透明锌铁黄颜料的制备方法与流程

本发明属于化工颜料技术领域，涉及无机纳米功能材料制备技术，特别涉及一种透明锌铁黄颜料的制备方法。

背景技术：

颜料作为使物体上色的物质，主要应用于涂料、油墨、印染、塑料制品、橡胶制品和陶瓷等行业。颜料一般可分为有机颜料和无机颜料。研究发现，无机颜料中的颜料颗粒粒径大小达到可见光的半波长时，光可产生绕射，因此颜料呈透明着色的效果。为人所熟知透明颜料主要有透明氧化铁红、透明氧化铁黄、透明钴蓝、透明锰铁黑等，这些颜料在涂料、塑料等行业有着广泛的应用。

众所周知，氧化铁黄(化学式为fe2o3·h2o)在温度高于170℃时，将脱水转化成铁红(化学式为fe2o3)。但有许多应用场合如聚酯漆、氟碳涂料、聚烯烃塑料、橡胶、硅胶制品、用于窗膜的聚酯膜等，其使用环境温度有时大于200℃，极易导致氧化铁黄颜料的褪色。

申请公开号为us4985078的美国发明专利申请公开了一种耐热锌铁黄颜料的制备方法，该方法将0.01％-0.5％的锂以化合物的形式加入到氧化锌和氧化铁的均匀滤饼中，混合均匀后进行烘干、焙烧，从而得到在塑料中更耐热的锌铁黄颜料。但该发明所制备的锌铁黄颜料为遮盖性颜料，因此无透明效果。

基于透明黄色颜料的广泛应用和运用场景，开发一种具有透明黄色且耐温、耐候的颜料就显得尤为必要。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种透明锌铁黄颜料的制备方法，可以应用到颜料制备行业，获得颜色鲜艳、透明度高且耐高温的透明锌铁黄颜料，其制备方法工艺简单。

为了解决上述技术问题，本发明采用了下述技术方案：

一种透明锌铁黄颜料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将铁盐和锌盐按n(fe离子)/n(zn²⁺)＝1.5-2.5的比例加入一定量水中，使铁盐和锌盐溶解于水中形成水溶液，同时控制fe离子浓度为0.5-2mol/l；其中，n(fe离子)为铁离子和/或亚铁离子的摩尔数；

(2)将所述水溶液控制在80-100℃；

(3)加入一定浓度的碱溶液形成碱性溶液，使所述碱性溶液的ph值调节至8-12；

(4)加入相转化催化剂；

(5)将溶液温度控制在80-100℃，并搅拌至铁离子和锌离子沉淀完成；

(6)将沉淀物漂洗、烘干并焙烧得到透明锌铁黄颜料。

优选的，步骤(1)中的铁盐为氯化铁、七水合硫酸亚铁和/或硝酸铁。

优选的，步骤(1)中的铁盐和锌盐的比例为n(fe离子)/n(zn²⁺)＝1.9-2.1。

优选的，步骤(3)中所述水溶液的ph值调节至10-12。

优选的，步骤(4)中相转化催化剂加入的摩尔量为所述锌盐摩尔量的0.2-1.0％。

优选的，步骤(4)中所述相转化催化剂为亚铁盐。

优选的，步骤(4)中亚铁盐为氯化亚铁、硝酸亚铁、硫酸亚铁、柠檬酸亚铁和/或草酸亚铁。

优选的，步骤(5)中将溶液温度控制在90-100℃。

优选的，步骤(6)中的烘干温度为80-100℃。

优选的，步骤(6)中的焙烧温度为600-800℃，焙烧时间为2-3小时。

本发明相比于现有技术的有益效果在于：本发明提出一种合成纳米级锌铁黄颜料颗粒的制备方法，该制备方法得到的颜料具有颜色鲜艳、透明度高且耐高温的特性，并且制备方法简单，有效降低了生产成本，提高了生产效率，并且操作便捷，适合规模化生产。

步骤(1)中，铁盐和锌盐的比例选择为n(fe离子)/n(zn²⁺)＝1.9-2.1，可获得晶形均匀的纳米级锌铁黄颜料颗粒，且锌铁黄颜料的生成率较高，颜料呈黄色，饱和度高。

步骤(3)中，所述水溶液的ph值调节至10-12，使铁离子和锌离子沉淀更为完全，提高锌铁黄颜料的生成率。

步骤(4)中，加入相转化催化剂的步骤对液相相转化法制备铁酸锌反应具有显著的催化作用，催化反应的产物经xrd证实是具有尖晶石结构的铁酸锌。当相转化催化剂加入的摩尔量为所述锌盐摩尔量的0.2-1.0％，催化速率较快，且所得晶体较为完整，纯度较高。

