CN103305030A

CN103305030A - 一种氧化铁红/硅藻土复合粉体颜料的制备方法

Info

Publication number: CN103305030A
Application number: CN2012100580436A
Authority: CN
Inventors: 杜高翔; 高华; 吕国诚; 廖立兵; 郭伟娟; 薛强; 廖经慧
Original assignee: China University of Geosciences Beijing
Current assignee: China University of Geosciences; China University of Geosciences Beijing
Priority date: 2012-03-07
Filing date: 2012-03-07
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2032-03-07
Also published as: CN103305030B

Abstract

一种氧化铁红/硅藻土复合粉体颜料的制备方法，其特征是：以超细硅藻土粉体为包核基体，氧化铁红为包膜物，采用硅藻土湿法超细研磨与表面特性改造、硅藻土与氧化铁红湿法共混研磨的方法，通过固体颗粒的分割细化、氧化铁红颗粒表面羟基化改造、硅藻土颗粒表面硅酸化改造和机械力化学效应导致的粒-粒包覆改性反应等方式制备而成。要求作为包核基体的硅藻土粉体中硅藻含量大于60％，氧化铁红/硅藻土复合粉体颜料的细度达到-2μm含量80％～95％，各组分按质量的组成比为：硅藻土粉体45％～85％，氧化铁红15％～55％。

Description

一种氧化铁红/硅藻土复合粉体颜料的制备方法

所属技术领域

本发明涉及到利用无机物改性与复合技术制备具有颜料性质的复合材料的生产技术，属于无机非金属材料领域。

背景技术

氧化铁红作为迄今为止人们所制造的综合性能最佳的红色无机颜料，在涂料、造纸、塑料、食品、化妆品等众多工业领域得到广泛应用，成为国民经济建设中一种重要的化工原料。近年来，因经济发展、社会进步和人们生活水平提高等因素带动的建筑业及相关涂料产业的迅猛发展，使氧化铁红颜料的需求量与日俱增。而另一方面，世界钢铁价格逐渐上涨，氧化铁红加工工艺复杂化，环境保护要求严格，这些因素都导致高质量氧化铁红生产成本增大，价格上扬。上述问题使涂料、油漆、建材等氧化铁红消费产业负担不断加重，行业发展因此受到制约。

硅藻土主要是由硅藻形成的一种硅质生物沉积岩。硅藻土的颜色通常呈白色或灰白色。硅藻土的矿物成分主要是蛋白石(SiO₂·nH₂O)及其变种，化学成分以SiO₂为主，此外，硅藻土中还含有少量的Fe、Al、Ca、Mg、K、Na等杂质。硅藻土颗粒具有坚硬、多孔等特点，在助滤剂、吸附剂、污水处理剂等行业有着重要的应用。

采用无机材料的改性与复合技术制备与氧化铁红性能相似且成本低廉的复合制品是缓解氧化铁红生产和消费中存在问题的有效途径之一。通过无机表面包覆改性方式，在非金属矿物等无机材料表面包覆氧化铁红层而形成具有氧化铁红颜料性质的复合粉体一直受到国内外的关注，并形成了主要以无机沉淀反应-热处理晶化法和干式条件粒-粒包覆改性法两种制备复合颜料的技术方法。

无机沉淀反应-热处理晶化方法的具体特征为：将作为基体的非金属矿物颗粒置于铁盐溶液(主要是硫酸铁或者硫酸亚铁)里，然后用碱沉淀，生成氢氧化铁覆盖在矿物颗粒表面，再经热处理使复合物表面的氢氧化铁生成α-Fe₂O₃包膜物。这一方法存在的问题主要有：矿物质包核基体的诱导作用导致氢氧化铁沉淀物难以通过后续晶化生成α-Fe₂O₃，高温反应过程中还可能形成各种铁盐；受水解过程铁盐浓度和固含量的制约，包覆量和均匀程度受到限制，产品的颜料性能一般达不到沉淀氧化铁红的质量要求；生产过程产生大量酸性废水，污染环境。

干式条件粒-粒包覆改性法是将氧化铁红和非金属矿物置于具有干式冲击作用的机械搅拌体系中，通过机械分散、冲击剪切等作用实现细颗粒氧化铁红在较粗的非金属矿物颗粒表面的包覆。采用该方法，因包核基体与氧化铁红的分散程度较差、氧化铁红的密度远大于一般非金属矿物、基体与氧化铁之间缺少产生牢固作用的激发外力和键合基团等原因，制得的复合物颜料性能较差且不稳定。

发明内容

本发明的目的是提供一种在硅藻土颗粒表面牢固包覆氧化铁红颗粒为特征、并因表面层氧化铁红性质而具有颜料性质，可以用作沉淀法氧化铁红的替代材料的氧化铁红/硅藻土复合颜料的制备方法。

