專利名稱：均質(zhì)流體法制備納米氧化鐵紅的制作方法
氧化鐵紅具有良好的顏色遮蓋力、著色力，耐熱、耐溶劑、耐酸堿、無(wú)毒、防銹，是優(yōu)質(zhì)的顏料品種，可用于涂料、油墨、塑料、橡膠、紡織、陶瓷、美術(shù)水泥，還可用于化妝品、磁帶、食品、粘合劑、靜電復(fù)印等方面，用途十分廣泛。
近年來(lái)世界氧化鐵紅消費(fèi)量每年約60萬(wàn)噸，其分布是造紙占3％，建筑材料占53％，塑料和橡膠占5％，油漆和涂料占33％，其它占6％。我國(guó)氧化鐵紅生產(chǎn)能力約10萬(wàn)噸/年，出口量約7—8萬(wàn)噸/年，預(yù)計(jì)2000年我國(guó)氧化鐵紅總需求量約在15萬(wàn)噸/年以上，氧化鐵紅生產(chǎn)及應(yīng)用前景良好。
我國(guó)目前鐵紅品種主要有H系列深色鐵紅和110、120、130等淺色、高著色力、高透明度鐵紅。存在的主要問(wèn)題是生產(chǎn)能力在不斷擴(kuò)大，但基本上是在低水平上重復(fù)，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，生產(chǎn)工藝落后，產(chǎn)品質(zhì)量差，檔次低。
國(guó)內(nèi)目前在高檔氧化鐵紅產(chǎn)品方面生產(chǎn)成本高，生產(chǎn)能力嚴(yán)重不足。因此改變?cè)下肪€，開(kāi)發(fā)新工藝，增加品種，提高產(chǎn)品質(zhì)量和檔次，已成為我國(guó)氧化鐵紅工業(yè)面臨的一項(xiàng)重要任務(wù)。
傳統(tǒng)氧化鐵紅產(chǎn)品由于粒徑粗、粒度分布寬、分散性差、色澤力差等缺點(diǎn)，只能用于很普通的工業(yè)用途；而且，其在油墨、涂料等對(duì)于產(chǎn)品粒度有較高要求的用途時(shí)，還必須經(jīng)過(guò)一道或者數(shù)道研磨分散工序，能耗高、工藝過(guò)程復(fù)雜、穩(wěn)定性差；而在對(duì)顏料粒子有更高要求(0.5μm以下)的用途方面，傳統(tǒng)氧化鐵紅產(chǎn)品將無(wú)法使用。而采用納米材料技術(shù)制備超分散納米材料—氧化鐵紅，是氧化鐵紅市場(chǎng)發(fā)展的必然要求。
氧化鐵紅的制備方法，根據(jù)原料分三種，第一種，鐵皮、鐵礦石通過(guò)酸解、氧化得到氧化鐵紅，該方法是制備普通工業(yè)用途氧化鐵紅的常用方法，該法產(chǎn)品純度低，產(chǎn)品色澤不穩(wěn)定。第二種，以可溶性亞鐵鹽為原料，通過(guò)氧化法制備氧化鐵紅，該法需要很長(zhǎng)時(shí)間的氧化過(guò)程，而且，產(chǎn)品色澤和產(chǎn)品粒子大小難以控制。第三種，以可溶性三價(jià)鐵鹽為原料，制備氧化鐵紅，該方法制備的氧化鐵紅色澤較為純正，是制備較高檔次產(chǎn)品的主要方法。
在第三種方法中，又有多種制備方法，其中，有羰基鐵溶劑蒸發(fā)法，該方法需要在有機(jī)溶劑狀態(tài)下制備；膠溶法，該法產(chǎn)率低；有表面活性劑法，該法產(chǎn)品洗滌困難。
綜合文獻(xiàn)方法，往往存在工藝復(fù)雜、產(chǎn)品檔次低、產(chǎn)品色澤不均、產(chǎn)品粒子細(xì)度達(dá)不到較高用途的要求等方面的問(wèn)題。
本發(fā)明提供一種制備高檔氧化鐵紅——納米氧化鐵紅的制備方法，即均質(zhì)流體法，該法是通過(guò)可溶性鐵鹽溶液與堿液在均質(zhì)過(guò)程中的共沉淀，經(jīng)過(guò)加熱反應(yīng)，洗滌過(guò)濾、干燥、煅燒得到氧化鐵紅。利用該方法制備的氧化鐵紅具有如下顯著特點(diǎn)(1)超細(xì)粒徑。平均粒徑為50～200nm，比普通氧化鐵紅顏料細(xì)十倍甚至一百倍。
(2)遮蓋力與著色力最高。本產(chǎn)品控制顏料粒子平均粒徑達(dá)到最佳粒徑，即粒徑比可見(jiàn)光波長(zhǎng)(400～700nm)的一半略低，在光的衍射與遮蓋之間達(dá)到最佳平衡，既保證產(chǎn)品具有盡可能的細(xì)度，又保證產(chǎn)品粒子對(duì)可見(jiàn)光透射率低、反射率高，達(dá)到顏料最高遮蓋力和著色力。這是其同時(shí)區(qū)別于普通氧化鐵紅和透明型氧化鐵紅的本質(zhì)特征。
