適用于嚴酷環(huán)境中的彩色混相無機顏料的結構、性能與特點
分類:技術文檔 來源: 發(fā)布時間:2022-03-31
彩色混相無機顏料的結構
彩色混相無機顏料是一種最近幾年才在國際國內(nèi)大量推廣應用的高性能無機顏料,在國際上又稱為CICP或MMO顏料,學術上常稱呼為金屬氧化物混相顏料。在各類無機彩色顏料中,該顏料因具有環(huán)保無毒、耐候耐光性極好、耐熱性高、耐化學性優(yōu)良、色譜范圍也比較寬廣等特點,在職業(yè)安全及環(huán)保法規(guī)日趨強化、制成品使用期要求越來越長的今天,深受涂料、塑料、色母粒、陶瓷、玻璃、建材等相關行業(yè)的歡迎。由于它的化學本質(zhì)和制造方法的特殊性,對熱、光、化學品非常穩(wěn)定,而成為嚴酷環(huán)境中需要耐久性好的最佳選擇。
一般來說,混相無機顏料是金屬氧化物,它含有兩種或兩種以上金屬單一的特種晶體結構, 而不是金屬氧化物的物理混合。因而, 彩色混相無機顏料有單一的化學特性——具有一定金屬原子和氧原子的晶體排列,形成延伸的離子固體。許多礦物有此特性 我們可將彩色混相無機顏料看作合成的礦物。晶體中的過度金屬原子使彩色混相無機顏料產(chǎn)生顏色,特定金屬的原子和它們在晶體中所處的四鄰決定呈什么顏色, 因此可制得各種顏色。形成哪種晶體結構取決于各金屬的相對數(shù)量, 金屬上的離子數(shù)和金屬離子的大小。這些因素導致金屬原子和氧原子以特種方式排列,形成最穩(wěn)定的晶體結構。晶體結構有許多可能,但有兩種對彩色混相無機顏料特別重要。它們是尖晶石和金紅石結構,這些結構是非常穩(wěn)定。尖晶石結構的化學分子式可寫為AB2O4, 意指每4個氧原子有一個金屬原子“A” 和兩個金屬原子“B”。 “A” 和“B 是兩個帶不同離子荷的金屬。晶體結構限定金屬原子有二個可能的四鄰,一種是四面體,一個金屬原子周圍有四個氧原子;另一種是八面體,一個金屬原子周圍有六個氧原子。金紅石分子式為MO2,它的晶體結構是八面體,一個金屬原子周圍有六個氧原子。
純礦物,尖晶石是鋁酸鎂(MgAl2O4) ,金紅石是二氧化鈦(TiO2),都是無色的,但晶體中的一些過度金屬的金屬原子,例如鉻、錳、鐵、鈷、鎳或銅替代某些金屬原子可使之有色。例如,將尖晶石中的鎂用鈷替代,得到鋁酸鈷,有一個非常好認的“鈷一藍”色,其它重要的尖晶石顏料包括鉻鐵銅黑、鈦鈷綠、鋁鉻鈷蘭綠和鈦鐵黃。在金紅石二氧化鈦中鈦原子可用鉻、鎳或錳等替代。一些普通金紅石顏料是鈦鉻淺黃,鈦鎳黃和鈦錳棕。因此,只要選擇一種或多種金屬放入晶體結構中,調(diào)節(jié)配方就能得到這些晶體結構之一,許多不同顏色也就可制得。
色混相無機顏料的制造特點
這類顏料的許多穩(wěn)定性是與其制造方法有關。彩色混相無機顏料有許多種不同的制造方法,但常用的是將幾個單一金屬氧化物(或加熱后產(chǎn)生氧化物的金屬鹽)放在一起,產(chǎn)生一個含有這幾種金屬的新的晶格金屬氧化物。
第一步按比例混合反應性的細粉末狀的單金屬氧化物,為盡可能得到一個均勻混合物,原料氧化物良好地混合是非常重要的。投完料后加熱,一般控溫在800~1400℃,這取決于晶種。在這高溫下金屬離子在固態(tài)中擴散在一起,產(chǎn)生一個新的晶體,將這種顏料研磨成所需的顆粒大小。彩色混相無機顏料細度約0.5~10um,取決于產(chǎn)品和用途。固體狀態(tài)下擴散金屬離子需要大量能量,這就是為什么需要如此高溫的原因。為完成這一反應,原料的細度和化學活性是必要的。
為什么彩色混相無機顏料如此穩(wěn)定?通過了解這些顏料是如何制造的就可知道它的部分原因。因為在制造過程中顏料經(jīng)歷了極端熱環(huán)境,它們非常耐熱,故受溫時將繼續(xù)不變,除非溫度接近制造點。另一個原因是在這樣的制造高溫下有足夠的能量來克服許多化學障礙,其結果使在這些元素的存在下形成了最穩(wěn)定的化學統(tǒng)一體。這意味著這些產(chǎn)品是非常惰性的,混合的金屬氧化物就像天然的礦物一樣惰性,它抗拒變化。改變這些擴散的離子結構需要大量能量。因此這些顏料對熱,光, 酸、堿、氧化劑、試劑和溶劑均無反應。
不同顏料有不同性質(zhì)從而有不同的用途。一般說,彩色混相無機顏料性能適用于需要有極好的熱、光和化學穩(wěn)定性處, 例如嚴酷環(huán)境彩色混相無機顏料的一些重要物理性是密度高、吸油量低,不溶解并有些磨蝕性,分散性從好到極佳。由于彩色混相無機顏料有很高的折光指數(shù),所以光學性包括從好到極佳的遮蓋力,著色力從差到中,彩度從差到好。這些是由過度金屬氧化物的顏色引起的。這種顏料顯示出極佳的耐酸、堿、氧化劑和還原性。具有這些性能的顏料特別適用于嚴酷環(huán)境,它有優(yōu)良的保色性和耐氣候性。
彩色混相無機顏料的應用領域
由于彩色混相無機顏料的化學本質(zhì)和制造方法,它具有抗拒變化的特性。正是由于這個特性它們在需要耐熱,耐光、耐化學品性的場所,長久保持色彩穩(wěn)定領域已用許多年,它們還將繼續(xù)用于這些嚴酷的環(huán)境中。它應用于卷材涂料、聚氯乙烯墻板、屋頂、高溫塑料、偽裝涂料鉻鈷綠和其它需要極好耐熱、耐久性的領域。
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