本发明通过以下措施实现了氧化铁红/硅藻土复合颜料中氧化铁红颗粒在硅藻土颗粒表面牢固而均匀的包覆：

(1)采用湿法超细研磨方法将作为包核物的硅藻土颗粒和作为包膜物的氧化铁红颗粒分别细化至两者相匹配的粒度范围，即包核物颗粒直径(球型等效直径)∶氧化铁红颗粒直径约为5～10∶1；

(2)通过超细研磨使硅藻土颗粒表面产生机械力活化效应，并通过表面化学性质调整，促进其与氧化铁颗粒之间的界面反应结合；

(3)硅藻土颗粒和氧化铁颗粒在反应体系中各自形成表面官能团，通过官能团之间的化学键合实现两颗粒的相间反应，反应方式如下：

硅藻土表面二氧化硅与硅酸钠或者氢氧化钠反应，在硅藻土颗粒表面形成不同模数的硅酸钠；研磨过程中氧化铁红颗粒表面被活化并吸附羟基形成Fe-OH键合；硅藻土颗粒与氧化铁红颗粒相遇后硅藻土表面的硅酸钠与氧化铁红表面的Fe-OH键反应形成[SiO₄]-Fe键合，从而实现氧化铁红/硅藻土复合颗粒的制备。

本发明制备的氧化铁红/硅藻土复合颗粒颜料因颗粒表面氧化铁红包覆层的高折射率、异质颗粒材料导致的强分散作用和高散射作用，以及形成涂层时包裹较多空气介质导致的较强遮盖作用而具有类似氧化铁红的颜料性质。因氧化铁红颗粒表面包覆微量、均匀的二氧化硅而导致其亮度明显提高，可以作为优质氧化铁红的替代品使用。

由于本发明制备的氧化铁红/硅藻土复合颗粒颜料只含有部分氧化铁红，且硅藻土价格约为氧化铁红的20％，其成本与沉淀法氧化铁红相比具有明显的优势。

本发明最终形成的氧化铁红/硅藻土复合颗粒颜料的成分与组成为：硅藻土45％～85％，沉淀法氧化铁红15％～55％。

实现本发明的氧化铁红/硅藻土复合颗粒颜料的具体制备方法是：

原材料选用：

1.硅藻土粉体，选用天然硅藻土，细度80～1250目，矿物纯度大于60％；

2.氧化铁红，沉淀法生产，工业颜料级；

3.硅酸钠，工业级，模数＝2.0～3.0；

4.氢氧化钠，工业级，氢氧化钠含量大于95％；

5.三乙醇胺，工业纯；

6.聚丙烯酸钠，工业纯。

原则生产工艺过程的具体步骤是：

一、首先按硅藻土与水形成悬浮体固含量为40％～65％的要求，称取硅藻土粉体、水、占干粉质量0.5％～1.2％的三乙醇胺、占干粉质量1.5％～5.5％的硅酸钠。先将50％的硅藻土与其他物料搅拌混合后研磨30min，然后将剩余的硅藻土在研磨的同时逐渐加入研磨系统中，制成待超细研磨的浆料；

二、按氧化铁红与水形成悬浮体中固含量40％～70％的要求，称取氧化铁红、水和占干粉质量0.3％～2.0％的聚丙烯酸钠，置于搅拌机内搅拌，制成浆料；

三、启动湿式搅拌磨系统，对步骤A得到的浆体进行研磨，使颗粒中-1μm含量达到40％～65％，然后将其与氧化铁红浆体混合搅拌，两者的混合比例(干粉质量)按氧化铁红/(硅藻土+氧化铁红)＝15％-55％的要求确定。然后对混合浆体进行搅拌均化；

四、启动湿式搅拌磨的超细研磨系统，对氧化铁红和硅藻土混合浆体进行研磨作业，使磨细产物-2μm含量达到80％～95％，并导入搅拌罐内；

五、向装有氧化铁红/硅藻土复合颗粒颜料浆料的搅拌罐内加入硅藻土和氧化铁红总质量的1.0％～3.0％的硅酸钠和硅酸钠质量的10.0％～30.0％的氢氧化钠，并搅拌均匀，陈化1～2h；

六、利用板框压滤机或离心机将浆料过滤形成滤饼，并加水搅拌均匀后重新过滤，将滤饼的pH值控制在7.0～8.0之间；

七、将滤饼在90℃～150℃下干燥至含水率＜1％；

八、将干燥后的物料打散，即可得到氧化铁红/硅藻土复合颗粒颜料。

附图内容

本发明实施例1得到的氧化铁红/硅藻土复合颗粒颜料的扫描电子显微镜(SEM)分析照片见附图1。

具体实施方式

实施例1：

一、称取硅藻土200g，水300ml，三乙醇胺1.05g，模数为2.5的硅酸钠3.0g，直径为Φ＝1.0～1.8mm的氧化铝陶瓷研磨介质900g。先将100g硅藻土和全部的水、三乙醇胺、硅酸钠和陶瓷研磨介质混合后在2L的介质搅拌磨中搅拌研磨30min，然后再在搅拌研磨的同时将剩下的100g硅藻土缓慢加入搅拌磨中，形成待超细研磨浆体；