步骤(5)中，将溶液温度控制在90-100℃，可使生成颜料呈黄色，并具有更高的透明度。

附图说明

图1为本发明的一实施例提供的透明锌铁黄颜料的xrd图；

图2为本发明的一实施例提供的透明锌铁黄颜料的tem图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。

实施例1

一种透明锌铁黄颜料的制备方法，包括以下步骤：

(1)在反应槽中加入1000升的水，分别投入81.2kg的氯化铁固体(氯化铁固体约为500mol)和71.8kg的七水合硫酸锌固体(七水合硫酸锌固体约为249.7mol)，开始搅拌溶液直至完全溶解形成水溶液。

(2)开启蒸汽，将溶液加热至90℃。

(3)加入浓度为4g/l的氢氧化钠溶液，调节溶液的ph值至10。

(4)加入0.31kg的作为液相相转化剂的氯化亚铁，持续搅拌。

(5)将溶液温度控制在90℃，冷凝回流2小时，此时，铁离子和锌离子沉淀完全。

(6)将沉淀物进行漂洗，漂洗完成后以80℃的烘干温度进行烘干处理。

(7)在600℃温度条件下，将烘干后的物质置于马弗炉中焙烧2小时，粉碎焙烧物质后即得透明锌铁黄颜料颗粒。

实施例2

一种透明锌铁黄颜料的制备方法，包括以下步骤：

(1)在反应槽中加入1000升的水，分别投入162.4kg的氯化铁固体(氯化铁固体约为1000mol)和115kg的七水合硫酸锌固体(七水合硫酸锌固体约为400mol)，开始搅拌溶液直至完全溶解形成水溶液。

(2)开启蒸汽，将溶液加热至80℃。

(3)加入浓度为4g/l的氢氧化钠溶液，调节溶液的ph值至12。

(4)加入0.51kg的作为液相相转化剂的氯化亚铁，持续搅拌。

(5)将溶液温度控制在80℃，冷凝回流3小时，此时，铁离子和锌离子沉淀完全。

(6)将沉淀物进行漂洗，漂洗完成后以90℃的烘干温度进行烘干处理。

(7)在700℃温度条件下，将烘干后的物质置于马弗炉中焙烧3小时，粉碎焙烧物质后即得透明锌铁黄颜料颗粒。

实施例3

一种透明锌铁黄颜料的制备方法，包括以下步骤：

(1)在反应槽中加入100升的水，分别投入32.48kg的氯化铁固体(氯化铁固体约为200mol)和28.76kg的七水合硫酸锌固体(七水合硫酸锌固体约为100mol)，开始搅拌溶液直至完全溶解形成水溶液。

(2)开启蒸汽，将溶液加热至100℃。

(3)加入浓度为4g/l的氢氧化钠溶液，调节溶液的ph值至11。

(4)加入0.13kg的作为液相相转化剂的氯化亚铁，持续搅拌。

(5)将溶液温度控制在100℃，冷凝回流3小时，此时，铁离子和锌离子沉淀完全。

(6)将沉淀物进行漂洗，漂洗完成后以100℃的烘干温度进行烘干处理。

(7)在800℃温度条件下，将烘干后的物质置于马弗炉中焙烧3小时，粉碎焙烧物质后即得透明锌铁黄颜料颗粒。

实施例4

一种透明锌铁黄颜料的制备方法，包括以下步骤：

(1)在反应槽中加入1000升的水，分别投入81.2kg的氯化铁固体(氯化铁固体约为500mol)和75.6kg的七水合硫酸锌固体(七水合硫酸锌固体约为263mol)，开始搅拌溶液直至完全溶解形成水溶液。

(2)开启蒸汽，将溶液加热至90℃。

(3)加入浓度为4g/l的氢氧化钠溶液，调节溶液的ph值至8。

(4)加入0.34kg的作为液相相转化剂的氯化亚铁，持续搅拌。

(5)将溶液温度控制在90℃，冷凝回流2小时，此时，铁离子和锌离子沉淀完全。

(6)将沉淀物进行漂洗，漂洗完成后以80℃的烘干温度进行烘干处理。

(7)在600℃温度条件下，将烘干后的物质置于马弗炉中焙烧2小时，粉碎焙烧物质后即得透明锌铁黄颜料颗粒。

实施例5

一种透明锌铁黄颜料的制备方法，包括以下步骤：

(1)在反应槽中加入1000升的水，分别投入81.2kg的氯化铁固体(氯化铁固体约为500mol)和95.8kg的七水合硫酸锌固体(七水合硫酸锌固体约为334mol)，开始搅拌溶液直至完全溶解形成水溶液。

