[发明专利]一种氧化铁红/硅藻土复合粉体颜料的制备方法

说明书

所属技术领域

本发明涉及到利用无机物改性与复合技术制备具有颜料性质的复合材料的生产技术，属于无机非金属材料领域。 

背景技术

氧化铁红作为迄今为止人们所制造的综合性能最佳的红色无机颜料，在涂料、造纸、塑料、食品、化妆品等众多工业领域得到广泛应用，成为国民经济建设中一种重要的化工原料。近年来，因经济发展、社会进步和人们生活水平提高等因素带动的建筑业及相关涂料产业的迅猛发展，使氧化铁红颜料的需求量与日俱增。而另一方面，世界钢铁价格逐渐上涨，氧化铁红加工工艺复杂化，环境保护要求严格，这些因素都导致高质量氧化铁红生产成本增大，价格上扬。上述问题使涂料、油漆、建材等氧化铁红消费产业负担不断加重，行业发展因此受到制约。 

硅藻土主要是由硅藻形成的一种硅质生物沉积岩。硅藻土的颜色通常呈白色或灰白色。硅藻土的矿物成分主要是蛋白石(SiO₂·nH₂O)及其变种，化学成分以SiO₂为主，此外，硅藻土中还含有少量的Fe、Al、Ca、Mg、K、Na等杂质。硅藻土颗粒具有坚硬、多孔等特点，在助滤剂、吸附剂、污水处理剂等行业有着重要的应用。 

采用无机材料的改性与复合技术制备与氧化铁红性能相似且成本低廉的复合制品是缓解氧化铁红生产和消费中存在问题的有效途径之一。通过无机表面包覆改性方式，在非金属矿物等无机材料表面包覆氧化铁红层而形成具有氧化铁红颜料性质的复合粉体一直受到国内外的关注，并形成了主要以无机沉淀反应-热处理晶化法和干式条件粒-粒包覆改性法两种制备复合颜料的技术方法。 

无机沉淀反应-热处理晶化方法的具体特征为：将作为基体的非金属矿物颗粒置于铁盐溶液(主要是硫酸铁或者硫酸亚铁)里，然后用碱沉淀，生成氢氧化铁覆盖在矿物颗粒表面，再经热处理使复合物表面的氢氧化铁生成α-Fe₂O₃包膜物。这一方法存在的问题主要有：矿物质包核基体的诱导作用导致氢氧化铁沉淀物难以通过后续晶化生成α-Fe₂O₃，高温反应过程中还可能形成各种铁盐；受水解过程铁盐浓度和固含量的制约，包覆量和均匀程度受到限制，产品的颜料性能一般达不到沉淀氧化铁红的质量要求；生产过程产生大量酸性废水，污染环境。 

干式条件粒-粒包覆改性法是将氧化铁红和非金属矿物置于具有干式冲击作用的机械搅拌体系中，通过机械分散、冲击剪切等作用实现细颗粒氧化铁红在较粗的非金属矿物颗粒表面的包覆。采用该方法，因包核基体与氧化铁红的分散程度较差、氧化铁红的密度远大于一般非金属矿物、基体与氧化铁之间缺少产生牢固作用的激发外力和键合基团等原因，制得的复合物颜料性能较差且不稳定。 

发明内容

本发明的目的是提供一种在硅藻土颗粒表面牢固包覆氧化铁红颗粒为特征、并因表面层氧化铁红性质而具有颜料性质，可以用作沉淀法氧化铁红的替代材料的氧化铁红/硅藻土复合颜料的制备方法。 

本发明通过以下措施实现了氧化铁红/硅藻土复合颜料中氧化铁红颗粒在硅藻土颗粒表面牢固而均匀的包覆： 

(1)采用湿法超细研磨方法将作为包核物的硅藻土颗粒和作为包膜物的氧化铁红颗粒分别细化至两者相匹配的粒度范围，即包核物颗粒直径(球型等效 直径)∶氧化铁红颗粒直径约为5～10∶1； 

(2)通过超细研磨使硅藻土颗粒表面产生机械力活化效应，并通过表面化学性质调整，促进其与氧化铁颗粒之间的界面反应结合； 

(3)硅藻土颗粒和氧化铁颗粒在反应体系中各自形成表面官能团，通过官能团之间的化学键合实现两颗粒的相间反应，反应方式如下： 

硅藻土表面二氧化硅与硅酸钠或者氢氧化钠反应，在硅藻土颗粒表面形成不同模数的硅酸钠；研磨过程中氧化铁红颗粒表面被活化并吸附羟基形成Fe-OH键合；硅藻土颗粒与氧化铁红颗粒相遇后硅藻土表面的硅酸钠与氧化铁红表面的Fe-OH键反应形成[SiO₄]-Fe键合，从而实现氧化铁红/硅藻土复合颗粒的制备。 

本发明制备的氧化铁红/硅藻土复合颗粒颜料因颗粒表面氧化铁红包覆层的高折射率、异质颗粒材料导致的强分散作用和高散射作用，以及形成涂层时包裹较多空气介质导致的较强遮盖作用而具有类似氧化铁红的颜料性质。因氧化铁红颗粒表面包覆微量、均匀的二氧化硅而导致其亮度明显提高，可以作为优质氧化铁红的替代品使用。 

由于本发明制备的氧化铁红/硅藻土复合颗粒颜料只含有部分氧化铁红，且硅藻土价格约为氧化铁红的20％，其成本与沉淀法氧化铁红相比具有明显的优势。