专利名称：纳米级氧化铁黄颜料的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种氧化铁颜料的制备方法，特别是涉及一种纳米级氧化铁黄颜料的制备方法。
二.
背景技术：
氧化铁颜料主要是指基本物质为铁的氧化铁红、铁黄、铁黑、铁橙、铁棕等着色颜料，氧化铁颜料以其颜色多、色谱广、无毒、耐酸、耐碱、价廉的特点，广泛应用于涂料、建材、塑料、电子、烟草、磨料、医药、宠物饲料添加剂等行业中。在世界范围内，氧化铁颜料的产销量，仅次于钛白粉，是第二个量大面广的无机彩色颜料，世界氧化铁颜料的消费量，每年达100万吨，氧化铁颜料以其性能/价格比值高，市场销路好，需求量大而获得人们的青睐，氧化铁红和氧化铁黄是氧化铁颜料中的两大主力军，目前制备氧化铁红颜料的方法比较多，而制备氧化铁黄颜料的方法比较少，在已有技术USP4,139,398中就公开了一种无机亚铁盐和芳族硝基化合物制备氧化铁红颜料的方法，该发明应用硝基化合物参加反应，有机硝基化合物把二价铁氧化成三价铁的同时，其本身被还原成胺化合物，如硝基苯变成了苯胺，导致产品分离阶段要用蒸汽提取，工艺较为复杂。该发明未涉及产品中微量重金属的控制问题，也没有提出降低重金属含量的办法。
目前，无机黄色颜料的制备中普遍使用铅、镉、铬等有毒重金属元素，在2002年7月1日，国家强制执行对颜料中可溶性重金属有害物质如铅、镉、铬、汞等含量应小于500mg/Kg的标准要求，很显然含有有毒重金属元素的颜料生产受到的很大的限制，而氧化铁黄作为一种无毒、耐酸、耐碱、廉价的颜料越来越受到人们的关注。在现有技术中，制备氧化铁黄的方法主要有氧气氧化法、氯酸钠氧化法、胶体化学法、羟基铁氧化法等几种，其中，氧气氧化法为气、固、液三相反应，反应机理和工艺条件复杂，颗粒形态难以控制；胶体化学法中使用大量的有机溶剂，分离和纯化困难，且成本较高；羟基铁氧化法中的主要原料羟基铁的制备比较困难，成本较高，且需经过高温煅烧才能获得铁黄，煅烧过程极易导致颗粒凝并或烧结，或使颗粒晶形发生变化；氯化钠氧化法中铁胶向铁黄的转化过程对颗粒形态的影响较大。
目前国内外市场上的氧化铁黄普遍存在粒径粗、粒度分布宽的情况，在油墨、涂料等制造行业对于产品粒度有较高的要求，还必须经过一道或数道研磨分散工序，能耗高、工艺过程复杂，而在对颜料粒度有更高要求(0.5μm以下)的用途方面，传统的氧化铁黄产品将无法使用。中国专利CN1334295A，发明名称为“均质流体法制备纳米氧化铁红”中介绍了纳米级氧化铁红颜料的制备方法，但并没有涉及到氧化铁黄颜料的制备方法，同时该发明对制备技术和工艺未作具体描述，其内容简单却难以实施。中国专利CN1521219A，发明名称为“氧化铁制备纳米颜料及纳米磁性材料”中介绍了以氧化铁为主原料加入盐酸、氢氧化钠、氧化剂、添加剂进行氧化还原反应制备纳米级氧化铁颜料的工艺方法，该方法所需材料多，需添加分散剂和表面活化剂两种物质，所运用的反应机理和本发明也不同。
三.
