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    中国珠光材料行业技术水平及发展趋势分析

    发表时间:2015-1-14 13:15:35  阅读次数:

          导读:中国珠光材料行业技术水平及发展趋势分析,珠光材料的另一关键技术是水解包膜工艺,即利用水将氧化物分解形成新的容易包覆到基材的物质,并覆盖到基材粒子的过程。该工序要求金属氧化物在基材表面包覆致密,确保包膜率,不产生游离氧化物,使得所有的化学物精准包膜。

           1、行业技术水平

          云母珠光材料是以云母粉为基材,其表面包覆一层或多层高折射率的金属氧化物透明薄膜制成。在整个生产工艺中关键技术主要体现在云母加工和水解包膜两个环节。

          (1)云母加工工艺及技术水平

          云母加工主要是将云母片加工成云母粉。目前全球珠光材料厂商所采用的加工方法主要有两种:一种是煅烧云母轮碾,另一种是非煅烧云母轮碾。煅烧后的云母易于后续研磨加工,但由于天然云母含各种金属成分包括铁等,经过煅烧后浅色二价铁氧化成深红色三价铁,会影响云母的品质和色相。非煅烧云母可以避免二价铁的氧化,因此用非煅烧云母加工的珠光材料更加白亮,但非煅烧云母的研磨非常困难,目前全球只有巴斯夫和坤彩科技等少数厂商能生产。

          (2)水解包膜工艺技术水平

          珠光材料的另一关键技术是水解包膜工艺,即利用水将氧化物分解形成新的容易包覆到基材的物质,并覆盖到基材粒子的过程。该工序要求金属氧化物在基材表面包覆致密,确保包膜率,不产生游离氧化物,使得所有的化学物精准包膜。

          珠光材料包膜工艺目前绝大部分都采用湿化学法进行包膜,少量采用CVD 和PVD 方法;相对而言,湿化学法简单易行,成本低,对设备要求低,适合批量生产;而CVD 或PVD 法需要专门的设备,尽管在某些特殊要求下,能达到湿化学法无法达到的包膜效果,但一般的工业化生产没有明显优势,因此国际上,目前绝大部分都采用湿化学法进行包膜。

          采用湿化学法进行包膜的过程非常复杂,最关键是包膜的稳定性、杂质污染物控制和包裹的高效性。包膜的稳定性直接决定了包覆产品的色相和整体产品的品质,在生产过程中杂质污染物的去除也直接影响产品的品质。目前在采用湿化学法进行包膜过程中行业内普遍使用液碱作为中和液,但因为碱能中和钛离子水解时吐出的酸,同时也会中和未被包膜的多余钛盐而形成偏钛酸,使其聚成了游离的纳米二氧化钛,一方面浪费了用于包膜的钛盐材料并降低了包膜的效率,另一方面在此过程中形成的游离纳米二氧化钛在后期加工过程中难以被去除,从而会影响产品品质。而坤彩科技采用自主研发的使用碳酸盐为中和液的一种无纳米珠光材料包膜技术,由于固体碳酸盐只会中和钛离子水解时吐出的酸,而不会与钛盐发生反应,因此该技术既节约了成本(能节省约10%钛的使用量,且作为中和液的碳酸盐成本也只有液碱的一半),并使得包膜时间减少一半,大幅提升了包膜效率,同时由于不会产生游离纳米二氧化钛,大幅提升了产品品质的稳定性,解决了行业常见的包膜效果不佳、品质不好、色度不高不纯正的包膜难题,且对污水的回收处理也起到了关键性作用。

          2、行业技术发展趋势

          (1)新型珠光材料基材的研究

          随着非金属技术的进步,近年来珠光材料厂商研究开发合成云母、以片状氧化铝、片状二氧化硅、片状玻璃为代表的新型珠光材料基材。通过选择不含铁、不含重金属等杂质材料的原材料可以生产出合成基材,这些基材许多性能都优于天然云母,如容易加工、原材料比较容易获得、基材组分可控、用于加工珠光材料可以获得更高纯度、亮度的产品。

