Залізооксидні пігменти, класифікація, склад, види та характеристики
Зміст статті
У промисловості застосовується велика кількість різноманітних барвників. В основі барвника лежить пігмент - речовина, яка здатна змінити матеріал, а саме наділити його кольором, властивістю непрозорості або забезпечити захист матеріалу, наприклад, захистити його від корозії. Зазвичай цим терміном користуються виділення барвників неорганічного походження.
Класифікація пігментів
Для того, щоб було легше розібратися в різноманітності фарбуючих речовин, потрібно їх класифікувати.
Отже, основою поділу пігментів на класи можна покласти:
- Колір, за допомогою якого виділяються ахроматичні та хроматичні пігменти. До перших барвників відносяться одноколірні речовини білого, чорного та сірого кольорів. Хроматичними називають інші кольорові пігменти. Їх поділяють на два великі блоки. Як правило, це барвники теплих відтінків, наприклад, колір червоного, жовтого, оранжевого кольорів. Інша група – це барвники холодних тонів, до яких можна зарахувати всі відтінки зеленого, блакитного, синього, фіолетового кольорів.
- Хімічний склад, у цьому випадку виділяють пігменти, що складаються з хімічних елементів або їх похідних, наприклад, оксидів, солей.
- Спосіб отримання, тобто виділяють пігменти природного походження, та отримані штучним шляхом.
- Область застосування пігментів, тобто підрозділяються пігменти, що використовуються для складів, що мають декоративнепризначення для створення антикорозійних покриттів, для спеціального використання.
- Спосіб виробництва пігментів.
Хімічний склад пігментів
Вище описані основи класифікації не є оптимальними в силу того, що одна і та ж група може містити барвники, властивості яких мають значні відмінності. Останнім часом найбільш прийнятним є поділ барвників, основу яких становить хімічна будова пігменту. Тут розрізняють елементи, оксиди та солі.
Розглянемо їх докладніше.
- До елементів можна віднести технічний вуглець, чернь, різні металеві порошки, наприклад, пил, що отримується під час обробки цинку, алюмінієві пудри;
- До оксидних пігментів відносяться: подвійний оксид титану, оксиди таких металів, як цинк, свинець, хром, а також залізооксидні пігменти.
- Пігменти, основу яких лежать солі елементів. Як приклад можна навести сіль вугільної кислоти – карбонат свинцю, звані свинцеві білила. У цю ж групу входять хромати, сульфіди та комплексні солі.
Характеристики залізооксидних пігментів
До залізооксидних пігментів відносяться мінеральні елементи та природні породи, в яких є оксид заліза. Наявністю саме цієї речовини визначається їхнє забарвлення. Колір природного пігменту визначається різними характеристиками.
До них відносяться:
- рівень гідратації оксиду металу;
- будова кристалічних ґрат;
- присутність та кількість різних домішок.
Через постійну зміну складу природних пігментів, і, як наслідок, зміни їх властивостей, останнім часом все частіше використовують синтетично отримані пігменти.
Тим не менш, природні залізооксидні пігменти мають велику кількість переваг.
До них відносяться:
- досить низький рівень ціни;
- підвищена стійкість до впливу зовнішніх факторів – навколишньої атмосфери та сонячних променів;
- низька хімічна активність;
- низький рівень виділення шкідливих речовин.
Таблиця 1. Фізико-технічні та оптичні властивості залізооксидних пігментів.
| Щільність кг/м 3 | 2700-3400 | 3000-3400 | - | 2800-3100 | 3800-3900 | 4500-5000 | |
| рН водної витяжки | 7-8 | 6-8 | 6,5-7,5 | 6-8 | 3,5-7,0 | 5,5-7,0 | |
| Насипний об'єм V нас×10 3 , м 3 /кг | 0,9-1,3 | 1,0 | 1,1 | - | 1,34 | 4,3-4,6 | 2,2-2,4 |
| Маслоємність, г/100 г | 60-70 | 15-20 | 15-26 | 75-110 | 35-70 | 25-35 | |
| Покриваність, г/м 2 | 65-115 | 30-35 | 12-20 | 6-8 | |||
| Y | 16-29 | 24-26 | 14-16 | 7-12 | 35-42 | 9,9-10,0 | |
| р | 74-80 | 28-30 | 32-33 | 54-72 | 72-75 | 51-53 | |
| l | 580-586 | 594-596 | 592-598 | 580-582 | |||
| ГДК, мг/м 3 | - |
Види залізооксидних пігментів
Застосування залізооксидних пігментів досить різноманітне. Вони широко застосовуються у процесі лакофарбового виробництва. Важко отримати різноманітні художні та поліграфічні фарби без застосування подібних пігментів. Їх так само додають при фарбуванні полімерів, виробництві складів для облицювальних робіт у будівельній індустрії. Матеріали деревно-стружкового виробництва також випускають з додаванням залізоокислих пігментів.