发明内容
本发明的目的是克服现有氧化铁黄颜料制备方法的缺陷，提供一种工艺简单、原材料更为常见的纳米级氧化铁黄颜料的制备方法。
本发明的技术方案是一种纳米级氧化铁黄颜料的制备方法，它是由三价铁离子Fe3+和氢氧根离子OH-充分反应，生成稳定的凝胶后，经过干燥而制成，铁离子Fe3+的浓度为5.7～30.0％，氢氧根离子OH-的浓度为3.8～35.0％，采用反向添加法，将含三价铁离子Fe3+的溶液加入到含氢氧根离子OH-的溶液中，在加热同时不断搅拌的碱性条件下充分反应，当生成稳定凝胶后，过滤、洗涤、抽真空加热干燥制备成纳米级的氧化铁黄颜料。
所述的纳米级氧化铁黄颜料的制备方法，反应过程中，保持反应溶液呈碱性，即反应在碱性条件下进行。
所述的纳米级氧化铁黄颜料的制备方法，反应过程中，加热使反应液保持在微沸状态并且不断搅拌，搅拌速度为800～10000r/pm。
所述的纳米级氧化铁黄颜料的制备方法，抽真空加热干燥过程在真空干燥炉中进行，真空度为10-1～10-2帕，加热温度为80～120℃，加热时间为2.5～24小时。
所述的纳米级氧化铁黄颜料的制备方法，含三价铁离子Fe3+的原材料为FeCl3·6H2O，或为Fe2(SO4)3，或为其它的水溶性铁盐。
所述的纳米级氧化铁黄颜料的制备方法，含氢氧根离子OH-的原材料为苛性钠NaOH，或为KOH，或为Ca(OH)2，或为其它的水溶性碱。
本发明的积极有益效果是1.本发明的纳米级氧化铁黄颜料的制备方法，采用反向添加法，即将含三价铁离子Fe3+的溶液加入到含氢氧根离子OH-的溶液中，在碱性条件下形成凝胶，这样可降低颗粒的粒度。
2.本发明反应过程中，加热至微沸状态下反应1-2小时，同时需不断搅拌，搅拌速度为800～10000r/pm，这样可破坏颗粒的团聚。
3.本发明的反应产物经多次冲洗后，使用了一种抽真空加热干燥的方法，，真空度为10-1～10-2帕，加热温度为80～120℃，加热时间为2.5～24小时，这样可减小颗粒的团聚。
4.本发明的纳米级氧化铁黄颜料的制备方法，比原有制备氧化铁黄的方法有颗粒粒度分布均匀、工艺流程短、操作简单、原材料常见、产物中无其它杂质等优点，可广泛应用于医药、油墨、涂料等对粒度有较高要求的领域。
四.
图1为搅拌转速在10000转/分的条件下所得到的氧化铁黄的扫描电镜(SEM)图；图2为搅拌转速在1000～10000转/分的条件下所得到的氧化铁黄的扫描电镜(SEM)图；图3为搅拌转速在800～1000转/分的条件下所得到的氧化铁黄的扫描电镜(SEM)图。
五.
