Пигмент оксида железа: производство, применение и контроль цвета
Пигменты оксида железа — это широко используемые неорганические красители, известные своей долговечностью, нетоксичностью и богатым спектром оттенков. Изготовленные сухим (термическим) или мокрым (осаждением) способом, эти пигменты применяются в строительстве и покрытиях, в производстве пластмасс и асфальта. В этой статье рассматривается, как производственные процессы влияют на формирование цвета, как размер частиц влияет на яркость или глубину оттенка и как определяются различные цветовые индексы, такие как R110 или R180. Будь то яркие красные или землистые желтые цвета, пигменты оксида железа обеспечивают универсальную и стабильную производительность в различных отраслях.
Пигменты оксида железа — широко используемые неорганические пигменты, известные своей нетоксичностью, превосходной химической стабильностью и яркими, стойкими цветами. Его применение — второй неорганический пигмент в природе, только меньше, чем диоксид титана. В этой статье представлен всесторонний обзор того, как производятся пигменты на основе оксида железа, как формируются и контролируются различные цветовые оттенки, как они применяются, а также основные показатели, указанные в сертификатах качества.
1. Как производятся пигменты на основе оксида железа: сухой и мокрый процесс
Пигменты оксида железа в основном производятся с помощью двух процессов: сухой процесс и мокрый процессОба способа позволяют получать пигменты с различными свойствами, адаптированными для конкретных областей применения.
Сухой процесс (метод термического разложения)
В сухом процессе соли железа (часто сульфат железа или нитрат железа) или железный лом прокаливают при высоких температурах (300–1000°C). Нагревание приводит к окислению и кристаллизации, образуя оксиды железа:
- Оксид железа(III) (Fe₂O₃) для красных оттенков
- Оксид железа(II,III) (Fe₃O₄) для черных оттенков
Этот процесс идеально подходит для получения пигментов глубокого красного или черного цвета, особенно для строительство или Нанесение покрытий.
Мокрый процесс (осаждение и окисление)
Мокрый процесс включает ряд водных химических реакций. Типичный пример (для красного оксида железа) включает:
- Растворение сульфата железа (FeSO₄) в воде с образованием раствора Fe²⁺.
- Добавление щелочи (например, NaOH или известкового молока) с образованием зеленоватого осадка Fe(OH)₂.
- Окислительный с воздухом образуется Fe(OH)₃.
- Контролируемый нагрев (50–100°C) способствует гидролизу и кристаллизации в Fe₂O₃.
- Пигмент затем отфильтрованный, промытый, высушенный и измельченный в мелкий порошок.
Мокрые процессы позволяют лучше контроль цвета и тонкая настройка размера и формы частиц, что делает их более подходящими для высокоценные приложения как покрытия и пластики.
2. Применение пигментов оксида железа
Пигменты на основе оксида железа универсальны и используются в различных отраслях промышленности:
| Промышленность | Приложение |
|---|---|
| Строительство | Бетонные блоки, брусчатка, черепица, цветной цемент |
| Покрытия и краски | Антикоррозионные грунтовки, архитектурные краски, промышленные покрытия |
| Пластик | Мастербатчи, окраска ПВХ, ПП, ПЭ |
| Резина | Окраска шин, наполнители из синтетического каучука |
| Асфальт и битум | Цветной асфальт и декоративное покрытие |
3. Как регулируется оттенок в пигментах на основе оксида железа, полученных методом влажной обработки
Спектр оттенков пигмента оксида железа диаграмма
В мокром процессе цветовой тон (оттенок) пигмента оксида железа влияет:
Температура реакции
Более высокие температуры способствуют кристаллизации и дегидратации:
- 50–70°C → Желтые оттенки (FeOOH)
- 80–100°C → От оранжевого до красного (Fe₂O₃)
- 100°C (или сухая прокалка) → От темно-красного до пурпурно-красного
Время и условия окисления
Более длительное время окисления обеспечивает более полное преобразование Fe²⁺ в Fe³⁺, что приводит к получению более темных тонов.
