第八章-精細(xì)化工實(shí)驗(yàn)技術(shù)

1、精細(xì)化工試驗(yàn)技術(shù),第八章顏料 一、顏料及其類型 二、顏料的應(yīng)用 三、顏料的發(fā)展概況 實(shí)驗(yàn)十氧化鐵紅的制備 實(shí)驗(yàn)十一大紅粉顏料的制備,顏料,一、顏料及其類型 顏料（pigment）屬于重要的精細(xì)化工產(chǎn)品，廣義地說(shuō)，凡是不溶于水、油等介質(zhì)、但能夠分散在其中的有色小顆粒狀物質(zhì)。 顏料的顏色是由于顏料對(duì)白光選擇性吸收的結(jié)果。顏料選擇吸收某種色光，就呈現(xiàn)其互補(bǔ)色光的顏色。顏色有色相（色調(diào)）、明度（亮度）、純度（飽和度）三要素，顏色三要素決定顏色的特征。顏料的質(zhì)量由色光、遮蓋力、著色力、吸油量、分散度、耐光性、酸堿度、水滲性、石蠟滲性、耐酸性、耐堿性、耐有機(jī)溶劑性、含水量、水溶鹽含量、純度、相對(duì)密度等指標(biāo)

2、衡量。,顏料,根據(jù)來(lái)源不同，顏料可分為天然顏料和合成顏料兩類。天然顏料包括礦物性（無(wú)機(jī)）顏料和動(dòng)植物性（有機(jī)）顏料。例如朱砂(HgS)、雄黃(AsS)等為礦物性顏料，藤黃(從海藤樹(shù)中提取的黃色顏料)、胭脂蟲(chóng)紅（從胭脂蟲(chóng)中提取的紅色顏料）等為動(dòng)植物性的顏料。合成顏料可分為無(wú)機(jī)顏料和有機(jī)顏料。無(wú)機(jī)顏料主要包括炭黑，以及鐵、鋇、鋅、鎘、鉛等金屬氧化物和鹽；有機(jī)顏料從結(jié)構(gòu)類型看主要有偶氮顏料和縮合稠環(huán)類顏料，偶氮顏料包括不溶性偶氮顏料、偶氮色淀顏料、縮合偶氮顏料等，縮合稠環(huán)類顏料包括酞菁類顏料、喹吖啶酮顏料、二噁嗪顏料等。 含鉛、鎘、汞、砷等成分的顏料，有較強(qiáng)的毒性，生產(chǎn)及使用時(shí)應(yīng)加以注意。,顏料,二

3、、顏料的應(yīng)用 顏料是表面涂裝的重要組成之一，主要用于涂料、油墨、塑料、橡膠、皮革、造紙、陶瓷、紡織、建筑、工藝美術(shù)及化妝品等方面著色。 在涂料中，顏料的作用不僅僅是提供顏色，而且對(duì)涂料的耐久性也有顯助貢獻(xiàn)。 三、顏料的發(fā)展概況,顏料,實(shí)驗(yàn)十氧化鐵紅的制備 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo) 1理解氧化鐵紅的制備原理。 2掌握馬弗爐的操作使用方法。 3掌握研磨、過(guò)濾、洗滌等實(shí)驗(yàn)室常見(jiàn)的操作。 二、產(chǎn)品特性與用途 氧化鐵紅簡(jiǎn)稱鐵紅，成分為Fe2O3，橙紅色或深紫紅色粉末。密度55.25g/cm3。不溶于水及油，溶于熱濃酸。有優(yōu)良的耐光、耐熱、耐堿性能，遮蓋力和著色力都很大。 氧化鐵紅為無(wú)機(jī)紅色顏料，普遍用于油漆、橡膠、

4、涂料、塑料等著色；氧化鐵紅也是高級(jí)精磨材料，用于精密的五金儀器、光學(xué)玻璃等制造中的拋光。,顏料,三、實(shí)驗(yàn)原理 本實(shí)驗(yàn)以綠礬（FeSO47H2O）為原料，以水作為溶劑和洗滌劑制備氧化鐵紅。首先綠礬被加熱脫去結(jié)晶水，再經(jīng)氧化還原反應(yīng)生成氧化鐵，最后經(jīng)水洗、過(guò)濾、烘干、粉碎得到產(chǎn)品。有關(guān)化學(xué)反應(yīng)方程式如下： FeSO47H2OFeSO4 + 7H2O 2FeSO4 Fe2O3 + SO2+ SO3,顏料,四、主要儀器與藥品 1主要儀器 馬弗爐、電熱恒溫干燥箱、200mL燒杯兩個(gè)、托盤(pán)天平、蒸發(fā)皿、研缽、坩堝、酒精燈以及鐵架臺(tái)等。 2主要藥品 綠礬，工業(yè)級(jí)；10BaCl2溶液，AR。,顏料,五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)

