Железоокисные пигменты

11

Железоокисные пигменты представляют собой оксиды железа, которые встречаются в природе в минералах. Они являются основным компонентом красных глин и обеспечивают красно-коричневую окраску горных пород. Желтые, красные, коричневые и черные оксиды железа с древнейших времен использовались человеком в качестве пигментов:
- красный железо-окисный - гематит
- черный железо-окисный - магнетит
- желтый железо-окисный - гетит
- коричневый железо-окисный - магнетит
- оранжевый железо-окисный - лепидокроцит

12

Широкое применение железо-окисные пигменты нашли в производстве цветных строительных материалов и изделий – искусственный камень, тротуарная плитка, черепица и т.д. Они применяются также в производстве оксидных тонеров для принтеров, керамической глазури, катализаторов химических процессов. Кроме того, железоокисные пигменты широко применяются как для непосредственного окрашивания пластмасс в массе, так и для производства суперконцентратов.

Важным преимуществом оксидов железа по сравнению со многими органическими пигментами является их термическая стабильность при температурах переработки большинства полимеров. Однако это не относится к желтым оксидам-гидроксидам железа, которые выделяют воду и превращаются в α-Fe2O3 при температурах около 200 °C.

1Для решения этой проблемы помимо смесевых термостойких пигментов с оксидом цинка или марганца разработаны специальные желтые железоокисные пигменты для применения в пластмассах. За счет химической модификации поверхности частиц пигментов температура их термической деструкции увеличена до 260 0С, что позволяет использовать их для окрашивания полиэтилена низкого давления и полистирола. Разработан желтый пигмент, представляющий собой стабилизированный оксид железа/цинка, который стабилен до 300 0С, и может использоваться для конструкционных пластмасс, включая АБС-пластик и полиамид.

Современные синтетические железо-окисные пигменты выпускаются с использованием последних научных технологий, что в свою очередь
позволяет не только получать продукцию высокого качества, но и контролировать множество параметров самого синтеза, которые определяют
специальные свойства пигментов и дают возможность создавать продукт с заданными характеристиками. В настоящее время в промышленных
масштабах используются четыре основные технологии получения железоокисных пигментов (см. таблицу № 1).

Таблица № 1

Название метода

Химические реакции, лежащие в его основе

Процесс осаждения

2FeSO4 + 4NaOH + ½O2  образование желтых зародышей  2FeOOH + 2Na2SO4 + H2O

2FeOOH Fe2O3 + H2O

Процесс Пеннимана

2Fe + ½ O2 + 3H2O образование желтых зародышей 2FeOOH = 2H2

Процесс Лаукса

9Fe + 4C6H5NO2 + 4H2O 3Fe3O4 + 4C6H5NH2

2Fe + C6H5NO2 + 2H2O 2FeOOH + C6H5NH2

4Fe3O4 + O2 6Fe2O3

Обжиг

4FeSO4*7H2O + O2 2Fe2O3 + 28H2O + 4SO3

Для примера приведем результаты исследований составов железоокисных пигментов производства китайской компании HYROX.

Были исследованы составы восьми красителей разных цветов. По результатам рентгенофазового анализа можно судить о структуре пигментов.
В таблице № 2 приведены составы исследованных пигментов. А на диаграмме № 1 представлен рентгеновские спектры исследуемых пигментов.

Таблица № 2

Составы железоокисных пигментов

 

гетит  HFeO2

гематит Fe2O3

магнетит  Fe3O4

кальцит  CaCO3

Красный № 110

 

*

 

 

Красный № 120

 

*

 

 

Красный № 130

 

*

 

 

Желтый № 311

*

 

 

 

Коричневый  № 610

*

*

*

 

Коричневый  № 663

 

*

*

 

Зеленый № 833

*

 

 

*

Оранжевый № 960

*

*

 

 

1Диаграмма № 1

Результаты рентгеноспектрального анализа позволили определить, что эти пигменты получены путем синтеза, используя несколько технологических процессов (см. таблицу № 3).