二、称取沉淀法氧化铁红200g，水120g，聚丙烯酸钠1.3g，直径为Φ＝1.0～1.8mm的氧化铝陶瓷研磨介质600g，将上述物料搅拌均匀后置于2L的介质搅拌磨中，制成浆体；

三、启动湿式搅拌磨的超细研磨系统，对硅藻土与水制成的浆体进行研磨作业，搅拌磨转速为1200rpm，研磨2.5h，然后并将其与氧化铁红浆体混合搅拌均化；

四、启动湿式搅拌磨的超细研磨系统，转速为1250rpm，对已均化的氧化铁红和硅藻土混合浆体进行研磨作业，研磨2.5h，然后导入5L的搅拌罐内搅拌；

五、向装有氧化铁红/硅藻土复合颗粒颜料混合超细浆体的搅拌罐内加入6g模数为2.5的硅酸钠和1.0g固体氢氧化钠，并搅拌均匀，陈化1～2h；

六、利用板框压滤机或离心机将浆料过滤形成滤饼，然后将滤饼和4L水混合搅拌均匀后重新过滤，过滤后滤饼的pH值为7.6；

七、将滤饼置于温度100℃的干燥箱内干燥24h；

八、将干燥后的物料打散，即得到氧化铁红/硅藻土复合颗粒颜料。

按实施例1制成的氧化铁红/硅藻土复合颗粒颜料的性能列于表1。利用机械力化学法将氧化铁红包覆在超细硅藻土颗粒表面后，与纯氧化铁红相比，颗粒材料的吸油量有所增大，红色度降低10％，但是亮度提高30％，有效的克服了氧化铁红色相偏暗的缺点，且其中氧化铁红用量近为总质量的50％，大大节约了生产成本。

氧化铁红/硅藻土复合颗粒颜料的性能指标表1

Claims

1.一种氧化铁红/硅藻土复合粉体颜料的制备方法，其特征是：以超细硅藻土粉体为包核基体，氧化铁红为包膜物，采用硅藻土湿法超细研磨与表面特性改造、硅藻土与氧化铁红湿法共混研磨的方法，通过固体颗粒的分割细化、氧化铁红颗粒表面羟基化改造、硅藻土颗粒表面硅酸化改造和机械力化学效应导致的粒-粒包覆改性反应等方式制备而成。

要求作为包核基体的硅藻土粉体中硅藻含量大于60％，氧化铁红/硅藻土复合粉体颜料-2μm含量达到80％～95％，各组分按质量的组成比为：硅藻土粉体45％～85％，氧化铁红15％～55％。

2.一种氧化铁红/硅藻土复合粉体颜料的制备方法，其制备工艺和方法特征为：

A、按硅藻土与水形成悬浮体固含量为40％～65％的要求，称取硅藻土粉体、水、占干粉质量0.5％～1.2％的三乙醇胺、占干粉质量1.5％～5.5％的硅酸钠。先将50％的硅藻土与其他物料搅拌混合后研磨30min，然后将剩余的硅藻土在研磨的同时逐渐加入研磨系统中，制成待超细研磨的浆料；

B、按氧化铁红与水形成悬浮体中固含量40％～70％的要求，称取氧化铁红、水和占干粉质量0.3％～2.0％的聚丙烯酸钠，置于搅拌机内搅拌，制成浆料；

C、启动湿式搅拌磨系统，对步骤A得到的浆体进行研磨，使颗粒中-1μm含量达到40％～65％，然后将其与氧化铁红浆体混合搅拌，两者的混合比例(干粉质量)按氧化铁红/(硅藻土+氧化铁红)＝15％-55％的要求确定。然后对混合浆体进行搅拌均化；

D、启动湿式搅拌磨的超细研磨系统，对氧化铁红和硅藻土混合浆体进行研磨作业，使磨细产物-2μm含量达到80％～95％，并导入搅拌罐内；

E、向装有氧化铁红/硅藻土复合颗粒颜料浆料的搅拌罐内加入硅藻土和氧化铁红总质量的1.0％～3.0％的硅酸钠和硅酸钠质量的10.0％～30.0％的氢氧化钠，并搅拌均匀，陈化1～2h；

F、利用板框压滤机或离心机将浆料过滤形成滤饼，并加水搅拌均匀后重新过滤，将滤饼的pH值控制在7.0～8.0之间；

G、将滤饼在90℃～150℃下干燥至含水率＜1％；

H、将干燥后的物料打散，即可得到氧化铁红/硅藻土复合颗粒颜料。