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王文強    

(湖南巨發(fā)科技有限公司，湖南湘潭 411100)

摘 要：介紹了鈦黃顏料的組成、生產(chǎn)過程及其性能，國內(nèi)外簡況以及在塑料、涂料工業(yè)中的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：鈦黃；鈦鎳黃；鈦鉻棕；金屬氧化物混相顏料
   鈦黃(Titanium yellow)，顧名思義是含鈦的黃色顏料，屬于金屬氧化物混相顏料，目前作為商品銷售的主要有兩種色相的鈦黃：色光呈檸檬綠的鈦鎳黃（國際索引號P.Y.53）與紅相的鈦鉻棕（國際索引號P.Br.24,又名鈦鉻黃）。與鈦白(Titanium white)一樣，鈦黃也是鈦系顏料家族中的成員，鈦白之所以呈現(xiàn)白色，是因為成分很純，晶體結(jié)構(gòu)中主要含鈦(Ti)和氧(O)兩種原子，基本不含其它發(fā)色的雜質(zhì)元素，而且基本粒徑分布均勻，對可見光產(chǎn)生均等的反射和散射作用，所以外觀呈白色。而鈦黃卻與此不同，在生產(chǎn)制造過程中必須添加能發(fā)色的金屬元素(發(fā)色劑)，比如鉻(Cr)、鎳(Ni)，或者利用原料中的金屬元素，比如鐵(Fe)，使這些發(fā)色金屬元素進入晶格，從而使成品顏料能產(chǎn)生相應(yīng)的色彩。

1 組成、規(guī)格、制造及性能
1.1組成
鈦黃顏料的基本成分是金紅石型二氧化鈦，發(fā)色成分是帶色的其他金屬氧化物。按照所加入的帶色金屬氧化物的種類的不同，鈦黃可分為鈦鎳黃、鈦鉻棕（又名鈦鉻黃）和低檔的鈦鐵黃(即粉碎后的合成金紅石)。其中在鈦鎳黃和鈦鉻棕的生產(chǎn)中，還引入不發(fā)色的金屬氧化物(如銻和鎢，以銻為主)作為離子平衡劑，所以這兩種鈦黃的基本重量組成大致為：
鈦鎳黃：80%TiO2-15%Sb2O3-5%NiO；
鈦鉻棕（又名鈦鉻黃）：85%TiO2-10%Sb2O3-5%Cr2O3；

1.2規(guī)格
鈦黃顏料已有半個多世紀的生產(chǎn)歷史，但早期人們對其重要性一直沒有深刻認識，由于鈦黃顏料的粒徑較大，著色強度較低，色相較暗，不及鉛鉻黃類無機黃顏料和有機黃顏料艷麗，所以長期以來習(xí)慣使用鉛鉻(鎘)類無機黃色顏料，鈦黃顏料始終沒有得到快速發(fā)展。目前，國外生產(chǎn)鈦黃的較大公司有德國BASF和Shepherd等，國內(nèi)有湖南巨發(fā)科技有限公司。湖南巨發(fā)科技有限公司生產(chǎn)的鈦黃顏料的規(guī)格如下：

表1 湖南巨發(fā)科技有限公司鈦黃產(chǎn)品的牌號及規(guī)格

表2 湖南巨發(fā)科技有限公司鈦黃產(chǎn)品物性與應(yīng)用表

備注： 1. ★推薦使用，◆可以使用，▽不推薦使用；

      2.相盡資料見鈦鎳黃

圖1鈦黃產(chǎn)品實物圖片

鈦鎳黃 B5302                                                                                鈦鉻棕B2406

1.3制造
1.3.1以鈦礦為原料
將鈦礦與強酸(鹽酸)一起反應(yīng)，浸取出其中以鐵為主的雜質(zhì)成分，再經(jīng)水洗和高溫煅燒，生成所謂的人造(合成)金紅石，經(jīng)氣流粉碎后而得成品。由于生產(chǎn)工藝簡單，產(chǎn)品中含有比普通鈦白顏料高得多的雜質(zhì)(主要是鐵，F(xiàn)e)，所以顏料的外觀是黃中帶紅相。早前我國的粗擴型鈦黃顏料就是利用這種工藝生產(chǎn)的，由于未經(jīng)粉碎(只過篩)，顏料的粒徑較粗，基本只用于搪瓷等工業(yè)。
1.3.2以偏鈦酸為原料

