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鉛鉻黃顏料的表面改性處理研究進展 |
來源:中國粉體技術網 更新時間:2013-08-30 08:25:00 瀏覽次數: |
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(中國地質大學,北京/楊夢霞等)鉛鉻黃(Lead chromium yellow)是一種含有鉻酸鉛的黃色無機顏料。其化學成分由鉻酸鉛(PbCrO4)硫酸鉛(PbSO4)和堿式鉻酸鉛(PbCrO4•PbO)組成。工業產品按照色澤可由檸檬黃至橘黃色形成連續的一段黃色色譜。通常根據PbCrO4和PbSO4的比例不同分為五個標準色即檸檬鉛鉻黃、淺中鉻黃、中鉛鉻黃、深鉛鉻黃、橘中鉻黃,其中檸檬鉛鉻黃大致以3.2PbCrO4•PbSO4表示,淺鉛鉻黃以2.5 PbCrO4•PbSO4表示,中鉛鉻黃以PbCrO4表示,橘鉛鉻黃以PbO•PbCrO4表示。鉛鉻黃含鉛大概在53%—64%,含鉻大概在10%—16%,具有鉻酸鉛和硫酸鉛的化學和物理性質,鉛鉻黃能溶于強堿和無機強酸,不溶于水和油,有一定的毒性。其著色力強,遮蓋率高,在大氣中不會粉化。
鉛鉻黃是一種性能較為優異且使用廣泛的無機彩色顏料,也是傳統意義上最重要的無機黃顏料,目前仍是涂料工業不可缺少的黃色顏料,并具有價格低廉, 色澤艷麗,色域廣泛,特別是在涂料、油墨、塑料等領域得到廣泛應用。但該產品存在的最大缺點是耐光性、耐候性和耐硫化性能差, 在光的作用下它能迅速地變綠發暗。而且其含有大量的鉛、鉻重金屬元素,對環境造成污染及在生產過程中給工作者帶來極大的身體傷害,使其在使用中得到越來越多的限制。
對鉛鉻黃顏料進行表面改性處理可以提高鉛鉻黃顏料的使用范圍,同時可以提高其分散穩定性、耐光性、耐候性等方面的性能,同時開拓其市場、提高經濟效益、減少環境的污染。目前常用的表面改性方法主要有: 無機包膜、有機包膜和表面改性處理。
1 無機包膜改性
通過沉淀反應將一些無機物質沉淀到粉體顆粒的表面,形成異質包覆層方法稱作無機表面包覆改性方法。包膜處理是將包膜材料緊密的、均勻的包覆在鉛鉻黃的每個顆粒表面,從而起到對鉛鉻黃顏料的保護作用,減少鉛鉻黃顏料與外界的接觸,進而提高鉛鉻黃的耐光性、耐候性等方面等性能,提高顏料的整體品質。
包膜處理通常是利用一種或幾種水合氧化物,常用的無機包覆材料為金屬和非金屬氧化物,如鋁、硅、鋯、銻的氧化物。
1.1 二氧化硅包膜
二氧化硅包膜處理是利用惰性材料二氧化硅為載體,利用其強吸附能力將生成的鉻酸沉淀(物理)吸附在其表面,提高其比表面積,增強耐候性。目前二氧化硅包膜技術對鉛鉻黃顏料化學穩定性、熱穩定性有明顯改善, 但在300—320℃ 溫度范圍內的抗變暗性還較差。
1.2 三氧化二鋁包膜
三氧化二鋁包膜的具體做法是利用無水三氯化鋁的特性, 先將三氯化鋁升華為氣體, 然后和水蒸氣結合, 反應生成的氫氧化鋁被鉛鉻黃顏料附于表面。處理后的鉛鉻黃顏料再經高溫煅燒, 氫氧化鋁在800℃高溫下失去水, 變成三氧化二鋁,從而達到三氧化二鋁包膜鉛鉻黃顏料的目的。
2、有機化表面改性研究
有機化改性是目前最常用的無機粉體表面改性方法,指利用有機表面改性劑分子中的官能團在顆粒表面吸附或化學反應對顆粒表面進行改性。有機處理劑被顏料粒子吸附,并且在顏料離子表面富集,形成吸附層,起到降低顏料便面與適用介質之間的表面張力,改善其潤濕性和分散穩定性能。有機改性劑有油酸、硬脂酸等陰離子表面活性劑,有機胺類陽離子表面活性劑,有機硅和保護膠體、低脂肪族有機化合物等其他類型的改性劑。