          (2)金属氧化物等包覆材料的研究

          随着人们对物品外观质量要求的不断提高,云母钛珠光材料的应用领域日益扩展,对珠光材料的色谱范围提出更高的要求。因此拓宽着色型珠光材料的色谱范围是今后的一个研究重点。国家材料行业《新材料产业“十二五”发展规划》要求:“重点发展特种金属功能材料、高端金属结构材料、先进高分子材料、新型无机非金属材料、高性能复合材料以及前沿新材料等;加快新材料产业技术创新,大力发展高技术含量、高附加值的精深加工产品,不断壮大新材料产业规模。”通过改变包膜的厚度可以改变珠光的颜色,通过改变包膜的组分也可以丰富的反射光的色彩。目前常用的金属氧化物是二氧化钛(TiO2)、三氧化二铁(Fe2O3),随着技术的进一步发展,珠光材料生产中逐渐使用钛酸亚铁(FeTiO3)等。随着研究的深入,未来金属氧化物包膜将有较大的发展空间。

          (3)珠光材料产品性能的改善

          随着人们对物品外观质量要求的不断提高,云母钛珠光材料应用领域日益扩展,人们也对其性能提出了更高要求,由于其遮盖力、透明性、稳定性及耐光性等都有不尽人意之处,在应用上受到了一定限制。因此,改善其性能是目前珠光材料研究的主要课题。包括:

          ①珠光材料表面改性

          目前对珠光材料表面改性所做的工作还很少,相关研究将是未来发展趋势,主要有:A、主要使用的表面处理剂如氧化硅、氧化铝等性能及其对颜料的影响进行更深入的研究;B、珠光光泽的改善;C、多覆层着色类云母珠光材料因其结构改善具有比单覆层颜料更优越的性能,能满足某些特殊场合的使用。

          ②珠光材料分散性的改善

          珠光材料可作为网印油墨、涂料等的着色剂而使用的材料,一般不溶于水、油或溶剂,应用过程中以微细颗粒状态分散于介质(基料)中。为了充分发挥珠光材料的遮盖力等性能,颜料除必须有一定细度外,还必须能与基料很好的混溶。

          由于珠光材料表面包覆的TiO2,具有强极性,在有机物中易凝聚成团并沉降,其分散性和分散稳定性都很差,直接影响了珠光材料本身优异性能的发挥和进一步的推广应用,因此必须通过对其进行表面处理以改善其分散性。

          4)CVD 和PVD 法包膜技术工艺应用

          目前珠光材料包覆工艺主要采用湿化学法进行包膜,金属氧化物是在液态情况下完成包膜。化学气相沉积(CVD)是两种或两种以上的气态原材料导入到一个反应室内,相互之间发生化学反应,形成一种新的材料,沉积到基材表面上。

          物理气相沉积(PVD)是在真空条件下,采用物理方法,将材料表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子,并通过低压气体(或等离子体),在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜。CVD 或PVD 都属于气相沉积法,是将包覆物在气态状态下进行包膜,因此包膜紧密度更高、更均匀、包膜效果更佳,且可实现常规湿化学法无法实现的包覆。未来随着CVD 或PVD 设备的发展及技术进一步的提升,将会有越来越多珠光材料采取气相沉积法进行包膜。

          (5)与客户紧密合作,共同开发新的应用将成为发展趋势

          珠光材料行业特点是应用领域多,具体的应用条件千差万别,产品品种多,与下游行业应用紧密相连。目前珠光材料生产企业提供的大部分产品通用性较强,为客户量身定制的属性仍不明显。未来随着行业应用的深入,与客户的沟通、技术交流、向客户提供及时的技术服务至关重要,与客户紧密合作,共同开发新的应用将成为发展趋势。


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