中可通過加添加劑的方法來抑制鐵黃粒子的生長,從而制備出粒徑小、分布窄的氧化鐵黃晶體。在晶體生長階段,通過滴加堿液來中和反應過程中生成的酸或用鐵皮與反應過程中生成的酸反應。酸法的優點是可避免金屬雜質沉淀,堿耗少;缺點是即使經多次洗滌,顏料里仍含有陰離子,這樣會降低其分散性,而要得到較高的分散性需犧牲一定的透明度。
在二步氧化中若采用滴加硫酸亞鐵溶液代替鐵皮,并滴加氨水中和氧化過程中產生的酸,則這種方法稱為滴加法。
所涉及的反應為:4FeSO4+O2(空氣)+6H2O=4α-FeOOH↓+4H2SO4
滴加法需以一定的速度向三口瓶中滴加硫酸亞鐵母液和氨水,每隔一段時間用pH計測定反應體系的pH值,用重鉻酸鉀法分析Fe2+、Fe3+的濃度,以控制反應體系的pH值和Fe2+濃度。氧化鐵黃是一類僅次于鈦白的重要無機顏料,應因地制宜地采用合適的原料和工藝來生產高附加值的透明氧化鐵黃。但因反應涉及到氣-固-液三相,生產過程較復雜,反應和結晶機理還不很清楚,工藝也難精確控制,因此,需重點研究氧化鐵黃的反應及結晶機理,以便生產出品質優、成本低的氧化鐵黃。
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