利用表面特性吸附制备低长径比氧化铁黄的方法与流程

本发明涉及一种利用表面特性吸附制备低长径比氧化铁黄的方法

背景技术：

1、氧化铁黄，又名羟基氧化铁，化学式为α-feooh或α-fe2o3·h2o，由于其优异的性能，广泛应用于建材、涂料、油漆、塑料等领域。但因氧化铁黄粒子具有针状外形，其抗流动性比其它类型的等轴外型氧化铁要强，因而氧化铁黄在多数涂料体系中显示出固有的高粘度，使其难以在使用介质中得到很好的分散和湿润，限制了其进一步的应用，因此为拓宽氧化铁黄颜料在涂装行业中的应用，需要改善氧化铁黄颜料粒子形状，使其在涂料介质中达到更好的流动效果，发挥良好的作用效果。

2、目前，国内外通常是采用添加有机改性剂来改变粒子表面电荷，从而控制颜料粒子形状，其改性机理是基于粒子表面所带电荷，选择阴离子型或阳离子型的表面活性剂或聚合电解质等有机改性剂，通过二者之间的静电相互作用来达到表面改性的目的，以此改善颜料粘度。但这种方法存在生产工艺复杂、表面处理不均匀且易发生团聚等问题。文献[工业无机颜料的改性技术及其应用研究，武汉理工大学，2010]对此进行了较详细的描述。

3、发明专利201410767118.7中提供了一种低粘度氧化铁黄颜料的制备工艺，该技术是通过钢珠研磨，破坏部分氧化铁黄颜料粒子形状，但不能整体上缩小所有氧化铁黄粒子的长径比，其效果不够显著。发明专利202210427739.5中利用水热合成法，在制备过程中加入表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(ctab)来改变铁黄粒子的表面电荷从而达到控制粒子尺寸的目的，但该方法在高压反应釜中进行，合成条件较为苛刻。

4、而有些电解质中的cl-、br-、f-、i-、s2-等无机阴离子与氧化物颗粒表面的电荷作用除了静电力之外，还可能存在着某些特性吸附力。对于无机阴离子，特性吸附力可能包括化学键合力、氢键作用力以及溶剂化作用力等。由于具有特性吸附力的离子与氧化物颗粒表面的作用强度远比静电吸附力大，离子周围及矿粒表面的水化壳层中的水分子可能被排挤掉，而使离子直接紧密吸附于粒子表面，改变电位决定离子，从而使粒子表面所带电荷发生改变。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种利用电解质中无机阴离子对氧化铁粒子表面的特殊吸附性能，改变粒子表面的电性，制备出低长径比氧化铁黄颜料，该方法能有效的控制产品的粒度，使氧化铁黄粒子的长径比由1：11有效降低至1：5以下。

2、利用表面特性吸附制备低长径比氧化铁黄的具体操作步骤如下：

3、1)晶种制作

4、a.原料配置：将浓度为1.2mol/l～1.7mol/l的硫酸亚铁溶液加入不锈钢反应桶中；称取一定量的电解质分散于去离子水中，室温下搅拌配成盐溶液，其中[an-]＝0.002mol/l～0.2mol/l；称取一定量的碱性试剂使用去离子水稀释成相同体积的碱溶液，使碱性试剂的物质的量与硫酸亚铁的物质的量之比为0.4；将这两种溶液同时加入至该反应桶中，同时控制反应温度为25～35℃；