Рост кристаллов и размер частиц
Более мелкие частицы отражают больше света → более яркие тона (например, R110) Более крупные частицы поглощают больше света → более глубокие/тусклые тона (например, R180)
Связь между оттенком и тонкостью (размером частиц)
В дополнение к температуре реакции, скорости окисления и контролю pH, размер частиц (тонкость) пигментов оксида железа является критическим физический фактор влияющие на конечный оттенок. Размер частиц влияет на способность пигмента рассеивать или поглощать свет, тем самым изменяя его оптический вид.
| Размер частиц (мкм) | Оптическое поведение | Оттенок Внешний вид |
|---|---|---|
| < 0,3 мкм | Улучшенное рассеяние света | Более яркие тона, такие как ярко-красный или желтый |
| 0,3–0,5 мкм | Стабильное оптическое поведение | Стандартный красный или желтый |
| > 0,5 мкм | Улучшенное поглощение света | Более темные тона, такие как бордовый, коричневый или пурпурно-красный |
- Более мелкие частицы → Более сильное отражение света → Более яркие и желтоватые тона
- Более крупные частицы → Более сильное поглощение света → Более темные и коричневатые/фиолетовые тона
Например:
- В красных пигментах оксида железа более тонкие сорта, такие как R110, выглядят более яркими и интенсивными.
- Более грубые сорта, такие как R180 или R190, выглядят темнее и приглушеннее.
Таким образом, контроль тонкости помола и классификации позволяет производителям регулировать оттенок в пределах одной цветовой семьи. Он работает в тандеме с химическими параметрами для достижения точной настройки цвета и постоянного качества продукта.
Заключение: Оттенок контролируется не только температурой, но и сложным взаимодействием условия реакции, кристалличность, и морфология частиц.
4. Как образуются различные цветовые оттенки: красный, желтый, черный, зеленый, синий
| Цвет | Химическая форма | Метод производства |
|---|---|---|
| Красный (Fe₂O₃) | Оксид железа(III) | Мокрое или сухое окисление солей Fe²⁺ |
| Желтый (FeOOH) | Гетит (α-FeOOH) | Контролируемое окисление Fe²⁺ при 50–70°C |
| Черный (Fe₃O₄) | Магнетит (Fe²⁺ + Fe³⁺ оксид) | Частичное окисление Fe²⁺ или термическое разложение |
| Зеленый | Смешанные оксиды хрома и железа | Твердофазные реакции при высоких температурах (источник не железный) |
| Синий | Сложные смешанные оксиды | Часто системы железо-кобальт-глинозем образуются в результате твердофазной реакции. |
Примечание: Пигменты оксида железа зеленого/синего цвета часто не чистые оксиды железа но включают другие оксиды переходных металлов.
5. Что означают коды пигментов оксида железа? (R110, R130 и т. д.)
Цветовые коды, такие как Р110, Y313, Б330и т.д., являются обозначения коммерческого класса, как правило, определяется следующим образом:
- Базовый цвет (R = красный, Y = желтый, B = черный)
- Цветовой индекс или код производителя
- Отражать различия в:
- Оттенок (например, R110 = более яркий красный, R180 = более глубокий красный)
- Размер частиц
- Метод обработки (влажный или сухой)
- Область применения (покрытия, пластик, строительство)
Эти коды не стандартизирован на международном уровнеи могут немного отличаться у разных производителей.
6. Каковы основные характеристики COA (сертификата анализа)?
Типичный сертификат подлинности для красного пигмента оксида железа (например, Fe₂O₃, R130) включает:
| Тестовый элемент | Типичный диапазон |
|---|---|
| Содержание Fe₂O₃ (%) | ≥ 95% |
| Влажность (%) | ≤ 1.0% |
| Поглощение масла (г/100г) | 15–25 |
| Значение pH | 4,0–8,0 |
| Остаток на сите (325 меш) | ≤ 0,3% |
| Интенсивность тонирования (%) | 95–105 (относительно стандарта) |
| Летучие вещества при 105°C (%) | ≤ 1.0% |
| Цветовой оттенок | По сравнению с эталонным стандартом |
Сертификаты подлинности гарантируют, что продукт соответствует требованиям и пригоден для конечного использования (например, покрытия, пластик и т. д.).
Заключение
Пигменты оксида железа, с их выдающейся стабильностью, нетоксичностью и широким спектром ярких цветов, играют жизненно важную роль во многих отраслях промышленности — от строительства и покрытий до пластмасс и косметики. Процесс их производства — будь то путем сухого термического окисления или тщательно контролируемого мокрого осаждения — напрямую влияет на свойства пигмента, такие как оттенок, размер частиц и эффективность нанесения. Понимание того, как формируются эти пигменты, как регулируются цветовые оттенки, такие как красный, желтый и черный, и как обозначаются коммерческие марки (например, R110, R130), позволяет разработчикам рецептур и производителям выбирать правильный пигмент для своих конкретных потребностей.
Благодаря точному контролю параметров производства, таких как температура реакции, скорость окисления и тонкость помола, производители могут адаптировать пигменты для оптимальной производительности в различных сценариях конечного использования. Поскольку спрос на экологически безопасные и высокопроизводительные пигменты растет, оксиды железа продолжают оставаться надежным и универсальным решением.
