低壓下柱狀粉體的制備及應(yīng)用

低壓下柱狀粉體的制備及應(yīng)用

隨著現(xiàn)代高新技術(shù)和新材料的發(fā)展，華北技術(shù)的重要性越來越受到關(guān)注。按粒度大小,通常將粉體劃分為細(xì)粉(10～1000μm),超細(xì)粉(0.1～10μm)和納米微粉(<0.1μm)。在粉體的微細(xì)化方面已經(jīng)進(jìn)行了大量工作,并取得了很大進(jìn)展,尤其是在納米粉體的制備、表征及應(yīng)用方面,形成了嶄新的納米技術(shù),引起了社會(huì)各界的廣泛重視。另一方面,粉末顆粒的形狀也是表征粉末特性的重要指標(biāo),制備和篩選具有特定形狀的粉末成為重要的工作。文中只針對(duì)顏料中應(yīng)用廣泛的片狀粉末進(jìn)行探討。1氧化鈦納米薄膜在自然界中天然形成的片狀礦物主要有石墨、云母、蛭石等。云母是一組礦物的總稱,為堿金屬和堿土金屬的層狀構(gòu)造的鋁硅酸鹽,屬單斜晶系,各種化學(xué)元素的含量變化很大,化學(xué)組成復(fù)雜。云母種類較多,有白云母、金云母、黑云母、鋰云母等,性能差別也較大。云母的鱗片狀結(jié)構(gòu)及特有的光學(xué)特性,使其在顏料領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。云母鈦珠光顏料是采用特殊的化學(xué)工藝在低折射率(n=1.5～1.6)的云母薄片基材表面沉淀包覆一層或交替包覆多層高折射率(n=2.5～2.7)的透明二氧化鈦納米薄膜,形成平面夾心體,與天然珍珠的結(jié)構(gòu)極為類似。光線到達(dá)納米膜包覆的云母片時(shí),一部分直接反射,另一部分透射后反射,從而產(chǎn)生干涉——像三棱鏡那樣將自然光分解成五顏六色的單色光,使其外觀呈現(xiàn)出極其美麗的珍珠光澤。反射光的顏色是二氧化鈦包覆納米膜光學(xué)厚度的函數(shù),而光學(xué)厚度為幾何厚度與折射率之間的乘積。因此,通過調(diào)整二氧化鈦納米膜的厚度,可以進(jìn)一步改變可見光的干涉現(xiàn)象,形成五彩繽紛的顏色。云母基片需要滿足無色透明,表面平坦光滑,解理性好等條件。為使基材云母的表面保持原始光澤和透明度,在加工過程中,應(yīng)盡可能避免表面受到損傷。用于珠光顏料生產(chǎn)的云母粒度一般在3～150μm之間,厚度為200～500nm左右,因此,控制云母的粒度也非常重要。鱗片狀云母薄片的制備和分級(jí)是云母珠光顏料制造過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。圖1、圖2分別為云母薄片和云母鈦珠光顏料的掃描電鏡照片。從圖1可以看出,云母粉末解理完整,厚度和粒度大小均勻整齊,表面光滑平整。圖2為厚度方向的二氧化鈦包覆的云母珠光顏料粉末的掃描電鏡照片,其二氧化鈦納米包覆膜平滑完整、連續(xù)致密,包覆后粉末的厚度小于500nm。包覆中應(yīng)用最廣泛的是鈦鹽水溶液水解液相沉淀工藝。首先使鈦鹽水解為二氧化鈦水合物包覆在云母表面,然后洗滌、過濾、干燥和煅燒,二氧化鈦水合物脫水而結(jié)晶,變成透明而堅(jiān)固的二氧化鈦多晶包覆膜。2過球磨或物理手段加工的球形顆粒在顏料中,金屬顏料是一個(gè)特殊品種,由片狀金屬或片狀合金粉末構(gòu)成,作為裝飾性顏料,可使被涂裝的物品絢麗多彩,具有明亮的金屬光澤和金屬閃光效果。