云母鈦珠光顏料的生產(chǎn)質(zhì)量影響因素及其應(yīng)用

梁立德

（廣西七色珠光材料股份有限公司，廣西柳州 545600）

0 引言

大約在20世紀(jì)的70年代，杜邦化學(xué)公司的化學(xué)研究人員發(fā)現(xiàn)了天然白云母薄片表面在光線照射下呈現(xiàn)出珍珠般的光澤，研究表明是因?yàn)楣饩€在云母層狀結(jié)構(gòu)多個(gè)界面間發(fā)生了透射、折射和反射產(chǎn)生的效應(yīng)，這種效應(yīng)也叫珠光效應(yīng)。因?yàn)閷优c層間的折射率不一致，且折射率越高珠光效應(yīng)越明顯。云母鈦珠光顏料的生產(chǎn)制備就是源自于這種研究發(fā)現(xiàn)，將云母片作為顏料的基材包裹在里面，在基材表面以化學(xué)反應(yīng)方法沉積出二氧化鈦薄層，由此工藝制備的珠光顏料，在光線照射于顏料表面時(shí)，能呈現(xiàn)出色彩斑斕的效果，產(chǎn)生鮮艷、亮麗的美感。云母鈦珠光顏料具有折射率高、遮蓋力強(qiáng)、化學(xué)穩(wěn)定性高、耐高溫、耐酸堿、無毒無害、色彩豐富亮麗等優(yōu)點(diǎn)，迎合人們對更高層次的色彩和審美的追求。因此，在建筑裝飾涂料、汽車涂料、皮革、工業(yè)產(chǎn)品涂料、塑料、油墨、陶瓷、化妝品等行業(yè)得以非常廣泛的應(yīng)用。

1 云母鈦珠光顏料制備的化學(xué)原理分析

液相沉積法為例，生產(chǎn)云母鈦珠光顏料工藝中，通常以四氯化鈦（TiCl4）為水解沉淀劑，用化學(xué)反應(yīng)式表示主要有如下反應(yīng)過程：

四氯化鈦與中和劑并流水解沉積是目前珠光顏料生產(chǎn)最普遍和常用方法。把一定粒徑大小規(guī)格的云母鱗片與去離子水按既定配比制成懸浮液，并將懸浮液置于具有特制的耐酸堿腐蝕的反應(yīng)釜中。在水解反應(yīng)過程中需要精確把控懸浮液的pH、溫度、TiCl4溶液加入速率、攪拌速率等參數(shù)在合理的范圍內(nèi)。只有嚴(yán)格控制好以上這些參數(shù)，TiCl4才能受控地沉積在云母表面上。由上述的化學(xué)反應(yīng)式可知TiCl4的水解會(huì)產(chǎn)生鹽酸，隨著水解反應(yīng)的不斷進(jìn)行，生成的鹽酸會(huì)使懸浮液的pH發(fā)生非常明顯的變化，因此需要采用中和劑如氫氧化鈉（NaOH）進(jìn)行酸堿中和來控制反應(yīng)釜中穩(wěn)定的pH環(huán)境。水解反應(yīng)釜內(nèi)在這些特定的反應(yīng)條件下能夠產(chǎn)生納米級H2TiO3粒子，這些粒子沉積于懸浮液當(dāng)中的基材上，沉積的粒子越來越多時(shí)珠光顏料顏色發(fā)生變化，珠光顏料從銀白色逐漸過渡到金、紅、紫、藍(lán)、綠等干涉色。

2 光學(xué)原理

珠光顏料是能夠產(chǎn)生珍珠光澤（珠光效應(yīng)）的顏料，其光學(xué)原理是在基材上沉積包裹一層或交替多層如TiO2的多種金屬或者非金屬氧化物，組成了類似“三明治”的夾心體結(jié)構(gòu)。在這樣的夾心體結(jié)構(gòu)中，表面所沉積的各種氧化物沉積層之間存在光學(xué)折射率的差異，入射光照射在表層以及透射到里面的每一層不同氧化物沉積層界面處都能產(chǎn)生光的反射與折射，由多重反射與折射光的疊加又會(huì)發(fā)生光的干涉現(xiàn)象，這就是能讓人們?nèi)庋劭吹缴拾邤痰拿烂钚Чτ谠颇糕佒楣忸伭蟻碚f，云母片基材上沉積的層狀結(jié)構(gòu)依據(jù)二氧化鈦沉積層厚度不同，顏色變化會(huì)有銀白、橙色、金色、紅色、藍(lán)色、紫色、綠色多種顏色，這些顏色產(chǎn)生同樣也是光的干涉現(xiàn)象，統(tǒng)稱為干涉色。