5、容與操作步驟 氧化鐵紅的制備操作流程如圖8-1。 1脫水 取硫酸亞鐵晶體（綠礬）15克于蒸發(fā)皿中，在酒精燈上加熱至晶體呈白色粉末狀，綠礬即脫去了結(jié)晶水。,脫水,研磨,焙燒,研磨,浮選,水洗,干燥,圖8-1氧化鐵紅制備的操作流程,顏料,2焙燒 將已脫去結(jié)晶水的硫酸亞鐵轉(zhuǎn)移至坩堝中，放入馬弗爐中焙燒。馬弗爐的溫度控制在800，焙燒時(shí)間為30分鐘。取出坩堝放在干燥器中自然冷卻至室溫。硫酸亞鐵經(jīng)焙燒后，生成紫棕色的氧化鐵。 3研磨 將冷卻后的半成品在研缽中研磨成細(xì)粉末。 4浮選 將氧化鐵粉末放入燒杯中，加適量的水（約30mL），攪拌均勻。用手搖蕩燒杯，將含有細(xì)顆粒的上層液體倒入另一個(gè)燒杯中。如此反復(fù)操

6、作，待下層的粗粒和雜質(zhì)中不再有細(xì)粒上浮時(shí)，即表明細(xì)末氧化鐵已完全被浮選出去。,顏料,5水洗 將盛有氧化鐵細(xì)末的懸浮液的燒杯靜置一段時(shí)間，待氧化鐵完全沉淀并且水層變清時(shí)，小心傾倒出清水。再加入適量的去離子水（約50mL），攪拌均勻后靜置澄清，小心傾倒出上層清液。如此反復(fù)操作幾次。在傾倒出的上層清液中，滴入幾滴10的BaCl2溶液，若不出現(xiàn)渾濁，則表明此時(shí)已經(jīng)洗凈，氧化鐵中不再含有SO42-，水洗可以結(jié)束。 6干燥 將洗滌過(guò)的氧化鐵色泥，放入電熱恒溫干燥箱中干燥，溫度控制在150左右，至水分完全蒸發(fā)后取出，降至室溫。 7研磨 將烘干后的氧化鐵用研缽研磨成粉末，即為氧化鐵紅顏料。稱量得氧化鐵紅的實(shí)際

7、產(chǎn)量，計(jì)算收率。,顏料,六、實(shí)驗(yàn)記錄與數(shù)據(jù)處理 氧化鐵紅的收率可按下式計(jì)算： 收率= 100% 理論產(chǎn)量可按下式計(jì)算： 理論產(chǎn)量= 克 式中：M1氧化鐵的摩爾質(zhì)量，g/mol，可取157.7； w綠礬的有效含量，工業(yè)綠礬可取0.95； M2綠礬的摩爾質(zhì)量，g/mol，可取277.8； m 原料綠礬的質(zhì)量，g。,顏料,七、安全與環(huán)保 氧化鐵紅為非危險(xiǎn)品，應(yīng)存放于干燥處，防止受潮。硫酸亞鐵在馬弗爐中焙燒，屬高溫操作，應(yīng)注意安全。在焙燒過(guò)程中，有SO2和SO3刺激性氣體產(chǎn)生，應(yīng)注意室內(nèi)通風(fēng)。,顏料,實(shí)驗(yàn)十一大紅粉顏料的制備 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo) 1理解有機(jī)顏料合成中重氮化反應(yīng)和偶合反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理。 2掌握有

