包覆型氧化铁系颜料微结构与耐热性能研究

摘要

高着色能力、低吸油值、超细微化、易分散、多功能、耐热、无毒等技术的开发是当今无机颜料的发展策略，作为第一大彩色无机颜料，氧化铁系颜料被广泛应用于建材、涂料、橡胶、塑料、油漆等着色。在应用实践过程中，开发高质量和高性能等特殊要求的精细氧化铁颜料产品一直受到广泛关注。包覆处理工艺作为氧化铁系颜料传统改性方法之一已经得到初步的工业化应用：其中，水热法包覆需在高温高压的密闭体系中进行，对设备要求严格且能耗高，因此限制了其大规模生产应用；沉淀法包覆可用镁铝的氢氧化物、二氧化硅等，二氧化硅包覆铁黄能起到一定的抑制脱水作用，但二氧化硅包覆铁黄的吸油值明显提升，影响在涂料和塑料中的分散性能。包覆镁铝的氢氧化物后能提升氧化铁黄的耐热性能，但镁氢氧化物合成pH条件偏高(达到9～10)，限制了其使用范围。由于氢氧化铝能够酸碱两向解离，包覆后产品pH近中性，吸油值保持基本不变，如果能够优化包覆工艺，将能够更好地应用于颜料改性。本研究首先采用氢氧化钠和硫酸铝反应的沉淀法，对铁黄进行表面氢氧化铝致密包覆，提升其耐热性，首先探讨包覆量、包覆温度、晶化时间、反应pH四种因素对铁黄表面包覆氢氧化铝后的微结构与其耐热性的影响；其次在包覆过程中用磷酸作为改性剂，进一步提高包覆铁黄耐热性并分析了改性剂不同添加量下样品包覆层的物相；最后利用不同pH条件下合成的氢氧化铝包覆氧化铁黄作为前驱体，煅烧后合成耐烧结氧化铁红。
　　本文的研究内容与结论如下：
　　(1)以氧化铁黄作为前驱体，采用沉淀法合成不同晶型氧化铝包覆氧化铁黄颜料，采用XRD、FT-IR、TG-DTA、SEM&EDS、TEM等方法表征包覆氧化铁黄颜料的结构，探讨了包覆量、包覆温度、晶化时间、反应pH等因素对复合材料微结构以及耐热性能的影响。结果表明：体系反应温度为80℃，包覆量为15％，晶化时间大于4h，体系pH为8、10时，铁黄颜料240℃下耐热处理30min后色差值较小。包覆铁黄耐热性与表面包覆层形成的物相密切相关。pH值为4时，铁黄表面包覆层为无定型氢氧化铝；pH值提高至6、8、10时，表面包覆层为晶态薄水铝石相。铁黄包覆前后，保持了原先的针状结构，未出现团聚现象；包覆后氧化铁黄颜料耐热性有了较大提升。
　　(2)以氧化铁黄为前驱体，以磷酸为处理剂，控制反应pH为8，采用沉淀法合成包覆氧化铁黄颜料，采用XRD、FT-IR、TG-DTA、SEM&EDS等方法表征包覆氧化铁黄颜料的结构，探讨改性剂磷酸的用量对复合材料微结构以及耐热性能的影响。XRD、FT-IR、EDS测试结果表明：没有磷酸改性时，通过硫酸铝和氢氧化钠反应包覆，样品的耐热性明显提高且包覆层为薄水铝石型羟基氧化铝，磷酸改性后，包覆铁黄的表面物相为无定形磷酸铝盐；通过TG-DTA及耐热测试发现，在合成过程中当通过磷酸改性时，样品的耐热性随着磷酸用量的增加呈现先增强后减弱的趋势，磷酸用量为5.75g时，样品在240℃耐热前后色差△E为3.21，显示了良好的耐热性；SEM表征发现过量的磷酸改性会使反应过程中包覆效果变差，由此得出过量磷酸改性样品耐热性减弱的原因所在。
　　(3)在不同pH条件下采用沉淀法合成氢氧化铝包覆氧化铁黄前驱体，再通过煅烧的方式合成耐热型氧化铁红颜料，利用XRD、FT-IR、SEM等手段表征了复合颜料的结构，探讨前驱体反应pH值对材料结构以及耐热性能的影响。XRD和FT-IR测试结果表明：煅烧温度为400℃、600℃、800℃时，煅烧后样品包覆层为γ-Al2O3或无定型氧化铝；当煅烧温度提高至1100℃时，pH4/Al、pH8/Al包覆层分别为α-Al2O3和θ-Al2O3。而pH6/Al、pH10/Al时为两种晶型的混合物。SEM测试表明，包覆提升了Fe2O3/Al2O3复合颜料的耐烧结性能。耐热性能测试表明，包覆后氧化铁红颜料耐热性能有较大提升，特别在pH=6时经过1100℃的高温煅烧后相对于其在800℃煅烧产物的色差△E为0.84，显示出了良好的耐热性能。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 包覆技术在改进无机颜料性能方面的应用

1.3 耐热氧化铁系材料

1.4 本课题的研究内容、目的和意义

第二章 薄水铝石型AlOOH包覆氧化铁黄颜料微结构与耐热性能研究

2.1 引言

2.1 实验部分

2.3 反应条件对颜料耐热性的影响

2.4 结果与讨论

2.5 包覆铁黄耐热性

2.6 结论

第三章 磷酸改性包覆铁黄微结构与耐热性能研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 样品表征

3.4 结论

第四章 氧化铁黄衍生Fe2O3/Al2O3复合颜料的制备及其耐热性能

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 结论

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间撰写的学术论文目录