具体实施例方式实施例一取FeCl3·6H2O2.7kg加蒸馏水配制成浓度为13.5％的FeCl3溶液，取NaOH颗粒1.8kg加蒸馏水配制成浓度为9.0％的NaOH溶液。
用搅拌器搅拌NaOH溶液，保持转速在1000转/分，缓慢向NaOH溶液中加入FeCl3溶液(立即有红褐色沉淀物产生)，同时加热溶液至微沸状态下反应2小时，使絮状沉淀物颜色由红褐色变成黄色，并且稳定下来。
把沉淀物过滤，并用蒸馏水多次洗涤，将其放入真空干燥炉中，在真空度为10-1～10-2帕，温度为110℃条件下干燥6小时，得到粒度为100nm的氧化铁黄0.883kg，其转化率为99.3％。
实施例二取FeCl3·6H2O 2.7kg加蒸馏水配制成浓度为9.0％的FeCl3溶液，取NaOH颗粒2.0kg加蒸馏水配制成浓度为6.7％的NaOH溶液。
用搅拌器搅拌NaOH溶液，保持转速在1000转/分，缓慢向NaOH溶液中加入FeCl3溶液(立即有红褐色沉淀物产生)，同时加热溶液至微沸状态下反应1.5小时，使絮状沉淀物颜色由红褐色变成黄色，并且稳定下来。
把沉淀物过滤，并用蒸馏水多次洗涤，将其放入真空干燥炉中，在真空度为10-1～10-2帕，温度为100℃条件下干燥10小时，得到粒度为210nm的氧化铁黄0.882kg，其转化率为99.1％。
实施例三取FeCl3·6H2O 1.8kg加蒸馏水配制成浓度为6.0％的FeCl3溶液，取NaOH颗粒1.2kg加蒸馏水配制成浓度为4.0％的NaOH溶液。
用搅拌器搅拌NaOH溶液，保持转速在8000转/分，缓慢向NaOH溶液中加入FeCl3溶液(立即有红褐色沉淀物产生)，同时加热溶液至微沸状态下反应2小时，使絮状沉淀物颜色由红褐色变成黄色，并且稳定下来。
把沉淀物过滤，并用蒸馏水多次洗涤，将其放入真空干燥炉中，在真空度为10-1～10-2帕，温度为80℃条件下干燥10小时，得到粒度为60nm的氧化铁黄0.590kg，其转化率为99.6％。
实施例四取Fe2(SO4)3颗粒2.0kg加蒸馏水配制成浓度为10.0％的Fe2(SO4)3溶液，取NaOH颗粒2.0kg加蒸馏水配制成浓度为10.0％的NaOH溶液。用搅拌器搅拌NaOH溶液，保持转速在3000转/分，缓慢向NaOH溶液中加入Fe2(SO4)3溶液(立即有红褐色沉淀物产生)，同时加热溶液至微沸状态下反应1.5小时，使絮状沉淀物颜色由红褐色变成黄色，并且稳定下来。
把沉淀物过滤，并用蒸馏水多次洗涤，将其放入真空干燥炉中，在真空度为10-1～10-2帕，温度为100℃条件下干燥12小时，得到粒度为80nm的氧化铁黄0.886kg，其转化率为99.5％。
实施例五取Fe2(SO4)3颗粒2.7kg加蒸馏水配制成浓度为6.7％的Fe2(SO4)3溶液，取NaOH颗粒2.0kg加蒸馏水配制成浓度为9.0％的NaOH溶液。用搅拌器搅拌NaOH溶液，保持转速在3000转/分，缓慢向NaOH溶液中加入Fe2(SO4)3溶液(立即有红褐色沉淀物产生)，同时加热溶液至微沸状态下反应1小时，使絮状沉淀物颜色由红褐色变成黄色，并且稳定下来。
把沉淀物过滤，并用蒸馏水多次洗涤，将其放入真空干燥炉中，在真空度为10-1～10-2帕，温度为90℃条件下干燥12小时，得到粒度为80nm的氧化铁黄0.888kg，其转化率为99.8％。
实施例六取FeCl3·6H2O 2.7kg加蒸馏水配制成浓度为27.0％的FeCl3溶液，取氢氧化钾KOH颗粒2.0kg加蒸馏水配制成浓度为20.0％的KOH溶液。
