低压下柱状粉体的制备及应用

低压下柱状粉体的制备及应用

随着现代高新技术和新材料的发展，华北技术的重要性越来越受到关注。按粒度大小,通常将粉体划分为细粉(10～1000μm),超细粉(0.1～10μm)和纳米微粉(<0.1μm)。在粉体的微细化方面已经进行了大量工作,并取得了很大进展,尤其是在纳米粉体的制备、表征及应用方面,形成了崭新的纳米技术,引起了社会各界的广泛重视。另一方面,粉末颗粒的形状也是表征粉末特性的重要指标,制备和筛选具有特定形状的粉末成为重要的工作。文中只针对颜料中应用广泛的片状粉末进行探讨。1氧化钛纳米薄膜在自然界中天然形成的片状矿物主要有石墨、云母、蛭石等。云母是一组矿物的总称,为碱金属和碱土金属的层状构造的铝硅酸盐,属单斜晶系,各种化学元素的含量变化很大,化学组成复杂。云母种类较多,有白云母、金云母、黑云母、锂云母等,性能差别也较大。云母的鳞片状结构及特有的光学特性,使其在颜料领域应用广泛。云母钛珠光颜料是采用特殊的化学工艺在低折射率(n=1.5～1.6)的云母薄片基材表面沉淀包覆一层或交替包覆多层高折射率(n=2.5～2.7)的透明二氧化钛纳米薄膜,形成平面夹心体,与天然珍珠的结构极为类似。光线到达纳米膜包覆的云母片时,一部分直接反射,另一部分透射后反射,从而产生干涉——像三棱镜那样将自然光分解成五颜六色的单色光,使其外观呈现出极其美丽的珍珠光泽。反射光的颜色是二氧化钛包覆纳米膜光学厚度的函数,而光学厚度为几何厚度与折射率之间的乘积。因此,通过调整二氧化钛纳米膜的厚度,可以进一步改变可见光的干涉现象,形成五彩缤纷的颜色。云母基片需要满足无色透明,表面平坦光滑,解理性好等条件。为使基材云母的表面保持原始光泽和透明度,在加工过程中,应尽可能避免表面受到损伤。用于珠光颜料生产的云母粒度一般在3～150μm之间,厚度为200～500nm左右,因此,控制云母的粒度也非常重要。鳞片状云母薄片的制备和分级是云母珠光颜料制造过程的关键环节。图1、图2分别为云母薄片和云母钛珠光颜料的扫描电镜照片。从图1可以看出,云母粉末解理完整,厚度和粒度大小均匀整齐,表面光滑平整。图2为厚度方向的二氧化钛包覆的云母珠光颜料粉末的扫描电镜照片,其二氧化钛纳米包覆膜平滑完整、连续致密,包覆后粉末的厚度小于500nm。包覆中应用最广泛的是钛盐水溶液水解液相沉淀工艺。首先使钛盐水解为二氧化钛水合物包覆在云母表面,然后洗涤、过滤、干燥和煅烧,二氧化钛水合物脱水而结晶,变成透明而坚固的二氧化钛多晶包覆膜。2过球磨或物理手段加工的球形颗粒在颜料中,金属颜料是一个特殊品种,由片状金属或片状合金粉末构成,作为装饰性颜料,可使被涂装的物品绚丽多彩,具有明亮的金属光泽和金属闪光效果。金属颜料中用量最大的是铝粉(包括铝粉浆)、铜锌合金粉和锌粉,其制备方法和生产工艺彼此类似,大多首先通过喷雾制取球形或类球形金属/合金粉末,然后通过球磨等物理手段将球形颗粒加工成鳞片状粉末。主要包括以下步骤:上述工艺中最关键的3个步骤是球磨制片、粉片分级和表面抛光。球磨制片中主要考虑的是如何在粉末片状化的过程中保持金属表面的平整并避免金属表面的氧化;粉片分级的目的是使粉片的粒度分布均匀;表面抛光是要提高粉体亮度和光泽度,同时提高金属粉片的抗氧化、抗变色能力。图3、图4分别为片状铜锌合金粉和片状铝粉的扫描电镜照片。从图3可以看出,铜锌合金粉具有明显的片状结构,但其片面形状不很规则,边缘多呈锯齿状。而图4中,铝粉的粒子外观一致,边缘圆滑,类似于圆片,这就是通过特殊精细加工的所谓“银圆型”片状铝粉的产品。保持高的金属光泽和光亮度,是金属颜料加工所追求的目标。金属颜料的品质主要与表面性质有关,近些年,国内产品质量有了很大的提高,但与国外产品相比仍然存在着一定的差距。另外,在金属颜料表面包覆树脂等有机物或SiO2等无机物,不但能提高金属颜料的抗酸碱的能力,也能满足水性涂料对金属颜料的要求。因此,包覆型金属颜料是重要的发展方向。3工艺模拟以及表面厚度和大小调控的结果片状氧化物粉体是通过人工手段合成制备的片状粉体,已报道的有片状氧化铝、氧化硅、氧化钛、氧化铁等。片状氧化铝最常见的制备方法是水热或醇热合成法,但所合成的片状氧化铝往往粒径较小、径厚比小。根据晶体生长理论和熔盐化学理论,采用铝盐在硫酸熔盐中煅烧的方法,合成出了较大径厚比的片状氧化铝,其扫描电镜照片如图5、图6所示。由图5、图6可以看出,采用熔盐法合成出的氧化铝具有明显的片状结构,直径介于3～10μm,厚度约为200～300nm。由图5中还可以看到一些规则的正六边形片状粉末,是对这氧化铝晶体生长进行调制的结果。若将铝盐换成铁盐,则可获得片状氧化铁粉末,其显微镜照片如图7所示。由图7可见,合成出的氧化铁具有明显的片状结构,薄片的最大径甚至超过100μm。溶胶-涂膜法也是一种制备片状氧化物的有效方法。该法是先把氧化物的前驱体配置成溶胶,再在光滑的基片上进行涂膜。将涂膜干燥、剥离后,得到氧化物或氢氧化物的薄片,将其煅烧后,即得片状氧化物粉末。所制备的氧化硅、氧化钛片状粉末见图8、图9。从图8和图9可以看出,涂膜法制备出的片状氧化硅和氧化钛具有均匀的厚度,形如玻璃碎片,这是由于在溶胶薄膜干燥后,薄膜自然裂开所致。根据颜料的要求,以及颜色形成的理论,在片状氧化物的合成中可以对薄片的厚度、大小进行人为调控,这就为新型颜料的开发提供了重要的途径。目前,人工合成的片状氧化物粉末在纯度、结构方面较天然云母更具有优势,用于代替天然的云母可制