Железоокисные пигменты для пластмасс

 Оксиды железа встречаются в природе в виде различных минералов. Они являются основным компонентом красных глин и обеспечивают красно-коричневую окраску горных пород (рис. 1).

Желтые, красные, коричневые и черные оксиды железа с древнейших времен использовались человеком в качестве пигментов: и наскальные изображения, и египетские фрески, и греческие рисунки выполнены с использованием этих продуктов.

С развитием цивилизации спектр областей применения железоокисных пигментов значительно расширился, а мировой объем потребления синтетических железоокисных пигментов достиг 1,1 млн. тонн в год. Сегодня синтетические оксиды являются крупнейшей группой цветных пигментов по объемам потребления. Причиной широкого распространения железоокисных пигментов стала их доступность, простота использования, широкая цветовая палитра, устойчивость к внешним условиям и совместимость со многими материалами, включая пластмассы и бетон.  

С конца XIX века стали выпускаться синтетические железоокисные пигменты, которые качественно отличаются от природных чистотой цвета и дисперсностью. Благодаря химической модификации и варьированию сырьевых материалов и условий синтеза сейчас выпускается широкий ассортимент желтых, оранжевых, красных, коричневых и черных железоокисных пигментов для многих отраслей промышленности.  

Технология производства

Современные синтетические железоокисные пигменты выпускаются с использованием высоких технологий, что позволяет не только получать продукцию высокого качества, но и контролировать множество параметров самого синтеза, которые определяют специальные свойства пигментов и дают возможность создавать продукт с заданными характеристиками. В настоящее время в промышленных масштабах используются четыре основные технологии получения железоокисных пигментов, представленные в таблице.

Факторы, влияющие на свойства пигмента

Физические свойства и красящие способности готового продукта определяются его химическим составом, размером, структурой и формой частиц, а также другими параметрами, которые можно регулировать на стадии синтеза.

Глубина оттенка определяется двумя физическими эффектами: светопоглощением и светорассеиванием. Оба этих эффекта зависят от размера частиц, поэтому регулировка размера частиц в производственном процессе позволяет добиться получения различных оттенков цвета. Эта зависимость проиллюстрирована на примере красных железоокисных пигментов компании LANXESS (рис. 2).

Как оттенок, так и интенсивность окраски зависят от размера частиц. Интенсивность окраски красных железоокисных пигментов максимальна при среднем размере частиц около 0,4 мкм и уменьшается с увеличением или уменьшением размера частиц.

Влияние размера частиц становится еще более очевидным при рассмотрении кроющей способности. Железоокисные пигменты с размером частиц меньше 0,05 мкм являются прозрачными, укрывистость максимальна при размере частиц около 0,4 мкм и уменьшается при увеличении размера частиц.

Распределение частиц по размеру имеет решающее значение для чистоты цвета. Пигменты с узким распределением частиц по размеру обладают высокой чистотой цвета, тогда как пигменты с широким распределением дают ненасыщенный цвет.

Кроме размера частиц, распределения частиц по размеру и их формы большое значение имеет химия поверхности пигментов. Модификация поверхности может быть использована для производства пигментов, точно соответствующих заданному применению. Например, за счет химической модификации желтого железоокисного пигмента компания LANXESS освоила выпуск продукта Colortherm Yellow 20, который не разлагается при температурах свыше 200 °С, что позволяет использовать его для окрашивания многих полимеров.

Области применения

Железоокисные пигменты характеризуются широкой цветовой палитрой, высокой окрашивающей способностью, хорошей химической стойкостью, высокой устойчивостью к атмосферно-климатическим условиям, токсикологической безопасностью и относительно низкой ценой, что делает их незаменимыми во многих отраслях промышленности. Крупнейшими областями применения являются окрашивание строительных материалов, различных покрытий и полимеров; железоокисные пигменты применяются также в производстве оксидных тонеров для принтеров, керамики, катализаторов и др.

Железоокисные пигменты применяют для окраски пластмасс. Важным преимуществом оксидов железа по сравнению со многими органическими пигментами является их термическая стабильность при температурах переработки большинства полимеров.

Однако это не относится к желтым оксидам-гидроксидам железа, которые выделяют воду и превращаются в Fe₂O₃ при температурах около 200 °С. Для решения этой проблемы, помимо смесевых термостойких пигментов с оксидом цинка или марганца, концерн LANXESS разработал специальные желтые железоокисные пигменты для применения в пластмассах. Температура их термической деструкции увеличена настолько, что эти пигменты могут быть введены в традиционные полимеры.

За счет химической модификации поверхности частиц пигментов Colortherm Yellow 10 и Colortherm Yellow 20 их термостабильность увеличена до 260 °С, что позволяет использовать их для окрашивания полиэтилена низкого давления и полистирола. Colortherm Yellow 30, представляющий собой стабилизированный оксид железа/цинка, стабилен до 300 °С, и поэтому может использоваться для конструкционных пластмасс, включая АБС-пластик и полиамид.

Железоокисные пигменты используются и во многих других областях Ламинаты, керамические глазури, мульча и различные другие продукты также окрашиваются железоокисными пигментами, некоторые из которых были специально разработаны исключительно для этих применений. Оксиды железа широко используются в областях, не связанных с окрашиванием материалов, например, в качестве полупродукта в производстве катализаторов стирола.

Железоокисные пигменты представляют собой группу продуктов, которая постоянно совершенствуется в соответствии с требованиями процессов производства и применения, и насчитывает более 100 лет промышленного выпуска.