  在水洗合格(基本除凈鐵等雜質(zhì))的偏鈦酸漿料中，加入銻化物(氧化銻)、可溶性的鎳化合物或鉻化合物，均勻混合后加堿升高pH值，使產(chǎn)生相應(yīng)的鎳或鉻的氧化物，沉積在偏鈦酸(TiO2﹒nH2O)和氧化銻(Sb2O3)粒子表面，再經(jīng)洗滌、干燥、煅燒和氣流粉碎，得到成品。所以，鈦黃顏料從真正意義上說，是混相型顏料，其中TiO2、Sb2O3、NiO或Sb2O3不是單純簡單的機械混合，也不是在TiO2粒子的表面包覆，而是在煅燒過程中焙成一體，Sb、Ni或Cr原子進入TiO2的晶格的一類鈦系特殊顏料。由于煅燒溫度通常達1000℃以上，所以TiO2必定是金紅石型。
以偏鈦酸為原料制作鈦黃往往受偏鈦酸濃度與純度制約，對產(chǎn)品質(zhì)量影響較大，尤其在煅燒工藝中，酸性介質(zhì)對爐窯防腐要求，甚而對色相控制頗多講究。

1.3.3固相法

  固相法是鈦黃顏料的傳統(tǒng)生產(chǎn)方法，生產(chǎn)過程較為復(fù)雜，通常將TiO2、Sb2O3、NiO混合，經(jīng)過反復(fù)的球磨后與1000℃下長時間煅燒，所得到的產(chǎn)物再經(jīng)粉碎磨細調(diào)色后才能使用。

固相反應(yīng)法所需能耗高，并且反應(yīng)速度受擴散動力學(xué)的影響，物化反應(yīng)不易充分進行，所制備的顏料粒徑分布不均勻，顏料色澤、化學(xué)穩(wěn)定性也較差，在應(yīng)用性能上存在一定的缺陷。但因其生產(chǎn)工藝簡單，可操作性強，目前許多工業(yè)生產(chǎn)多采用此法。

工藝過程：原料混合→球磨→高溫煅燒→球磨→成品

1.3.4液相法

為了滿足市場需求，充分發(fā)揮鈦黃顏料的特性，人們研究出液相制備法。液相法制備鈦黃顏料是將反應(yīng)物在液相下均勻混合，反應(yīng)物問可充分反應(yīng)，制得的顏料粒度小、純度高，煅燒溫度也比固相反應(yīng)低且易控制，并且具有優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。液相法主要有：自蔓延高溫合成法、均勻沉淀法、溶膠—凝膠法、有機配合物前驅(qū)體法、水熱合成法。

1.4性能
與傳統(tǒng)的無機鉛鉻黃類顏料相比，鈦黃具有一系列的優(yōu)點：
(1)由于通過高溫反應(yīng)和煅燒，晶型和晶格結(jié)構(gòu)相當(dāng)穩(wěn)定，耐光、耐熱、耐候和耐各種化學(xué)介質(zhì)性能非常優(yōu)良，抗粉化性能超過任何一種鈦白顏料。
(2)由于具有很高的硬度和較高的比重，鈦黃顏料在能提供高遮蓋力情況下又能呈現(xiàn)很高的耐磨性，最適用于外用平光體系。
(3)鈦黃具有中性的pH值，適用于各種涂料與塑料體系，更不會與任何顏料起反應(yīng)。
(4)鈦黃雖含有鎳(Ni)、鉻(Cr)、銻(Sb)等有害重金屬，但這些元素是以化合價健的形式進入晶格，與TiO2等組分牢固地結(jié)合在一起，所以一般條件下不被任何介質(zhì)浸出，完全適用于要求對人體無毒無害的安全體系，如兒童塑料玩具及所用涂料、食品包裝材料、醫(yī)療用品、化妝品、衛(wèi)生用具等。