5、b：风量控制：控制晶种制备过程总的反应时间为12～17h，空气量控制在200m3/h～600m3/h；反应最终物料作为晶种单独储备存放。

6、2)氧化反应

7、a：将一定量的铁皮投入反应桶中，将已制备好的晶种投入反应桶内，然后加入相同体积的去离子水稀释；

8、b：对反应桶料液从底部通入空气，同时打开蒸汽阀门进行升温，氧化反应温度控制在80±2℃，空气量控制在200m3/h～600m3/h；

9、c：当反应时间达到20～35小时，观察桶内料液颜色与标准样接近时，开始进行刮样检测，直至颜色与标样近似时，关闭空气及蒸汽阀门，准备放桶。

10、3)后道处理

11、a：氧化反应结束之后，打开反应桶阀门，放出料液，对料液进行过滤、漂洗、烘干、超细粉碎即得成品。

12、在一些实施例中，所述电解质盐溶液为溴化钠、氯化钾、氯化铵、碘化钾、溴化钾、硫化钠、氟化钠、氟化铵、硫化铵、氯化锂的一种或两种。

13、在一些实施例中，an-为cl-、br-、i-、s2-、f-中的一种或两种。

14、在一些实施例中，所述碱溶液是氢氧化钠、碳酸钠、碳酸镁、氢氧化镁、氢氧化钙或氨水。

15、氧化物在水溶液中的表面性质和有关表面电荷的机理可通过两个阶段定性地得到，即表面水合作用加上表面氢氧化物的离解。水合作用阶段可以想象为氧化铁利用暴露于表面的原子去形成其最邻近的配位层，暴露的阳离子拉一个oh-离子或水分子来完成配位，而h+则从水相中拉一个质子来完成配位。最终结果是阳离子被埋在表面以下，氧化铁表面则被羟基覆盖。

16、水溶液中悬浮的氧化物微粒趋向于极化和带电，这与电荷的种类与微粒周围溶液的ph有关，在酸性或碱性条件下的极化方程可以示意的写为：

17、

18、

19、式中sur-oh表示粒子表面吸附中心。因此，溶液中的h+和oh-离子是氧化物粒子的表面电位决定离子，它决定着氧化物颗粒的等电点。

20、实际上，一种氧化物与一种溶液接触，当溶液的ph值小于其等电点时，氧化物趋向于正极化并被补偿的阴离子所环绕。而同一氧化物若放在ph值高于其等电点的溶液中，则趋向于负极化并被补偿的阳离子所环绕。

21、通常的改性均是通过调节体系的ph值高于等电点，使氧化铁粒子表面带有负电荷，然后加入阳离子型有机改性剂，使改性剂分子在静电引力及分子间作用力下(即电性吸引)挤入斯特恩(stern)层，与粒子表面发生物理化学吸附，最终达到粒子表面被改性剂分子完全覆盖的程度，起到良好的改性效果，最终达到控制粒子形状和改善其它物理化学性质的目的。

22、本发明的特点在于，通过加入带有cl-、br-、i-、s2-、f-阴离子的中性电解质的作用，利用这些无机阴离子可在氧化铁粒子表面发生特殊吸附的性能，过程中无机阴离子通过特性吸附力(除静电作用力外可能还包括化学键合力、氢键作用力以及溶剂化作用力等的非电性的特性吸引力)紧密吸附于电双层的内层，改变电位决定离子，继而改变表面界面结构及电位分布，即通过粒子表面电荷的改变来达到控制粒子尺寸的目的。

23、该方法在保证生产成本的基础上，不仅能够有效控制颜料粒子的长径比，产生尺寸更小的α-feooh晶种颗粒，降低产品粘度，同时还能很好地防止颗粒团聚，重要的是该方法在操作过程中不添加任何有机化学物质，设备广泛，简单，易操作。

技术特征：

1.一种制备低长径比氧化铁黄的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备低长径比氧化铁黄的方法，其特征在于，所述的电解质盐溶液为溴化钠、氯化钾、氯化铵、碘化钾、溴化钾、硫化钠、氟化钠、氟化铵、硫化铵、氯化锂的一种或两种。

3.根据权利要求1所述的制备低长径比氧化铁黄的方法，其特征在于，[an-]＝0.002mol/l～0.2mol/l，an-为cl-、br-、i-、s2-、f-中的一种或两种。

4.根据权利要求1所述的制备低长径比氧化铁黄的方法，其特征在于，所述碱溶液是氢氧化钠、碳酸钠、碳酸镁、氢氧化镁、氢氧化钙或氨水。

技术总结
本发明提供了一种利用表面特性吸附制备低长径比氧化铁黄的技术。本发明是通过在晶种制备过程中，利用无机阴离子可在氧化铁粒子表面发生特殊吸附的性能，过程中无机阴离子通过特性吸附力紧密吸附于电双层的内层，改变电位决定离子，继而改变表面界面结构及电位分布，即通过粒子表面电荷的改变来达到控制粒子尺寸的目的，该方法不仅能够有效控制颜料粒子的长径比，降低产品粘度，同时还能很好地防止颗粒团聚，且该方法在操作过程中不添加任何有机化学物质，设备广泛，简单，易操作。

技术研发人员：李金花,姚屹洋,青木功莊,本名虎之,杨建明,邵玉祥,夏盛杰,王雪含,姜明君,秦锦祥,沈辉
受保护的技术使用者：浙江华源颜料股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11