金屬顏料中用量最大的是鋁粉(包括鋁粉漿)、銅鋅合金粉和鋅粉,其制備方法和生產(chǎn)工藝彼此類似,大多首先通過噴霧制取球形或類球形金屬/合金粉末,然后通過球磨等物理手段將球形顆粒加工成鱗片狀粉末。主要包括以下步驟:上述工藝中最關(guān)鍵的3個(gè)步驟是球磨制片、粉片分級(jí)和表面拋光。球磨制片中主要考慮的是如何在粉末片狀化的過程中保持金屬表面的平整并避免金屬表面的氧化;粉片分級(jí)的目的是使粉片的粒度分布均勻;表面拋光是要提高粉體亮度和光澤度,同時(shí)提高金屬粉片的抗氧化、抗變色能力。圖3、圖4分別為片狀銅鋅合金粉和片狀鋁粉的掃描電鏡照片。從圖3可以看出,銅鋅合金粉具有明顯的片狀結(jié)構(gòu),但其片面形狀不很規(guī)則,邊緣多呈鋸齒狀。而圖4中,鋁粉的粒子外觀一致,邊緣圓滑,類似于圓片,這就是通過特殊精細(xì)加工的所謂“銀圓型”片狀鋁粉的產(chǎn)品。保持高的金屬光澤和光亮度,是金屬顏料加工所追求的目標(biāo)。金屬顏料的品質(zhì)主要與表面性質(zhì)有關(guān),近些年,國(guó)內(nèi)產(chǎn)品質(zhì)量有了很大的提高,但與國(guó)外產(chǎn)品相比仍然存在著一定的差距。另外,在金屬顏料表面包覆樹脂等有機(jī)物或SiO2等無機(jī)物,不但能提高金屬顏料的抗酸堿的能力,也能滿足水性涂料對(duì)金屬顏料的要求。因此,包覆型金屬顏料是重要的發(fā)展方向。3工藝模擬以及表面厚度和大小調(diào)控的結(jié)果片狀氧化物粉體是通過人工手段合成制備的片狀粉體,已報(bào)道的有片狀氧化鋁、氧化硅、氧化鈦、氧化鐵等。片狀氧化鋁最常見的制備方法是水熱或醇熱合成法,但所合成的片狀氧化鋁往往粒徑較小、徑厚比小。根據(jù)晶體生長(zhǎng)理論和熔鹽化學(xué)理論,采用鋁鹽在硫酸熔鹽中煅燒的方法,合成出了較大徑厚比的片狀氧化鋁,其掃描電鏡照片如圖5、圖6所示。由圖5、圖6可以看出,采用熔鹽法合成出的氧化鋁具有明顯的片狀結(jié)構(gòu),直徑介于3～10μm,厚度約為200～300nm。由圖5中還可以看到一些規(guī)則的正六邊形片狀粉末,是對(duì)這氧化鋁晶體生長(zhǎng)進(jìn)行調(diào)制的結(jié)果。若將鋁鹽換成鐵鹽,則可獲得片狀氧化鐵粉末,其顯微鏡照片如圖7所示。由圖7可見,合成出的氧化鐵具有明顯的片狀結(jié)構(gòu),薄片的最大徑甚至超過100μm。溶膠-涂膜法也是一種制備片狀氧化物的有效方法。該法是先把氧化物的前驅(qū)體配置成溶膠,再在光滑的基片上進(jìn)行涂膜。將涂膜干燥、剝離后,得到氧化物或氫氧化物的薄片,將其煅燒后,即得片狀氧化物粉末。所制備的氧化硅、氧化鈦片狀粉末見圖8、圖9。從圖8和圖9可以看出,涂膜法制備出的片狀氧化硅和氧化鈦具有均勻的厚度,形如玻璃碎片,這是由于在溶膠薄膜干燥后,薄膜自然裂開所致。根據(jù)顏料的要求,以及顏色形成的理論,在片狀氧化物的合成中可以對(duì)薄片的厚度、大小進(jìn)行人為調(diào)控,這就為新型顏料的開發(fā)提供了重要的途徑。目前,人工合成的片狀氧化物粉末在純度、結(jié)構(gòu)方面較天然云母更具有優(yōu)勢(shì),用于代替天然的云母可制