8、機(jī)顏料制備中過(guò)濾、洗滌、干燥等常見(jiàn)的操作。 二、產(chǎn)品特性與用途 大紅粉的化學(xué)名稱為苯基偶氮-2-羥基-3-萘甲酰苯胺，化學(xué)式C23H17N3O2，結(jié)構(gòu)式為 大紅粉為桃紅色粉末，是重要的紅色有機(jī)偶氮顏料，具有著色力和遮蓋力強(qiáng)、耐曬、耐酸、耐堿等優(yōu)點(diǎn)。主要用于紅色磁漆著色，也適用于乳膠制品、皮革、漆布水彩、油畫(huà)以及印泥、油墨、文教用品和化妝品著色。,顏料,三、實(shí)驗(yàn)原理 在較低的溫度下和強(qiáng)酸的水溶液中，苯胺與亞硝酸發(fā)生重氮化反應(yīng)，生成重氮苯鹽。因?yàn)橹氐}不穩(wěn)定，溫度稍高會(huì)分解，所以重氮化反應(yīng)一般在較低的溫度下進(jìn)行，一般為05。亞硝酸不穩(wěn)定，容易分解，實(shí)驗(yàn)室常用亞硝酸鈉的強(qiáng)酸溶液代替亞硝酸。在堿性條件

9、下，重氮鹽與色酚AS發(fā)生偶合反應(yīng)，生成苯基偶氮-2-羥基-3-萘甲酰苯胺，即大紅粉顏料。重氮鹽與色酚AS偶合時(shí)，一般在稀堿溶液中進(jìn)行。因?yàn)樵趬A中，酚轉(zhuǎn)變成苯氧負(fù)離子，該離子是比羥基還強(qiáng)的致活基，更容易發(fā)生親電取代反應(yīng)。生成的苯基偶氮-2-羥基-3-萘甲酰苯胺再經(jīng)過(guò)酸化、過(guò)濾、洗滌、干燥，即得較純的產(chǎn)品。有關(guān)化學(xué)反應(yīng)方程式如下：,顏料,苯胺 氯化重氮苯 + 氯化重氮苯 色酚AS + HCl 苯基偶氮-2-羥基-3-萘甲酰苯胺,顏料,四、主要儀器與藥品 1主要儀器 電熱恒溫干燥箱、冰水浴、恒溫水浴鍋、電動(dòng)攪拌器、布氏漏斗、抽濾瓶以及蒸發(fā)皿等。 2主要藥品 苯胺，AR；亞硝酸鈉，AR；鹽酸，AR；氫

10、氧化鈉，AR。 色酚AS，CP。俗名納夫妥AS。米黃色粉末。有毒！熔點(diǎn)243244。溶于燒堿溶液、熱硝基苯，微溶于乙醇，不溶于水和純堿溶液，是不溶性偶氮染料的重要偶合組分。主要用于棉纖維織物染色和印花的打底劑，又用作有機(jī)染料的中間體。,顏料,五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與操作步驟 1重氮化反應(yīng) 在100mL燒杯中加入20mL蒸餾水，在冰水浴中降溫至35，然后加入6.4mL37濃鹽酸，再加入2.5克苯胺，并攪拌溶解。稱1.9克亞硝酸鈉，放于10ml蒸餾水中溶解。在攪拌下，將亞硝酸鈉溶液慢慢加入到苯胺溶液中，并在35下反應(yīng)30分鐘，生成氯化重氮苯。 2偶合反應(yīng) 在200mL燒杯中，加入30mL蒸餾水，投入1.6 克氫氧化鈉，攪拌溶解。將氫氧化鈉溶液升溫到80，攪拌下加入7.2克色酚AS，攪拌至完全溶解。再加入80mL蒸餾水稀釋，保持溫度為3839。在攪拌下，將重氮化反應(yīng)得到的氯化重氮苯溶液，緩緩加入到上述色酚AS的溶液中，偶合反應(yīng)30分鐘。得到物料用于后處理過(guò)程。,顏料,3后處理過(guò)程 偶合反應(yīng)得到的物料，用鹽酸調(diào)節(jié)溶液pH為7，升溫至90以上，保溫1小時(shí)，再進(jìn)行抽濾。抽濾過(guò)程中用蒸餾水洗滌濾餅23次。濾餅轉(zhuǎn)移到蒸發(fā)皿中，置于干燥箱中，控溫在80左右干燥，至水分完全蒸發(fā)。稱重，計(jì)算收率。 六、實(shí)驗(yàn)記錄與數(shù)據(jù)處理 大紅粉的收率可按下式計(jì)算： 收率= 100%,顏料,理論