用搅拌器搅拌KOH溶液，保持转速在800转/分，缓慢向KOH溶液中加入FeCl3溶液(立即有红褐色沉淀物产生)，同时加热溶液至微沸状态下反应2小时，使絮状沉淀物颜色由红褐色变成黄色，并且稳定下来。
把沉淀物过滤，并用蒸馏水多次洗涤，将其放入真空干燥炉中，在真空度为10-1～10-2帕，温度为100℃条件下干燥10小时，得到粒度为350nm的氧化铁黄0.889kg，其转化率为99.7％。
实施例七取FeCl3·6H2O 2.7kg加蒸馏水配制成浓度为18.0％的FeCl3溶液，取氢氧化钾KOH颗粒1.8kg加蒸馏水配制成浓度为12.0％的KOH溶液。
用搅拌器搅拌KOH溶液，保持转速在1500转/分，缓慢向KOH溶液中加入FeCl3溶液(立即有红褐色沉淀物产生)，同时加热溶液至微沸状态下反应1.5小时，使絮状沉淀物颜色由红褐色变成黄色，并且稳定下来。
把沉淀物过滤，并用蒸馏水多次洗涤，将其放入真空干燥炉中，在真空度为10-1～10-2帕，温度为110℃条件下干燥5小时，得到粒度为100nm的氧化铁黄0.882kg，其转化率为99.2％。
实施例八取FeCl3·6H2O 2.7kg加蒸馏水配制成浓度为9.0％的FeCl3溶液，取氢氧化钾KOH颗粒2.1kg加蒸馏水配制成浓度为7.0％的KOH溶液。
用搅拌器搅拌KOH溶液，保持转速在1000转/分，缓慢向KOH溶液中加入FeCl3溶液(立即有红褐色沉淀物产生)，同时加热溶液至微沸状态下反应1小时，使絮状沉淀物颜色由红褐色变成黄色，并且稳定下来。
把沉淀物过滤，并用蒸馏水多次洗涤，将其放入真空干燥炉中，在真空度为10-1～10-2帕，温度为80℃条件下干燥12小时，得到粒度为100nm的氧化铁黄0.885kg，其转化率为99.5％。
实施例九取FeCl3·6H2O 5.4kg加蒸馏水配制成浓度为18.0％的FeCl3溶液，取氢氧化钾KOH颗粒3.5kg加蒸馏水配制成浓度为11.7％的KOH溶液。
用搅拌器搅拌KOH溶液，保持转速在8000转/分，缓慢向KOH溶液中加入FeCl3溶液(立即有红褐色沉淀物产生)，同时加热溶液至微沸状态下反应2小时，使絮状沉淀物颜色由红褐色变成黄色，并且稳定下来。
把沉淀物过滤，并用蒸馏水多次洗涤，将其放入真空干燥炉中，在真空度为10-1～10-2帕，温度为100℃条件下干燥15小时，得到粒度为30nm的氧化铁黄1.761kg，其转化率为99.1％。
实施例十取Fe2(SO4)3颗粒4.0kg加蒸馏水配制成浓度为10.0％的Fe2(SO4)3溶液，取KOH颗粒4.0kg加蒸馏水配制成浓度为10.0％的KOH溶液。用搅拌器搅拌KOH溶液，保持转速在10000转/分，缓慢向KOH溶液中加入Fe2(SO4)3溶液(立即有红褐色沉淀物产生)，同时加热溶液至微沸状态下反应1小时，使絮状沉淀物颜色由红褐色变成黄色，并且稳定下来。
把沉淀物过滤，并用蒸馏水多次洗涤，将其放入真空干燥炉中，在真空度为10-1～10-2帕，温度为80℃条件下干燥20小时，得到粒度为20nm的氧化铁黄1.771kg，其转化率为99.5％。
实施例十一取Fe2(SO4)3颗粒2.0kg加蒸馏水配制成浓度为10.0％的Fe2(SO4)3溶液，取KOH颗粒2.5kg加蒸馏水配制成浓度为12.5％的KOH溶液。用搅拌器搅拌KOH溶液，保持转速在2000转/分，缓慢向KOH溶液中加入Fe2(SO4)3溶液(立即有红褐色沉淀物产生)，同时加热溶液至微沸状态下反应1.5小时，使絮状沉淀物颜色由红褐色变成黄色，并且稳定下来。