(3)鮮艷而靚麗的色澤。本產(chǎn)品粒子直徑全部控制在極小的范圍內(nèi)，粒徑差小于50nm，其反射和吸收光波長(zhǎng)范圍窄，色調(diào)純正，同時(shí)由于純度高，因此顏色鮮艷而靚麗，沒(méi)有雜色。
(4)高純度。純度高達(dá)99.9％，不含重金屬離子。本產(chǎn)品經(jīng)分析純的原料加工、精制而成，不含砷、鉛、汞等有毒元素。這使它可以用于化妝品、食品、醫(yī)藥等方面。
(5)分散穩(wěn)定性好。納米顏料粒子細(xì)小、無(wú)團(tuán)聚，易于分散；其在生產(chǎn)過(guò)程中易于對(duì)產(chǎn)品粒子進(jìn)行處理，使產(chǎn)品形成親水或親油包膜，形成親水和親油兩大系列產(chǎn)品，在水或有機(jī)溶劑中分散性好而且穩(wěn)定。
(6)使用方便。本產(chǎn)品粒子本身呈單分散狀態(tài)，使用時(shí)易于分散，無(wú)須研磨。這是其優(yōu)于其它納米材料產(chǎn)品的顯著特征。
利用本發(fā)明方法制備的氧化鐵紅，是一種超分散態(tài)的納米氧化鐵紅，它是替代普通氧化鐵紅產(chǎn)品的高檔品種，它在產(chǎn)品粒子粒徑、粒度分布、色澤力、分散性、純度等方面，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于普通產(chǎn)品，它克服了普通氧化鐵紅在顏料性能、使用性能等方面的缺點(diǎn)，具備優(yōu)等顏料的品質(zhì)，除了可以替代目前市場(chǎng)上所有高、中、低檔氧化鐵紅產(chǎn)品外，還可以替代藥用氧化鐵紅。它在汽車面漆、底漆、金屬閃光漆、發(fā)光材料、防偽涂層、電泳漆、卷鋼涂料、纖維著色漿、化妝品、磁帶、食品、靜電復(fù)印等高檔產(chǎn)品方面的應(yīng)用十分廣泛。
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述實(shí)施例1將FeCl3.6H2O(0.1mol，27g)用去離子水300ml配成溶液，作為A原料，將NaOH(0.3mol，12g)用去離子水300ml配成溶液，作為B原料，采用均質(zhì)流體法將二者混合，經(jīng)過(guò)60℃加熱老化1小時(shí)，經(jīng)洗滌、過(guò)濾，100℃干燥，700℃煅燒而成，得到樣品1。
實(shí)施例2將FeCl3.6H2O(0.1mol，27g)用去離子水60ml配成溶液，作為A原料，將NaOH(0.3mol，12g)用去離子水60ml配成溶液，作為B原料，采用均質(zhì)流體法將二者混合，經(jīng)過(guò)50℃加熱老化8小時(shí)，經(jīng)洗滌、過(guò)濾，120℃干燥，600℃煅燒而成，得到樣品2。
實(shí)施例3將FeCl3.6H2O(0.1mol，27g)用去離子水100ml配成溶液，作為A原料，將KOH(0.4mol，16g)用去離子水100ml配成溶液，作為B原料，采用均質(zhì)流體法將二者混合，經(jīng)過(guò)25℃室溫老化3小時(shí)，經(jīng)洗滌、過(guò)濾，100℃干燥，800℃煅燒而成，得到樣品3。
實(shí)施例4將FeCl3.6H2O(0.1mol，27g)用去離子水100ml配成溶液，作為A原料，將KOH(0.3mol，12g)用去離子水100ml配成溶液，作為B原料，采用均質(zhì)流體法將二者混合，經(jīng)過(guò)300℃加熱老化3小時(shí)，經(jīng)洗滌、過(guò)濾，60℃干燥，800℃煅燒而成，得到樣品4。
實(shí)施例5將FeCl3.6H2O(0.1mol，27g)用去離子水100ml配成溶液，作為A原料，將NaOH(0.3mol，12g)用去離子水100ml配成溶液，作為B原料，采用均質(zhì)流體法將二者混合，經(jīng)過(guò)50℃加熱老化24小時(shí)，經(jīng)洗滌、過(guò)濾，100℃干燥，700℃煅燒而成，得到樣品5。
實(shí)施例6將FeSO4.6H2O(0.1mol，29.5g)用去離子水100ml配成溶液，作為A原料，將NaOH(0.29mol，11.6g)用去離子水100ml配成溶液，作為B原料。采用均質(zhì)流體法將二者混合，經(jīng)過(guò)50℃老化24小時(shí)，經(jīng)洗滌、過(guò)濾，120℃干燥，800℃煅燒，得到樣品6。