3 云母鈦珠光顏料生產(chǎn)工藝流程

3.1 基材云母粉制備

云母的天然形成條件有多種，主要成分是二氧化硅（49%左右）。云母結(jié)晶結(jié)構(gòu)中的硅原子和氧原子結(jié)合比較緊密，而其他元素原子如鉀原子、鋁原子與氧原子的結(jié)合較弱，因此云母具有易于層狀解理的特性。經(jīng)過加工容易分剝成平坦、具有彈性、光滑而薄的薄片。天然云母種類很多，能用于珠光顏料工業(yè)生產(chǎn)的主要是白云母和金云母。白云母與金云母致色鐵、錳離子等雜質(zhì)含量較低顏色較為純屬凈。云母鈦珠光顏料云母粉基材的制備主要流程有云母煅燒、除雜、水力沖擊破碎、濕法碾磨、精密分級等。

3.2 珠光顏料生產(chǎn)流程

經(jīng)過對云母粉的分級之后，選擇相應(yīng)規(guī)格粒徑的云母粉投入反應(yīng)釜，加入純水，經(jīng)加熱、攪拌制成云母懸浮液。懸浮液一般控制在70～80℃的溫度，在反應(yīng)釜中精確把控懸浮液的pH、溫度、TiCl4溶液加入速率、攪拌速率等參數(shù)在合理的范圍內(nèi)，之后重點(diǎn)對顏料顏色監(jiān)控，顏色接近參比樣這時(shí)需要進(jìn)行取樣進(jìn)行抽濾、洗滌、干燥和高溫煅燒，煅燒后的顏色和目標(biāo)顏色相同或接近，即認(rèn)為水解反應(yīng)達(dá)到終點(diǎn)。水解反應(yīng)釜內(nèi)的懸浮液經(jīng)過抽濾、洗滌、干燥和煅燒即可得到珠光顏料，生產(chǎn)流程工藝如圖1所示。該工藝無三廢污染、對設(shè)備要求不高，可規(guī)?；a(chǎn)。

圖1 珠光顏料生產(chǎn)流程

4 云母鈦珠光顏料質(zhì)量影響因素分析

4.1 基材的選擇

云母基材本身的白度和亮度越好，包覆生產(chǎn)的云母鈦珠光的亮度也會(huì)更好。影響云母礦色澤度的主要原因是云母礦含有的鐵等致色金屬氧化物。要生產(chǎn)高亮度的云母鈦珠光材料，就要選擇原始色澤度高、透明度高、雜質(zhì)含量少的白云母。另外云母的碾磨分級工藝也是影響珠光亮度的重要因素，生產(chǎn)珠光材料的云母薄片必需采用濕法碾磨，采用特殊的碾磨設(shè)備。以使碾磨得到的云母薄片表面光潔，盡量減少表面劃痕和損傷。云母薄片的徑厚比是影響珠光材料的另一重要因素。通常作為珠光原料的云母片的徑厚比要達(dá)到1:（50～100）。碾磨后云母粒徑的分級工藝和技術(shù)決定了云母基材的粒徑分布。一般來說，云母基材粒徑分布越窄，所得的珠光材料的亮度和色純度越好，但是要照顧珠光材料的遮蓋力等因素，并不是粒徑分布越窄越好。對于10～60μm粒徑范圍的產(chǎn)品，粒徑徑距在1.4～1.5為佳。