Таблица № 3

Сводная таблица элементов железоокисных пигментов

Элемент

110

120

130

331

610

663

833

960

C

9,95

8,32

4,18

29,57

6,22

13

50,25

19,83

O

45,92

46,45

19,26

49,75

36,79

52,92

45,16

46,7

Na

 

 

 

 

 

0,96

 

 

Mg

 

 

 

 

0,61

0,41

0,21

0,17

Al

0,06

 

0,06

0,06

0,59

0,31

0,16

0,24

Si

0,06

0,13

0,08

0,05

0,71

0,29

0,04

0,12

S

0,22

0,28

0,2

0,19

0,23

0,17

0,04

0,16

Ca

 

 

 

0,05

0,15

0,04

1,87

0,05

Ti

 

0,12

 

0,14

0,16

0,21

0,05

0,21

Fe

43,52

44,69

76,14

20,11

53,78

31,69

2,13

32,5

Cu

 

 

 

 

 

 

0,04

 

Zn

 

 

 

0,09

0,7

 

0,04

 

K

 

 

 

 

0,07

 

 

 

Качество пигментов характеризуется несколькими важными параметрами. Это красящая способность, насыщенность (интенсивность) цвета, укрывистость, совместимость с окрашиваемым материалом.

Кроме того, пигменты должны обладать высокой светостойкостью, термостойкостью, атмосферостойкостью. Для получения глубины оттенков надо, чтобы пигменты обладали хорошим светопоглощением и светорассеянием.

Как ни странно, но все эти параметры зависят не столько от химического состава материала, сколько от размера, формы и структуры частиц пигментов.
Так, чтобы получить спектр оттенков какого-либо цвета, нужно этот фактор запрограммировать в технологическом процессе синтеза пигмента.

Интенсивность окраски красных железоокисных пигментов максимальна при среднем размере частиц около 0,4 мкм и уменьшается с увеличением или уменьшением размера частиц.

Влияние размера частиц становится еще более очевидным при рассмотрении кроющей способности. Железоокисные пигменты с размером частиц меньше 0,05 мкм являются прозрачными, укрывистость достигает максимума при размере частиц около 0,4 мкм и уменьшается при увеличении размера частиц.
Распределение частиц по размеру имеет решающее значение для чистоты цвета. Пигменты с узким распределением частиц по размеру обладают высокой чистотой цвета, тогда как пигменты с широким распределением дают ненасыщенный цвет.

Ниже приводятся микрофотографии исследуемых пигментов, на которых можно увидеть размеры частиц, их форму.

1 – Красный № 110 - гематит

1 – Красный № 110 - гематит1 – Красный № 110 - гематит

2 – Красный № 120 - гематит

2 – Красный № 120 - гематит2 – Красный № 120 - гематит

3 – Красный № 130 - гематит

3 – Красный № 130 - гематит3 – Красный № 130 - гематит

4 – Желтый № 311 - гетит

4 – Желтый № 311 - гетит4 – Желтый № 311 - гетит

5 – Коричневый № 610 - гетит + гематит + магнетит

5 – Коричневый № 610 - гетит + гематит + магнетит5 – Коричневый № 610 - гетит + гематит + магнетит

6 – Коричневый № 633 – гематит + магнетит

6 – Коричневый № 633 – гематит + магнетит6 – Коричневый № 633 – гематит + магнетит

7 – Зеленый № 833 - гетит + кальцит

7 – Зеленый № 833 - гетит + кальцит7 – Зеленый № 833 - гетит + кальцит

8 – Оранжевый № 960 - гетит + гематит

8 – Оранжевый № 960 - гетит + гематит8 – Оранжевый № 960 - гетит + гематит


Рекомендуем ознакомится: добавки для полимеров, краситель для тротуарной плитки, меловая добавка, пигменты для бетона купить, пигменты для тротуарной плитки, краситель для бетона, суперконцентраты красителей, красители для полимеров, железоокисные пигменты, диоксид титана Минск.