云母钛珠光颜料的生产质量影响因素及其应用

梁立德

（广西七色珠光材料股份有限公司，广西柳州 545600）

0 引言

大约在20世纪的70年代，杜邦化学公司的化学研究人员发现了天然白云母薄片表面在光线照射下呈现出珍珠般的光泽，研究表明是因为光线在云母层状结构多个界面间发生了透射、折射和反射产生的效应，这种效应也叫珠光效应。因为层与层间的折射率不一致，且折射率越高珠光效应越明显。云母钛珠光颜料的生产制备就是源自于这种研究发现，将云母片作为颜料的基材包裹在里面，在基材表面以化学反应方法沉积出二氧化钛薄层，由此工艺制备的珠光颜料，在光线照射于颜料表面时，能呈现出色彩斑斓的效果，产生鲜艳、亮丽的美感。云母钛珠光颜料具有折射率高、遮盖力强、化学稳定性高、耐高温、耐酸碱、无毒无害、色彩丰富亮丽等优点，迎合人们对更高层次的色彩和审美的追求。因此，在建筑装饰涂料、汽车涂料、皮革、工业产品涂料、塑料、油墨、陶瓷、化妆品等行业得以非常广泛的应用。

1 云母钛珠光颜料制备的化学原理分析

液相沉积法为例，生产云母钛珠光颜料工艺中，通常以四氯化钛（TiCl4）为水解沉淀剂，用化学反应式表示主要有如下反应过程：

四氯化钛与中和剂并流水解沉积是目前珠光颜料生产最普遍和常用方法。把一定粒径大小规格的云母鳞片与去离子水按既定配比制成悬浮液，并将悬浮液置于具有特制的耐酸碱腐蚀的反应釜中。在水解反应过程中需要精确把控悬浮液的pH、温度、TiCl4溶液加入速率、搅拌速率等参数在合理的范围内。只有严格控制好以上这些参数，TiCl4才能受控地沉积在云母表面上。由上述的化学反应式可知TiCl4的水解会产生盐酸，随着水解反应的不断进行，生成的盐酸会使悬浮液的pH发生非常明显的变化，因此需要采用中和剂如氢氧化钠（NaOH）进行酸碱中和来控制反应釜中稳定的pH环境。水解反应釜内在这些特定的反应条件下能够产生纳米级H2TiO3粒子，这些粒子沉积于悬浮液当中的基材上，沉积的粒子越来越多时珠光颜料颜色发生变化，珠光颜料从银白色逐渐过渡到金、红、紫、蓝、绿等干涉色。

2 光学原理

珠光颜料是能够产生珍珠光泽（珠光效应）的颜料，其光学原理是在基材上沉积包裹一层或交替多层如TiO2的多种金属或者非金属氧化物，组成了类似“三明治”的夹心体结构。在这样的夹心体结构中，表面所沉积的各种氧化物沉积层之间存在光学折射率的差异，入射光照射在表层以及透射到里面的每一层不同氧化物沉积层界面处都能产生光的反射与折射，由多重反射与折射光的叠加又会发生光的干涉现象，这就是能让人们肉眼看到色彩斑斓的美妙效果。对于云母钛珠光颜料来说，云母片基材上沉积的层状结构依据二氧化钛沉积层厚度不同，颜色变化会有银白、橙色、金色、红色、蓝色、紫色、绿色多种颜色，这些颜色产生同样也是光的干涉现象，统称为干涉色。

3 云母钛珠光颜料生产工艺流程

3.1 基材云母粉制备

云母的天然形成条件有多种，主要成分是二氧化硅（49%左右）。云母结晶结构中的硅原子和氧原子结合比较紧密，而其他元素原子如钾原子、铝原子与氧原子的结合较弱，因此云母具有易于层状解理的特性。经过加工容易分剥成平坦、具有弹性、光滑而薄的薄片。天然云母种类很多，能用于珠光颜料工业生产的主要是白云母和金云母。白云母与金云母致色铁、锰离子等杂质含量较低颜色较为纯属净。云母钛珠光颜料云母粉基材的制备主要流程有云母煅烧、除杂、水力冲击破碎、湿法碾磨、精密分级等。

3.2 珠光颜料生产流程

经过对云母粉的分级之后，选择相应规格粒径的云母粉投入反应釜，加入纯水，经加热、搅拌制成云母悬浮液。悬浮液一般控制在70～80℃的温度，在反应釜中精确把控悬浮液的pH、温度、TiCl4溶液加入速率、搅拌速率等参数在合理的范围内，之后重点对颜料颜色监控，颜色接近参比样这时需要进行取样进行抽滤、洗涤、干燥和高温煅烧，煅烧后的颜色和目标颜色相同或接近，即认为水解反应达到终点。水解反应釜内的悬浮液经过抽滤、洗涤、干燥和煅烧即可得到珠光颜料，生产流程工艺如图1所示。该工艺无三废污染、对设备要求不高，可规模化生产。