Як приклад необхідно назвати основні барвники залізноокислого ряду:
Сурик залізний
Складається з оксиду заліза, з домішкою силікатного алюмінію та кварців. Цей пігмент має темно-червоне забарвлення. Отримують його шляхом розмелювання до дрібнодисперсних фракцій породи, що називається червоним залізняком. Можливе одержання шляхом прожарювання гідрогематиту, бурого залізняку або болотної руди, яка збагачена залізом.
Природний барвник, фарбування якого коливається від світло-жовтих до темно-жовтих тонів. За хімічним складом охра не що інше, як каолін, який є природним алюмосилікатом. Завдяки вмісту гідратованого оксиду заліза, мінерал набуває такого кольору. Світлі відтінки охри містять до 20% оксиду заліза, темні – до 80%. На відтінок барвника значною мірою впливає розмір частинок та кількість домішок. Зокрема, забарвлення обумовлене присутністю оксидів магнію кальцію. У процесі обробки при підвищених температурах (до 7 тисяч градусів) спостерігається процес дегідратації та зміни кристалічних ґрат каоліну. В результаті барвник набуває червоного кольору.
Залізна слюдка
Пігмент, що має блиск сірого кольору здзеркально-слюдяний ефект. В основному пігмент застосовують у виробництві антикорозійних покриттів. Знайти такий пігмент можна у великій кількості при збагаченні залізняку в побічних продуктах. Склад пігменту - більше 90% оксиду заліза, що складається з дрібних пластинок, товщина яких не більше п'яти мікрон, а довжина близько 60. Пластини здатні утворити перекриття черепичного типу, що зумовлює процес армування плівки. В результаті утворюється покриття, здатне відбивати різні потоки та затримувати воду та гази. Якщо зробити дрібніший помел барвника, то залізна слюдка поступово може перетворитися на інший пігмент, який називається червоним суриком.
Жовті залізооксидні пігменти
Основу хімічної формули жовтих залізооксидних пігментів становить оксид гідрату заліза.
У природі існує багато модифікацій гідратного заліза, що відрізняються за декількома ознаками, а саме:
- за складом або присутністю в оксиді гідратної групи (води);
- за формою кристалічних ґрат;
- за агрегатним станом молекул.
Таблиця 2. Властивості жовтого залізооксидного пігменту.
| Покриваність, г/м2 | 10-12 |
| Маслоємність, г/100г | 40-60 |
| Питома поверхня, м2/г | 11,2 |
| Насипна вага, г/л | 420-550 |
| Середня величина частинок, мкм | 0,2-0,6 |
Хімічна реакція взаємодії солі оксиду заліза із лужними компонентами відбувається з утворенням неструктурованого осаду брудно-жовтого кольору. Іноді в ньому є червоний відтінок.
Гідрати оксиду заліза, що мають періодичні кристалічні грати, мають можливість захоплювати і утримувати у своєму складі деяку кількість молекул води. Ця здатність дозволяє змінювати властивості гідратів.
За різних умов окиснення гідратів оксиду заліза можна варіювати відтінок кінцевого продукту. Наприклад, жовтий залізооксидний пігмент можна одержати після окислення металевого заліза. Відтінок пігменту – дуже яскравий, глибокий та чистий жовтий колір.
Речовина може застосовуватися всім видів фарбувальних робіт. Воно має підвищену атмосферо- та світлостійкість, що дозволяє використовувати пігмент при зовнішній та фасадній обробці.
При виробництві фарб для художніх цілей використовують пігмент, отриманий іншим способом. Солі оксиду заліза вступають у хімічну реакцію з крейдою чи содою. Далі отримана речовина окислюється киснем або із застосуванням бертолетової солі.
Так виходять жовті фарби для мистецтва, відомі під назвою "жовті марси". Також одержаний таким чином пігмент використовується для виготовлення клейових забарвлень.
Жовті залізооксидні пігменти можуть бути використані для виробництва різних типів фарб або емалей.
Ось деякі з них:
- олійні;
- клейові;
- нітролакові;
- художні;
- фасадні та інші.
Крім зазначених способів використання, залізооксидний барвник жовтого кольору знайшов своє застосування у виробництві гуми. Іноді гідрати оксиду заліза можуть бути використані для виготовлення залізооксидного червоного пігменту.
Найбільшзастосовуваний метод виробництва залізнооксидних фарбуючих речовин – хімічна реакція, в результаті якої із солей оксиду заліза утворюється осад із фарбуючим пігментом.
матеріали на тему
У Томську створили пігменти широкого застосування
Експерти лабораторії гетерогенних металевих систем, що знаходиться у Томському науковому центрі СО РАН, створили інноваційні неорганічні пігменти різних відтінків. Нові матеріали стійкі до зовнішніх дій.
Унікальні матуючі та розгладжуючі реагенти, та антикорозійні пігменти для покриттів, фарб та чорнила від PPG
Металеві пігменти
Метал завжди цінувався дорожче за такі матеріали, як глина, дерево або пластмаса, через свої фізичні властивості. Але якщо його не можна використовувати як основу, то можна піти на хитрість і нанести лише поверх готового продукту. Таким чином, виріб набуває всі помітні людському оку ознаки металу - колір і блиск. Промисловість взяла це на озброєння і вже кілька століть виробляє металеві пігменти.