(2)开启蒸汽，将溶液加热至90℃。

(3)加入浓度为4g/l的氢氧化钠溶液，调节溶液的ph值至10。

(4)加入0.09kg的作为液相相转化剂的氯化亚铁，持续搅拌。

(5)将溶液温度控制在90℃，冷凝回流2小时，此时，铁离子和锌离子沉淀完全。

(6)将沉淀物进行漂洗，漂洗完成后以80℃的烘干温度进行烘干处理。

(7)在600℃温度条件下，将烘干后的物质置于马弗炉中焙烧2小时，粉碎焙烧物质后即得透明锌铁黄颜料颗粒。

实施例6

一种透明锌铁黄颜料的制备方法，包括以下步骤：

(1)在反应槽中加入1000升的水，分别投入121kg的硝酸铁固体(硝酸铁固体约为500mol)和95.8kg的七水合硫酸锌固体(七水合硫酸锌固体约为334mol)，开始搅拌溶液直至完全溶解形成水溶液。

(2)开启蒸汽，将溶液加热至90℃。

(3)加入浓度为4g/l的氢氧化钾溶液，调节溶液的ph值至10。

(4)加入0.12kg的作为液相相转化剂的硝酸亚铁，持续搅拌。

(5)将溶液温度控制在90℃，冷凝回流2小时，此时，铁离子和锌离子沉淀完全。

(6)将沉淀物进行漂洗，漂洗完成后以80℃的烘干温度进行烘干处理。

(7)在600℃温度条件下，将烘干后的物质置于马弗炉中焙烧2小时，粉碎焙烧物质后即得透明锌铁黄颜料颗粒。

实施例7

一种透明锌铁黄颜料的制备方法，包括以下步骤：

(1)在反应槽中加入1000升的水，分别投入139kg的七水合硫酸亚铁固体(七水合硫酸亚铁固体约为500mol)和95.8kg的七水合硫酸锌固体(七水合硫酸锌固体约为334mol)，开始搅拌溶液直至完全溶解形成水溶液。

(2)开启蒸汽，将溶液加热至90℃。

(3)加入浓度为4g/l的氢氧化钾溶液，调节溶液的ph值至12。

(4)加入0.93kg的作为液相相转化剂的硫酸亚铁，持续搅拌。

(5)将溶液温度控制在85℃，冷凝回流2.5小时，此时，铁离子和锌离子沉淀完全。

(6)将沉淀物进行漂洗，漂洗完成后以80℃的烘干温度进行烘干处理。

(7)在650℃温度条件下，将烘干后的物质置于马弗炉中焙烧2小时，粉碎焙烧物质后即得透明锌铁黄颜料颗粒。

如图1所示，为本发明的一实施例提供的透明锌铁黄颜料的xrd图。透明锌铁黄颜料的xrd图上所测得的2θ在20～80°范围内，其图谱中出现7个弱且宽化的衍射峰，其中心位置分别在30.02°、35.33°、37.04°、42.92°、53.21°、56.72°和62.24°处，且各衍射峰分别对应于尖晶石结构铁酸锌的(220)、(311)、(222)、(400)、(422)、(511)和(440)晶面，与xrd标准jcpds(thejointcommitteeonpowderdiffractionstandards的简称，即“粉末衍射标准联合委员会”)卡片数据对照，为尖晶石结构铁酸锌的特征衍射峰。

如图2所示，为本发明的一实施例提供的透明锌铁黄颜料的tem图。由图2(a)和2(b)可知，制备得到的透明锌铁黄颗粒的尺寸在20-50nm范围内，大部分的透明锌铁黄纳米颗粒的尺寸主要在30nm左右。此外，以上实施例所制备的透明锌铁黄颜料的颜色性能较佳，从表1中可知，选取lab颜色空间表征各实施例所获得的颜料的颜色性能。表1中，l分量用于表示亮度，表示从纯黑到纯白；a表示从红色到绿色的范围；b表示从黄色到蓝色的范围。透明锌铁黄颜料饱和度较高，颜色较为鲜艳，有良好的应用价值。

表1如下所示：

将上述方法制备的透明锌铁黄颜料涂覆在透明介质上，本发明制备的透明锌铁黄颜料透明度高，而普通锌铁黄颜料为遮盖颜料。这得益于合成的透明锌铁黄颜料为均匀纳米尺度的颗粒，可均匀涂覆于聚酯漆、氟碳涂料、聚烯烃塑料、橡胶、硅胶制品、用于窗膜的聚酯膜上，呈现透明黄色且具有耐高温特性。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。