Железооксидные пигменты

Содержание статьи

• Классификация
• Химический состав
• Характеристики пигментов
• Виды пигментов
• Желтые пигменты

В промышленности применяется большое количество разнообразных красящих веществ. В основе красителя лежит пигмент - вещество, которое способно изменить материал, а именно наделить его цветом, свойством непрозрачности, либо обеспечить защиту материала, например, защитить его от коррозии. Обычно этим термином пользуются при выделении красителей неорганического происхождения.

Классификация пигментов

Пигмент, как правило, является основным сырьем при производстве лакокрасочных материалов. Добавлением пигментов, являющихся высокодисперсными органическими веществами, создаются различные покрытия, область применения которых очень обширна.

Для того чтобы было легче разобраться в разнообразии красящих веществ, нужно их классифицировать.

Итак, основой деления пигментов на классы можно положить:

• Цвет, посредством которого выделяются ахроматические и хроматические пигменты. К первым красителям относятся одноцветные вещества белого, черного и серого цветов. Хроматическими называют остальные цветные пигменты. Их разделяют на два крупных блока. Как правило, это красящие вещества теплых оттенков, например, колер красного, желтого, оранжевого цветов. Другая группа – это красители холодных тонов, к которым можно отнести все оттенки зеленого, голубого, синего, фиолетового цветов.
• Химический состав, в этом случае выделяют пигменты, состоящие из химических элементов, либо их производных, например, оксидов, солей.
• Способ получения, то есть выделяют пигменты природного происхождения, и полученные искусственным путем.
• Область применения пигментов, то есть подразделяются пигменты, используемые для составов, имеющих декоративное назначение, для создания антикоррозионных покрытий, для специального использования.
• Способ производства пигментов.

Химический состав пигментов

Вышеперечисленные основы классификации не являются оптимальными в силу того, что одна и та же группа может содержать красящие вещества, свойства которых имеют значительные отличия. В последнее время наиболее приемлемым, является деление красящих веществ, основу которых составляет химическое строение пигмента. Здесь различают элементы, оксиды и соли.

Рассмотрим их подробнее.

• К элементам можно отнести технический углерод, чернь, различные металлические порошки, например, пыль, получаемая при обработке цинка, алюминиевые пудры;
• К оксидным пигментам относятся: двойной оксид титана, окислы таких металлов, как цинк, свинец, хром, а также пигменты железооксидные.
• Пигменты, в основе которых лежат соли элементов. В качестве примера можно привести соль угольной кислоты – карбонат свинца, так называемые свинцовые белила. В эту же группу входят хроматы, сульфиды и комплексные соли.

Характеристики железооксидных пигментов

К железооксидным пигментам относятся минеральные элементы и природные породы, в которых присутствует оксид железа. Наличием именно этого вещества определяется их окраска. Цвет природного пигмента определяется различными характеристиками.

К ним относятся:

• уровень гидратации окисла металла;
• строение кристаллической решетки;
• присутствие и количество различных примесей.

По причине постоянного изменения состава природных пигментов, и, как следствие, перемены их свойств, в последнее время все чаще используют синтетически полученные пигменты.

Тем не менее, природные пигменты железооксидные имеют большое количество достоинств.

К ним относятся:

• достаточно низкий уровень цены;
• повышенная стойкость к воздействию внешних факторов – окружающей атмосферы и солнечных лучей;
• низкая химическая активность;
• низкий уровень выделения вредных веществ.

Таблица 1. Физико-технические и оптические свойства железооксидных пигментов.

Показатели	Охра	Сиена	Сурик	Мумия	Умбра	Желтый (синтет.)	Красный (синтет.)
Плотность, кг/м3	2700-3400	3000-3400		-	2800-3100	3800-3900	4500-5000
рН водной вытяжки	7-8	6-8		6,5-7,5	6-8	3,5-7,0	5,5-7,0
Насыпной объем Vнас×103, м3/кг	0,9-1,3	1,0	1,1	-	1,34	4,3-4,6	2,2-2,4
Маслоемкость, г/100 г		60-70	15-20	15-26	75-110	35-70	25-35
Укрывистость, г/м2	65-115			30-35		12-20	6-8
Y	16-29	24-26	14-16	7-12		35-42	9,9-10,0
р	74-80	28-30	32-33	54-72		72-75	51-53
l	580-586	594-596		592-598		580-582
ПДК, мг/м3		-

Виды железооксидных пигментов

Железооксидные пигменты природного происхождения используются для производства окрашенных материалов лакокрасочной промышленности, в основу которых может быть положены различные пленкообразователи.

Применение железооксидных пигментов достаточно разнообразно. Они широко применяются в процессе лакокрасочного производства. Трудно получить разнообразные художественные и полиграфические краски без применения подобных пигментов. Их так же добавляют при окрашивании полимеров, производстве составов для облицовочных работ в строительной индустрии. Материалы древесно-стружечного производства, так же выпускают с добавлением железноокислых пигментов.

