慧聰塗料原料網訊：珠光顏料是指具有珍珠光澤的裝飾性顏料,它是以雲母、片狀石英、片狀氧化鋁或片狀玻璃粉末為基材,在其表面包覆一層高拆射率的金屬氧化物透明薄膜複合而成,當光照射到珠光顏料平整界面時,會產生反射光和折射———反射光,它們之間相互幹涉產生一種有立體感強的珠光色彩。由於珠光色彩格調典雅,能再現自然界珍珠、貝殼、魚鱗等所特有的光澤,具有返璞歸真、塑造產品高格調的效果。
珠光顏料因其光澤強、裝飾效果好、無毒、耐光、耐熱、化學穩定性好等優良特性,而使其應用極其廣泛,從汽車工業、塗料、塑料、皮革、油墨印刷、陶瓷到化妝品、玩具、橡膠、裝飾品等領域。因其具有良好的分散性和穩定性,因此在特種塗料或油漆中添加適量珠光顏料後就可以形成珠光塗料或珠光油漆;因其有很好的閃光效果,在裝飾塗料、家俱中廣泛應用,尤其作為汽車、摩託車的面漆,近年來在高檔汽車中用量很大;在塑料、橡膠和皮革中添加1%～5%的珠光顏料,可以使製品呈現珠光光澤,還具有較高的光穩定性,因此常用於做珠光鈕扣、玩具、鞋子、服裝面料等;珠光顏料因無毒,對皮膚無刺激性,尤其可以反射紫外線,添加到化妝品中可以起到美膚、護膚的作用,因此在化妝品中,從口紅、眼影、指甲油、護膚霜等都可使用。目前全世界雲母鈦珠光顏料的總產量已過萬噸,國際市場的售價達22～55美元,尤其以美國、德國、芬蘭為代表的優質珠光顏料在國際市場上影響較大。
1、珠光顏料基材的研究進展
由於白雲母具有固有的片狀結構,其光滑平整的片理面在包膜試驗後容易產生珠光效果,因此自1963年美國杜邦公司首次研製雲母鈦珠光顏料獲得成功以來,就一直以含鐵低的優質的雲母作為製備珠光顏料的基材。全世界雲母約為25萬t,主要生產國有印度、美國、南非,巴西、馬達加斯加、加拿大、阿根庭和俄羅斯。印度是白雲母最重要的資源國,其次是巴西、馬達加斯加。我國的白雲母資源也比較豐富,如四川雅安、新疆布爾津,內蒙卓資和土貴烏拉、河南西峽、湖南平江的白雲母都可以作為雲母珠光顏料的工業資源。除了採用優質白雲母作為珠光雲母的基材外,還可以使用鉭鈮尾礦中的鋰雲母和絹雲母作基材原料用於合成雲母鈦珠光顏料,筆者對採用鉭鈮尾礦中的鋰雲母和白雲母作基材進行對比試驗。圖中分別為鋰雲母、鈦鋰雲母珠光顏料和鈦白雲母珠光顏料的XRD圖譜。XRD分析說明鋰雲母和白雲母之間的內部結構沒有明顯區別,但在高溫試驗中測定鋰雲母的耐高溫性能要比白雲母差,試驗結果表明:如果用鋰雲母合成珠光顏料,若引入導晶劑可以降低合成溫度,加速銳鈦礦向金紅石相的轉變,從而可以在較低溫度下達到合成珠光顏料的目的,而且不會破壞鋰雲母的原有結構。由於採用雲母原料作基材來合成珠光顏料時,因其包膜厚度很難加厚,使珠光顏料色彩不夠強烈,因此,國外一些研究人員開始採用其他原料作基材來合成珠光顏料,尤其20世紀90年代後期,國外對珠光顏料基材的選擇上有了新的變化,即是以天然石英、氧化鋁、人造玻璃為原料,用特殊磨製方法將它們加工成片狀粉末用於合成珠光顏料,由於這類材料表面的剩餘價鍵較強,因此這類基材與包膜材料之間可以複合得更為牢固,包膜層更厚而仍保持較強的珠光光澤。