2 鈦黃在塑料涂料等的應(yīng)用
鈦黃除外觀顏色以外，性能同鈦白基本一樣，耐候性等甚至高于鈦白粉，所以用途非常規(guī)范，能應(yīng)用于各種涂料、塑料、油墨、橡膠、陶瓷、搪瓷，及需要環(huán)保無毒的領(lǐng)域。
鈦黃適用各種涂料體系的著色，尤其是對耐候性和耐化學(xué)品性要求很嚴格的涂料，如外用工業(yè)涂料、外用建筑涂料和工業(yè)防腐涂料、塑料門窗、木塑復(fù)合材料等?？蓡为殤?yīng)用或與有機黃顏料相配應(yīng)用，以彌補色澤的不足，獲得既有高遮蓋力、高耐候性又具有各種鮮艷色彩的涂料產(chǎn)品。鈦黃在涂料中應(yīng)用的另一優(yōu)勢是替代逐漸被環(huán)保所淘汰的鉛鉻黃系顏料，用于各種安全的涂料體系。由于耐化學(xué)品性和耐候性很強，在汽車涂裝、卷材涂裝、油田和橋梁工程涂裝等領(lǐng)域中的應(yīng)用前景尤為廣闊。

3 鈦黃顏料的國內(nèi)外簡況

   國外鈦黃的現(xiàn)代生產(chǎn)工藝都是通過以偏鈦酸或以高活性二氧化鈦(TiO2)為主原料的路線進行生產(chǎn)的，比起鈦白顏料，雖然市場用量小得多，但應(yīng)用前景日益看好，尤其是在環(huán)保法規(guī)和工業(yè)衛(wèi)生要求越來越嚴格的今天。
國外鈦黃顏料代表性的生產(chǎn)商有德國BASF公司和美國Shepherd公司等，它們的鈦黃產(chǎn)品規(guī)格門類比較齊全，質(zhì)量性能優(yōu)越。全球鈦黃顏料的年市場總量在3萬噸。
國內(nèi)，隨著環(huán)保重視，鈦黃顏料生產(chǎn)自本世紀初有湖南巨發(fā)科技有限公司、江西萬相新材料有限公司等少數(shù)幾家公司異軍突起，先后研發(fā)出一系列產(chǎn)品適用市場的產(chǎn)品，年總產(chǎn)能月為10000噸左右。

4結(jié)語

由于鈦黃顏料的耐光性、耐候性和化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)異性能是任何其它黃色顏料所不及的，以及它所突出的耐熱性(可作為許多在高溫下加工或要求著色的顏料的著色劑)和出于對環(huán)保和健康方面的考慮，國外已禁止使用目前常用的含鉛和鎘的有毒黃顏料，而鈦黃顏料就是最佳的替代品。目前鈦黃顏料主要應(yīng)用于涂料、塑料、油墨和陶瓷等制品中，其中第一大用戶仍然是塑料制品，其次是涂料。另外，由于鈦黃顏料的其他一些性能，如反射紅外性能，從而具有偽裝迷彩性、防紫外線性能等，使該顏料在軍用及化妝品領(lǐng)域也得到了一定的發(fā)展。

 另外，如能制備出亞微粒度的顏料（國內(nèi)湖南巨發(fā)科技有限公司正在研發(fā)噴墨級鈦黃等級別顏料），則以此顏料為著色劑配制的彩色打印墨水，將從根本上改變以往墨水穩(wěn)定性差、適用溫度范圍狹窄的狀況。再有，應(yīng)引入稀土等痕量元素調(diào)節(jié)顏料色調(diào)。由于Fe、Co、Ni等過渡金屬元素，其致色效果顯著地受配位數(shù)的變化和相鄰離子的性質(zhì)的影響，難以可靠、穩(wěn)定地控制發(fā)色效果，而依靠內(nèi)部f殼層中的電子躍遷而著色的稀土元素則很少受到環(huán)境變化的影響。因此，建議采用稀土元素配合其它發(fā)色元素共同引入鈦黃基體晶格中，并研究其發(fā)色機理。