图1 珠光颜料生产流程

4 云母钛珠光颜料质量影响因素分析

4.1 基材的选择

云母基材本身的白度和亮度越好，包覆生产的云母钛珠光的亮度也会更好。影响云母矿色泽度的主要原因是云母矿含有的铁等致色金属氧化物。要生产高亮度的云母钛珠光材料，就要选择原始色泽度高、透明度高、杂质含量少的白云母。另外云母的碾磨分级工艺也是影响珠光亮度的重要因素，生产珠光材料的云母薄片必需采用湿法碾磨，采用特殊的碾磨设备。以使碾磨得到的云母薄片表面光洁，尽量减少表面划痕和损伤。云母薄片的径厚比是影响珠光材料的另一重要因素。通常作为珠光原料的云母片的径厚比要达到1:（50～100）。碾磨后云母粒径的分级工艺和技术决定了云母基材的粒径分布。一般来说，云母基材粒径分布越窄，所得的珠光材料的亮度和色纯度越好，但是要照顾珠光材料的遮盖力等因素，并不是粒径分布越窄越好。对于10～60μm粒径范围的产品，粒径径距在1.4～1.5为佳。

4.2 沉积剂的选择

对于云母钛珠光的液相沉积加碱中和水解包覆工艺，已经确定四氯化钛为主流的沉积剂。相对硫酸氧钛而言，四氯化钛作为沉积剂更为经济和环保，并且珠光的质量较为稳定。而硫酸氧钛由于难免有铁、锰、铬、钒等杂质，目前没有经济可靠的除杂手段及环保等原因，逐渐退出主流工艺。沉积剂的杂质成分的含量是影响云母钛珠光材料亮度的重要原因，尤其是铁、镍、铬等可致色的金属离子，会在水解中与二氧化钛形成有色的共同包覆膜，从面影响珠光的亮度。在选择四氯化钛时要严格控制其中的杂质含量。

4.3 水解工艺参数的选择

对于液相沉积加碱中和水解工艺，工艺参数和选择至关重要。尤其是反应体系的温度、酸度、搅拌强度，钛液浓度影响最大。要获得高亮度的云母钛珠光材料，水解工序要在一个相对稳定的温度、pH及恰当的搅拌强度下进行，才能获得光滑致密的包膜。

4.4 包覆工艺技术和包覆层次的选择

对于相同的基材，同等质量沉积剂，相同的工艺设备，如果包覆工艺技术掌握不当，往往会得到两种质量截然不同的珠光产品，亮度和色纯度会相差甚远。目前主流的普通的工业级银白珠光效应材料均只采取单层（锐钛型）或两层（金红石型）的包覆工艺。从理论上说，增加珠光材料的包覆层次可以增加光线在不同层次的界面上发生反射和透射的次数，从而增加珠光材料的亮度。

5 云母钛珠光颜料的应用

云母钛珠光颜料在涂料工业领域广泛应用。经过后处理的珠光颜料添加在涂料中容易分散而不会沉底，无论是水性涂料还是溶剂型涂料。添加珠光颜料的涂料具备很好的光稳定性和耐候性的同时，使涂料增加了珠光效应，非常合适用于建材涂料、保护性涂料和建筑装饰。涂料添加珠光颜料能增强涂膜附着力与机械强度，起到防脱落、防开裂作用，并让这些涂料呈现出多彩、仿真、云彩的装饰效果，被誉为无纸笔画。珠光颜料在汽车工业中应用发展快速。珠光颜料一般可以添加到各类型树脂中从而获得闪光漆，性能和耐候性极佳，能耐受长期的酸雨腐蚀、阳光暴晒等环境。珠光颜料在保有原本金属般光泽同时还能增加色彩饱和度和层次感，是汽车行业极为重要装饰颜料。在塑料的应用中，云母钛珠光颜料化学性质稳定非常安全，不会与树脂以及残留物如游离酸碱、活泼基团、塑料助剂发生化学反应，同时还能让塑料减缓褪色、灰化，提高塑料耐光、耐热性能及延长使用寿命，添加金属光泽属性。另外，珠光颜料在陶瓷、油墨、化妆品等行业也有相当的应用范围。

6 结语

综上所述，珠光颜料广泛应用于建筑装饰涂料、汽车涂料、皮革、工业产品涂料、塑料、油墨、陶瓷、化妆品等领域，不断丰富着人们生活的色彩。如何提高珠光颜料的生产质量是行业研究的重要方向。本文认为云母钛珠光颜料生产流程从原材料到最后的成品，在很多环节当中质量影响最为明显的是基材的选择、沉积剂的选择、水解工艺参数控制、包覆工艺技术和包覆层次这些工序，如果控制好这些工序环节，就一定可以生产出高质量品质的珠光颜料。