4.2 沉積劑的選擇

對于云母鈦珠光的液相沉積加堿中和水解包覆工藝，已經(jīng)確定四氯化鈦為主流的沉積劑。相對硫酸氧鈦而言，四氯化鈦?zhàn)鳛槌练e劑更為經(jīng)濟(jì)和環(huán)保，并且珠光的質(zhì)量較為穩(wěn)定。而硫酸氧鈦由于難免有鐵、錳、鉻、釩等雜質(zhì)，目前沒有經(jīng)濟(jì)可靠的除雜手段及環(huán)保等原因，逐漸退出主流工藝。沉積劑的雜質(zhì)成分的含量是影響云母鈦珠光材料亮度的重要原因，尤其是鐵、鎳、鉻等可致色的金屬離子，會(huì)在水解中與二氧化鈦形成有色的共同包覆膜，從面影響珠光的亮度。在選擇四氯化鈦時(shí)要嚴(yán)格控制其中的雜質(zhì)含量。

4.3 水解工藝參數(shù)的選擇

對于液相沉積加堿中和水解工藝，工藝參數(shù)和選擇至關(guān)重要。尤其是反應(yīng)體系的溫度、酸度、攪拌強(qiáng)度，鈦液濃度影響最大。要獲得高亮度的云母鈦珠光材料，水解工序要在一個(gè)相對穩(wěn)定的溫度、pH及恰當(dāng)?shù)臄嚢鑿?qiáng)度下進(jìn)行，才能獲得光滑致密的包膜。

4.4 包覆工藝技術(shù)和包覆層次的選擇

對于相同的基材，同等質(zhì)量沉積劑，相同的工藝設(shè)備，如果包覆工藝技術(shù)掌握不當(dāng)，往往會(huì)得到兩種質(zhì)量截然不同的珠光產(chǎn)品，亮度和色純度會(huì)相差甚遠(yuǎn)。目前主流的普通的工業(yè)級銀白珠光效應(yīng)材料均只采取單層（銳鈦型）或兩層（金紅石型）的包覆工藝。從理論上說，增加珠光材料的包覆層次可以增加光線在不同層次的界面上發(fā)生反射和透射的次數(shù)，從而增加珠光材料的亮度。

5 云母鈦珠光顏料的應(yīng)用

云母鈦珠光顏料在涂料工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。經(jīng)過后處理的珠光顏料添加在涂料中容易分散而不會(huì)沉底，無論是水性涂料還是溶劑型涂料。添加珠光顏料的涂料具備很好的光穩(wěn)定性和耐候性的同時(shí)，使涂料增加了珠光效應(yīng)，非常合適用于建材涂料、保護(hù)性涂料和建筑裝飾。涂料添加珠光顏料能增強(qiáng)涂膜附著力與機(jī)械強(qiáng)度，起到防脫落、防開裂作用，并讓這些涂料呈現(xiàn)出多彩、仿真、云彩的裝飾效果，被譽(yù)為無紙筆畫。珠光顏料在汽車工業(yè)中應(yīng)用發(fā)展快速。珠光顏料一般可以添加到各類型樹脂中從而獲得閃光漆，性能和耐候性極佳，能耐受長期的酸雨腐蝕、陽光暴曬等環(huán)境。珠光顏料在保有原本金屬般光澤同時(shí)還能增加色彩飽和度和層次感，是汽車行業(yè)極為重要裝飾顏料。在塑料的應(yīng)用中，云母鈦珠光顏料化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定非常安全，不會(huì)與樹脂以及殘留物如游離酸堿、活潑基團(tuán)、塑料助劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)還能讓塑料減緩?fù)噬?、灰化，提高塑料耐光、耐熱性能及延長使用壽命，添加金屬光澤屬性。另外，珠光顏料在陶瓷、油墨、化妝品等行業(yè)也有相當(dāng)?shù)膽?yīng)用范圍。

6 結(jié)語

綜上所述，珠光顏料廣泛應(yīng)用于建筑裝飾涂料、汽車涂料、皮革、工業(yè)產(chǎn)品涂料、塑料、油墨、陶瓷、化妝品等領(lǐng)域，不斷豐富著人們生活的色彩。如何提高珠光顏料的生產(chǎn)質(zhì)量是行業(yè)研究的重要方向。本文認(rèn)為云母鈦珠光顏料生產(chǎn)流程從原材料到最后的成品，在很多環(huán)節(jié)當(dāng)中質(zhì)量影響最為明顯的是基材的選擇、沉積劑的選擇、水解工藝參數(shù)控制、包覆工藝技術(shù)和包覆層次這些工序，如果控制好這些工序環(huán)節(jié)，就一定可以生產(chǎn)出高質(zhì)量品質(zhì)的珠光顏料。