實(shí)施例7將FeSO4.6H2O(0.1mol，29.5g)用去離子水100ml配成溶液，作為A原料，將NaOH(0.3mol，12g)用去離子水100ml配成溶液，作為B原料。采用均質(zhì)流體法二者混合，經(jīng)過(guò)50℃加熱老化24小時(shí)，經(jīng)洗滌、過(guò)濾，180℃干燥，800℃煅燒而成，得到樣品7。
實(shí)施例8將FeCl3.6H2O(0.1mol，27g)用去離子水100ml配成溶液，作為A原料，將NaOH(0.4mol，16g)用去離子水100ml配成溶液，作為B原料。采用均質(zhì)流體法將二者混合，經(jīng)過(guò)100℃加熱老化3小時(shí)，經(jīng)洗滌、過(guò)濾，150℃干燥，750℃煅燒而成，得到樣品8。
制備的氧化鐵紅產(chǎn)品經(jīng)過(guò)元素分析法測(cè)定產(chǎn)品純度，激光粒度儀進(jìn)行粒度分析，采用目測(cè)法測(cè)定顏色，采用折光率法測(cè)遮蓋力，采用重量法測(cè)堆積密度，結(jié)果如下
關(guān)鍵詞氧化鐵紅，納米材料，均質(zhì)流體法Keywordsiron oxide，nanomaterial，homo-liquid.
權(quán)利要求
1.一種納米氧化鐵紅的制備方法，該方法的首要特征是采用均質(zhì)流體法，即兩種或兩種以上的流體在均質(zhì)過(guò)程中反應(yīng)，產(chǎn)品粒子在流動(dòng)中長(zhǎng)大。
2.權(quán)利要求1所述均質(zhì)流體法所用反應(yīng)器是由一個(gè)均質(zhì)器、一個(gè)生長(zhǎng)臂和一個(gè)生長(zhǎng)罐構(gòu)成。反應(yīng)物料依次經(jīng)過(guò)上述流程完成合成反應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述反應(yīng)器，所用均質(zhì)器可以是均質(zhì)機(jī)或其它高速攪拌器，所用生長(zhǎng)臂可以是帶高速攪拌混合裝置的加長(zhǎng)管線，所用生長(zhǎng)罐可以是壓力反應(yīng)釜或普通反應(yīng)釜。
4.采用權(quán)利要求1所述方法制備的納米氧化鐵紅，其基本組成是Fe2O3，產(chǎn)品純度最高達(dá)到99.9％，產(chǎn)品粒子平均直徑在50～200nm之間。產(chǎn)品的表面極性可以是親水性的，也可以是親油性的。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述納米氧化鐵紅，其特征是采用如下方法制備將可溶性的鐵鹽原料A與堿B分別溶解，采用權(quán)利要求1所述方法進(jìn)行反應(yīng)，經(jīng)過(guò)20～300℃加熱老化0～24小時(shí)，經(jīng)洗滌、過(guò)濾，50～200℃干燥，600～800℃煅燒而成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述制備方法，所用可溶性鹽，是指三氯化鐵、硫酸鐵、硫酸亞鐵等可溶性鐵鹽；所用堿可以是氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨水、尿素等。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述制備方法，所用堿與可溶性鐵鹽原料的摩爾配比為堿/鐵鹽＝1～5，堿液濃度為0.1～5.0M，鐵鹽液濃度為0.1～5.0M。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種均質(zhì)流體法制備納米氧化鐵紅。用該方法制備的氧化鐵紅的基本組成是Fe
文檔編號(hào)C09C3/00GK1334295SQ0113068
公開(kāi)日2002年2月6日 申請(qǐng)日期2001年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月20日
發(fā)明者杜以波 申請(qǐng)人:杜以波