鉛鉻黃顏料具有色譜范圍寬,顏色鮮艷度高,著色力強,遮蓋力大,再加上價格比較便宜等優點,使得鉛鉻黃長期以來都是應用廣泛的無機彩色顏料,況且在全世界范圍內,由于鉛鉻黃顏料的代用品都很昂貴,而有機顏料又易退色,遮蓋力差,不耐熱,代用后影響涂料、塑料等產品的質量,所以一直以來鉛鉻黃顏料都是不可缺少黃色無機顏料。但由于鉛鉻黃含有重金屬的嚴重污染,所以對于鉛鉻黃顏料的改性研究事業在90年代以后都比較少。
關于鉛鉻黃顏料的表面改性研究提高鉛鉻黃的耐光性、耐硫化物性、耐熱性、分散穩定性等。如英國卜內門公司經多年研究,已以未經表面處理的A級發展到表面處理的B、C、D、E、F級。A、B級限用于頭道漆或一般用途,C級適用于普通工業面漆,D 、E 級為超微型,適用于高級工業涂料,F級用于汽車面漆和轎車漆。美國杜邦公司、日本大日精化等廠都有表面改性處理的優良產品投放市場。我國在這方面剛剛開始對部分鉛鉻黃品種進行表面改性處理, 也取得了一些進展, 但還需進一步改進提高, 為發展我國的高檔面漆提供耐曬性能優良的黃色顏料。
中國地質大學(北京)杜高翔等對于鉛鉻黃我們進行的一系列的表面改性研究。用硅烷偶聯劑KH550、二甲基硅油、油酸(加入的量分別為0.5%,1.0%,1.5%,2.0%,2.5%,3.0%)等對鉛鉻黃進行表面改性處理。其改性過程為稱取50g鉛鉻黃放入500mL的三口燒瓶中,置于85℃恒溫水浴鍋中攪拌預熱約10min后,稱取相應質量的改性劑在300r/min低速攪拌中的情況下逐滴加入鉛鉻黃中。然后將攪拌器轉速調至1500r/min攪拌反應50min后,取出得改性鉛鉻黃,在烘箱中干燥后進行一系列的表征實驗。結果表明:(1)使用硅烷偶聯劑對鉛鉻黃進行表面改性可改善其在干燥狀態下的分散性,吸油量由原來的30g/100g降低到21g/100g,沉降時間由0.5h增加到27h。鉛鉻黃與KH550的表面作用方式為化學吸附, KH550改性鉛鉻黃的尺度和分散性,結果表明分散性良好。(2)使用二甲基硅油對鉛鉻黃進行表面改性可改善其在干燥狀態下和有機聚合物基體中的分散性,吸油量由原來的30g/100g降低到16g/100g,煤油中的沉降時間由1h增加到16h;鉛鉻黃顆粒表面與二甲基硅油的作用方式為物理涂覆,SEM結果表明粉體在干燥狀態下分散性提高。(3)使用油酸對鉛鉻黃進行表面改性后吸油量由原來的30g/100g降低到17g/100g,降低了43.3%;沉降時間由1h增加到15h。中鉻黃顆粒表面與油酸的表面作用方式為化學吸附。
下圖為改性前后鉛鉻黃的SEM圖,其中圖A為鉛鉻黃原樣,圖B為經表面改性處理后的鉛鉻黃。
3、結語
鉛鉻黃的特性使得其具有廣泛的應用,且目前并沒有找到好的替代品,所以必須進行表面改性處理使其的性能更為優異如使其流動性、分散穩定性更好,更使其具有一些之前沒有的性能。但是目前鉛鉻黃顏料的表面改性技術發展得仍不夠成熟。今后的研究技術內容重點應該在以下幾個方面:進一步研究鉛鉻黃顏料的改性機理,找到更適合鉛鉻黃表面改性技術的新方法;找出或研制改性效果最好而其用量又較少的改性劑,使得改性效果最優;發展復合改性工藝,使得在經過一次改性能夠得到多種改性效果;利用先進的科學技術改善設備等。
(桂林非金屬礦加工與應用技術交流會,發表于中國粉體技術雜志) |
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