我國華南鎢礦的尾礦壩中貯存了大量石英為主的尾砂資源,如果將石英尾砂用特製的輥磨加工成片狀粉料用以作珠光顏料的基材,不僅可以使尾礦變「廢」為寶,而且可以使石英尾砂得到高附加值的綜合利用,因而可以減緩因鎢資源日趨緊缺給礦山所帶來的隱患,充分利用礦山尾砂資源將是今後開發研究的新方向。一般來說,大脈型石英鎢礦床的鎢尾礦石英含量較高,白度較好,如大吉山鎢礦的鎢尾礦中石英達90%以上,漂塘鎢礦大龍山鎢尾礦中石英含量達95%以上,它們是合成珠光顏料較為合適的基體材料,目前這一研究正在進行。
2、珠光顏料的製備方法
雲母珠光顏料的製備主要是用溼化學法使可溶性的金屬鹽溶液通過改變其pH值而變成難溶的氫氧化物微粒並覆蓋於片狀雲母的表面,使雲母的表面包覆了一層氫氧化物的膜層,再經過乾燥、焙燒過程,金屬氫氧化物轉變成穩定而且具有珠光光澤的金屬氧化物膜層,最終成為珠光顏料產品。珠光顏料的製備過程可分為精選->細磨->酸洗->包膜反應->乾燥->焙燒這幾個階段:原料精選即是對雲母進行漂洗、脫泥處理;原料細磨即是對雲母在溼式中磨至0.05mm以下並經過劈片處理;酸洗目的是將雲母表面的夾雜鐵及其他金屬氧化物或夾雜物溶解,增加雲母表面的光澤與白度,通過酸性溶液中H+的萃取,改變雲母表面的離子分布,增強雲母的表面吸附能;包膜反應是採用不同方法在雲母表面包裹一層不溶性的金屬氫氧化物或其他不溶性鹽;焙燒的目的是將包覆在雲母表面的金屬氫氧化物脫水和相變,增強金屬氧化物與雲母之間的作用,以及增強珠光顏料的光澤。目前,採用溼化學法製備珠光顏料主要有如下幾種包膜方法。
2.1 加鹼中和法
這是製備珠光顏料最常見的方法。其原理是在pH值呈酸性的雲母懸浮液中加入金屬鹽溶液,然後再往雲母懸浮液中滴定鹼溶液(氫氧化鈉或氨水),隨著溶液中pH值變大,析出金屬氫氧化物微粒並在雲母表面上沉澱,形成氫氧化物薄膜,再通過洗滌、乾燥和焙燒,獲得珠光顏料。
2.2 沸騰水解法
其原理是加入了金屬鹽溶液且處於酸性體系中的雲母懸浮液在被加熱沸騰的情況下,金屬鹽水解生成氫氧化物微粒包覆在雲母表面形成表面膜,再經洗滌乾燥、焙燒獲得珠光顏料。
2.3 緩衝劑法
其原理是利用緩衝劑來控制pH值,常見有以下幾種緩衝劑處理方法:①尿素中和法,即在酸性體系含金屬可溶性鹽的雲母懸浮溶液中加入尿素緩衝劑,將溶液加熱85℃後尿素發生分解呈鹼性,溶液pH增加,可溶性鹽水解而發生沉澱並包覆在雲母表面形成包覆層。②有機酸法,選用多元有機酸或羥基多元有機酸(如酒石酸、檸檬酸等)作緩衝劑,形成含水金屬有機酸沉澱而發生包膜反應。③酸溶性緩衝劑法,酸溶性緩衝劑是金屬及金屬氧化物的成型物,如鋅粒、鐵絲及氧化鋅等,這些物質可以和鈦鹽等水解形成的酸起反應,從而調節了溶液的pH值,有利於金屬鹽水解反應的進行。
2.4 夾心包膜法
其原理是將不同成分的金屬鹽先後進行包膜反應,焙燒後得到不同成分金屬氧化物的包膜層,隨著包膜層成分的不同,以及包膜厚度的不同,可得到不同顏色的珠光顏料。
3、珠光顏料色彩的研究進展
3.1 銀白色型珠光顏料
銀白色珠光顏料是應用性最廣泛的一類珠光顏料,也是雲母珠光顏料最早出現的一類品種。大多數銀白色珠光顏料的氧化物膜層由單一的TiO2構成,TiO2在白雲母中塗覆率為20%～30%,但隨著技術的改進,銀白色珠光顏料的包膜層除TiO2之外,還有Al2O3、SnO2、SiO2等多種金屬和非金屬氧化物,使顏料變成多層夾心體,進一步提高了光澤。