В качестве примера необходимо назвать основные красители железноокислого ряда:

Сурик железный

Состоит из окисла железа, с примесью силикатного алюминия и кварцев. Этот пигмент имеет темно-красную окраску. Получают его путем размалывания до мелкодисперсных фракций породы, которая называется красным железняком. Возможно получение путем прокаливания гидрогематита, бурого железняка или болотной руды, которая обогащена железом.

Мумия

Вещество, имеющее красно-коричневую окраску. Также железный окисел, в котором небольшое количество алюмосиликатов. Получение производится путем обжигания болотной руды, бокситов с высоким содержанием железа и гидрогематитов.

Охра

Пприродный краситель, окраска которого колеблется от светло-желтых до темно-желтых тонов. По химическому составу охра не что иное, как каолин, который является природным алюмосиликатом. Благодаря содержанию гидратированного оксида железа, минерал приобретает подобный цвет. Светлые оттенки охры содержат до 20 % окисла железа, темные – до 80%. На оттенок красителя в значительной степени влияет размер частиц и количество примесей. В частности, окраска обусловлена присутствием окислов кальция магния. В процессе обработки при повышенных температурах (до 7 тысяч градусов) наблюдается процесс дегидратации и изменения кристаллической решетки каолина. В результате краситель приобретает красный цвет.

Умбра

Красящее вещество коричневого цвета, состав которого очень похож на охру. Коричневый окрас обусловлен тем, что в составе вещества присутствует оксид магния, процентное содержание которого может достигать 15%. Данный пигмент чаще всего используют при производстве красок, как художественного назначения, так и для полиграфической промышленности.

Железная слюдка

Пигмент, обладающий блеском серого цвета с зеркально-слюдяным эффектом. В основном пигмент применяют в производстве антикоррозионных покрытий. Найти такой пигмент можно в большом количестве при обогащении железной руды в побочных продуктах. Состав пигмента - более 90 % оксида железа, состоящего из мелких пластинок, толщина которых не более пяти микрон, а длина около 60. Пластины способны образовать перекрытия черепичного типа, что обуславливает процесс армирования пленки. В результате образуется покрытие, способное отражать различные потоки и задерживать воду и газы. Если произвести более мелкий помол красящего вещества, то железная слюдка постепенно может превратиться в другой пигмент, который называется красным суриком.

Желтые железооксидные пигменты

Основу химической формулы желтых железооксидных пигментов составляет гидратный оксид железа.

В природе существует много модификаций гидратного железа, отличающихся по нескольким признакам, а именно:

• по составу или присутствию в оксиде гидратной группы (воды);
• по форме кристаллической решетки;
• по агрегатному состоянию молекул.

Таблица 2. Cвойства желтого железооксидного пигмента.

Свойства	Показатели
Укрывистость, г/м2	10-12
Маслоемкость, г/100г	40-60
Удельная поверхность, м2/г	11,2
Насыпной вес, г/л	420-550
Средняя величина частиц, мкм	0,2-0,6

Химическая реакция взаимодействия соли оксида железа со щелочными компонентами происходит с образованием неструктурированного осадка грязно-желтого цвета. Иногда в нем присутствует красный оттенок.

Высыхание образовавшегося осадка сопровождается переходом вещества в гелеобразную форму. Содержание воды в таком геле колеблется в зависимости от окружающих условий.

Гидраты оксида железа, обладающие периодической кристаллической решеткой, имеют возможность захватывать и удерживать в своем составе некоторое количество молекул воды. Эта способность позволяет менять свойства гидратов.

При различных условиях окисления гидратов оксида железа можно варьировать оттенок конечного продукта. Например, желтый железооксидный пигмент можно получить после окисления металлического железа. Оттенок пигмента – очень яркий, глубокий и чистый желтый цвет.

Вещество может применяться для всех видов покрасочных работ. Оно обладает повышенной атмосферо- и светоустойчивостью, что позволяет использовать пигмент при внешней и фасадной отделке.

При производстве красок для художественных целей используется пигмент, полученный другим способом. Соли оксида железа вступают в химическую реакцию с мелом или содой. Далее полученное вещество окисляется кислородом или с применением бертолетовой соли.

Так получаются желтые краски для художества, известные под названием «желтые марсы». Также полученный таким образом пигмент используется для изготовления клеевых закрасок.

Желтые железооксидные пигменты могут быть использованы для производства самых разных типов красок или эмалей.

Вот некоторые из них:

• масляные;
• клеевые;
• нитролаковые;
• художественные;
• фасадные и прочие.

Кроме указанных способов использования, железооксидный краситель желтого цвета нашел свое применение в производстве резины. Иногда гидраты оксида железа могут быть использованы для изготовления красного железооксидного пигмента.

Наиболее применяемый метод производства железнооксидных красящих веществ – химическая реакция, в результате которой из солей окисла железа образуется осадок с красящим пигментом.