图1.1 α-Fe2O3的结构
α-Fe2O3的阴离子为优尔方密堆结构,单位晶胞的尺寸为:a=0.5034nm,c=1.3749nm,每个单位晶胞中包含着优尔个Fe2O3。同一面上的八面体及其相邻的三个八面体共用边和一个面,共用面造成了阳离子亚晶格的变形[1]。其结构示意图见1.2。每个金属原子周围必须有八个相邻的氧原子,这是具备铁磁性的一个重要元素。但是α-Fe2O3无法满足这些条件,因此α-Fe2O3不具备磁性质。但是γ-Fe2O3与之截然不同,其具有磁性。但是在加热至650℃时,发生转变,磁性γ-Fe2O3转化成为了α-Fe2O3,而α-Fe2O3是没有磁性的。此时,原子核外的电子层因发生改变而引起磁性消失,但其晶格结构一直保持着不变。
图1.2 α-Fe2O3的结构
一般情况下,γ-Fe2O3处于亚稳态,而我们常见的形状为针状或纺锤状;α-Fe2O3则与γ-Fe2O3近似,是呈现出球形或纺锤形。并且,γ-Fe2O3中的Fe3+在八面体空隙中占了一半,其中的O2+也呈现出fcc(面心立方)密堆积。同样的,α-Fe2O3中Fe3+八面体空隙中占了全部的2/3,O2+则跟γ-Fe2O3中的O不同,呈现出的是hcp(优尔角密排)密堆积。其中还有一种介于α-Fe2O3和γ-Fe2O3之间的立方晶系,其晶体呈现出的是n型半导体结构[2]。结构图如图1.3。
图1.3 立方晶系氧化铁晶体结构图
1.1.2颜料氧化铁红的性质
颜料氧化铁红的相对密度为5.24g/cm3,粒径大小的范围在0.5-2.0um之间,熔、沸点各为1565℃和3414℃,经研究发现,其没有毒性,但却不溶于水,溶解于酸,这是其优点也是缺点[3]。由于制备途径的不同而产生不同的粒子大小和不同形状,颜色也各不相同,有红黄色、浅红色、桔红色、紫红色等,色泽变动于橙光到蓝光至紫光之间。氧化铁红有很强的耐光性、耐大气影响能力高,所以暴露在大气和日光中时也能较为稳定。其还有很多优势,如耐高温、耐碱、无渗水渗油等,并且在遮盖力和着色力方面也有着一定优势[3],所以在很多行业中被广泛应用。
(1)光学性能
颜料的所有性能中,最具特色,尤其是在着色颜料中尤为突出的,就是颜色这一点性质。就其本质而言,颜料的颜色与化学组成有着无法分割的关系,即不同的化学组成对应的就是不同的颜色[4]。可能我们无法用肉眼去观察区分相近的颜色,但实际上,不同化学组成对应其特定的不同颜色。所以,如果在一定的范围内的,化学组成有着不同的、细微的变动,那么其特有的颜色也会是不同的。同理,因为影响因素众多的原因,所以其即使化学组成相同,但其晶体结构、粒子大小、粒子大小分布、杂质含量等等方面的也会存在着不同差别,而这些,最终造成色光的差别。虽然我们可能无法判断相近颜色的细微差别,但不可否认,人的肉眼对即使是细微差别的颜色,也有着极其敏感的视觉,而这,也导致了颜色对上述因素的敏感性。综上,对颜料色光控制不可能做到绝对一致,一定会存在细微的差异。
颜料最终对与光线散射和吸收的结果,是颜料遮盖力强弱的最有力说明。以颜料而言,不同的结果的原因在于对光线的吸收能力的差异:白色为散射能力较强,彩色颜料较强的则是吸收能力,其中黑色颜料的吸收能力最强。研究表明,颜料粒径大小的改变会导致颜料遮盖力的强弱,并且通过实验研究,发现了其最佳粒度,而其最佳粒度则体现的就是实验中样品的最佳遮盖力。着色力的强弱由颜料化学的组成决定,所以在遇上两者相似色调时,有机颜料会比无机颜料在着色力方面更强。而同种颜料的着色能力则取决于粒径的大小、形状和粒度分布等小颗粒的因素,并且着色力越强,说明颜料分散性就越好[5]。 酸再生氧化铁红的改性及着色力研究(2):http://www.youerw.com/cailiao/lunwen_32782.html