Основные характеристики и способы производства красных железооокисных пигментов
Пигментом называют вещество, предназначенное для окрашивания различных материалов и изделий (лакокрасочных материалов, стройматериалов, бумаги, пластмасс и т.д.). Это вещество должно быть:
- окрашенным,
- нерастворимым в воде или органических растворителях
- с коэффициентом отражения, отличным от коэффициента отражения окружающей среды (чем больше, тем лучше).
Кроме того, пигмент должен быть порошкообразным (тонкодисперсным), светостойким и химически инертным (нерастворимым в кислотах и щелочах). Пигменты бывают по своей природе органическими и неорганическими.
Среди неорганических пигментов большое значение имеют железосодержащие пигменты. Они характеризуются превосходной светостойкостью, неядовитые, стойки к мелению и относительно инертны. По сравнению с аналогичными по цвету органическими пигментами железосодержащие пигменты имеют ряд преимуществ: отсутствие миграции, устойчивость при повышенных температурах.
Железосодержащие пигменты являются наиболее распространенными из всех цветных пигментов, используемых на практике. По объему производства и потребления железосодержащие пигменты занимают второе место в мире и уступают только диоксиду титана.
Среди железосодержащих пигментов известны синтетические желтые, красные, коричневые и черные пигменты, которые состоят из частиц оксидов и оксигидроксидов железа (III), либо смеси этих фаз, а также композиционные пигменты, представляющие собой частицы носителя с нанесенной на него оболочкой из кристаллов пигментного вещества.
Основой большинства железоокисных пигментов являются три модификации:
- неполный гидроксид железа (III) /желтый, желто-коричневый или рыжевато-коричневый/,
- оксид железа (II) - железа (III) /черный/
- оксид железа (III) /желто-розовый, красный разных оттенков, каштановый/.
Красный железоокисный пигмент (альфа-Fe2O3) вырабатывают из различного железосодержащего сырья несколькими способами:
· термическое разложение и строго контролируемое окисление солей железа (II);
· осаждение оксида железа (III) из водного раствора сульфата железа (II);
· термическое обезвоживание желтого оксида железа;
· окисление синтетического черного оксида железа;
· осаждение из раствора соли оксигидрата железа и последующая его прокалка;
· автоклавная технология получения красного железоокисного пигмента из растворов, содержащих сульфат железа (II).
Всеми указанными способами можно получить широкий спектр красных оттенков. Для большинства синтетических красных железоокисных пигментов величина частиц варьируется от 0,1 до 0,9 мкм, в зависимости от желаемого оттенка. Светлым тонам соответствует размер частиц 0,35-0,40 мкм, наиболее темным - от 1 до 2,5 мкм. В качестве исходного сырья для получения синтетического красного пигмента во всех этих способах используют соли железа (II), сульфат либо хлорид, являющиеся отходом металлургии (растворы после травления стальных заготовок), производства пигментного диоксида титана сульфатным способом (гептагидрат двухвалентного железа), отходы цветной металлургии - ярозиты.
Красный железоокисный пигмент впервые синтезировали в Германии в конце XiX века, после чего производство этого пигмента начало широко развиваться во многих странах. Первоначально пигмент получали только прокаливанием железного купороса.
Красный железоокисный пигмент не растворим в воде, слабых кислотах и щелочах, обладает достаточно высокой термостойкостью (до 500 град. Цельсия). Он придает лакокрасочным покрытиям механическую прочность и непроницаемость для влаги. Благодаря этим свойствам его используют в изолирующих и пассивирующих грунтовках. Красный железоокисный пигмент почти не имеет отражения при длинах волн ниже 400 нм (сильно абсорбирует свет в этой области) и поэтому защищает полимерную основу пластмасс, красок и других материалов от старения.
Анализ мирового опыта в области технологий получения железосодержащих пигментов показывает, что выбор способов получения пигментов определяется как наличием сырьевой базы, так и требованиями, предъявляемыми к целевому продукту. Следует отметить, что предпочтение в выборе способов отдается синтезу пигментов в растворах, так как в этом случае, в отличие от прокалочных способов, процессы более управляемы и возможно получение пигмента более высокого качества. За рубежом повышенный интерес проявляется к способам получения железоокисных пигментов для носителей магнитной записи (особенно, в Японии), перламутровым пигментам на основе оксидов железа, лессирующим пигментам. Наметились определенные тенденции в нахождении компромисса между стремлением к повышению качества выпускаемых синтетических пигментов и использованием дешевого сырья для их получения, в частности отходов различных производств.