把沉淀物过滤，并用蒸馏水多次洗涤，将其放入真空干燥炉中，在真空度为10-1～10-2帕，温度为100℃条件下干燥10小时，得到粒度为80nm的氧化铁黄0.882kg，其转化率为99.2％。
实施例十二取FeCl3·6H2O 11.0kg加蒸馏水配制成浓度为30.0％的FeCl3溶液，取NaOH颗粒6.7kg加蒸馏水配制成浓度为35.0％的NaOH溶液。
用搅拌器搅拌NaOH溶液，保持转速在10000转/分，缓慢向NaOH溶液中加入FeCl3溶液(立即有红褐色沉淀物产生)，同时加热溶液至微沸状态下反应2小时，使絮状沉淀物颜色由红褐色变成黄色，并且稳定下来。
把沉淀物过滤，并用蒸馏水多次洗涤，将其放入真空干燥炉中，在真空度为10-1～10-2帕，温度为90℃条件下干燥10小时，得到粒度为110nm的氧化铁黄3.604kg，其转化率为99.4％。
实施例十三取FeCl3·6H2O 8.0kg加蒸馏水配制成浓度为5.7％的FeCl3溶液，取NaOH颗粒5.0kg加蒸馏水配制成浓度为3.8％的NaOH溶液。
用搅拌器搅拌NaOH溶液，保持转速在8000转/分，缓慢向NaOH溶液中加入FeCl3溶液(立即有红褐色沉淀物产生)，同时加热溶液至微沸状态下反应2小时，使絮状沉淀物颜色由红褐色变成黄色，并且稳定下来。
把沉淀物过滤，并用蒸馏水多次洗涤，将其放入真空干燥炉中，在真空度为10-1～10-2帕，温度为100℃条件下干燥8小时，得到粒度为150nm的氧化铁黄2.602kg，其转化率为99.8％。
权利要求
1.一种纳米级氧化铁黄颜料的制备方法，它是由三价铁离子Fe3+和氢氧根离子OH-充分反应，生成稳定的凝胶后，经过干燥而制成，其特征是铁离子Fe3+的浓度为5.7～30.0％，氢氧根离子OH-的浓度为3.8～35.0％，采用反向添加法，将含三价铁离子Fe3+的溶液加入到含氢氧根离子OH-的溶液中，在加热同时不断搅拌的碱性条件下充分反应，当生成稳定凝胶后，过滤、洗涤、抽真空加热干燥制备成纳米级的氧化铁黄颜料。
2.根据权利要求1所述的纳米级氧化铁黄颜料的制备方法，其特征是反应过程中，保持反应溶液呈碱性，即反应在碱性条件下进行。
3.根据权利要求1所述的纳米级氧化铁黄颜料的制备方法，其特征是反应过程中，加热使反应液保持在微沸状态并且不断搅拌，搅拌速度为800～10000r/pm。
4.根据权利要求1所述的纳米级氧化铁黄颜料的制备方法，其特征是抽真空加热干燥过程在真空干燥炉中进行，真空度为10-1～10-2帕，加热温度为80～120℃，加热时间为2.5～24小时。
5.根据权利要求1所述的纳米级氧化铁黄颜料的制备方法，其特征是含三价铁离子Fe3+的原材料为FeCl3·6H2O，或为Fe2(SO4)3，或为其它的水溶性铁盐。
6.根据权利要求1所述的纳米级氧化铁黄颜料的制备方法，其特征是含氢氧根离子OH-的原材料为苛性钠NaOH，或为KOH，或为Ca(OH)2，或为其它的水溶性碱。
全文摘要
本发明涉及一种氧化铁颜料的制备方法，特别是涉及一种纳米级氧化铁黄颜料的制备方法。本发明采用反向添加法，即将含三价铁离子Fe
文档编号C09C1/24GK1699476SQ20051001755
公开日2005年11月23日 申请日期2005年4月30日 优先权日2005年4月30日
发明者董书山, 吴雪峰, 高杰 申请人:河南黄河旋风股份有限公司