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    中國珠光材料行業技術水平及發展趨勢分析

    發表時間:2015-1-14 13:15:35  閱讀次數:

          導讀:中國珠光材料行業技術水平及發展趨勢分析,珠光材料的另一關鍵技術是水解包膜工藝,即利用水將氧化物分解形成新的容易包覆到基材的物質,并覆蓋到基材粒子的過程。該工序要求金屬氧化物在基材表面包覆致密,確保包膜率,不產生游離氧化物,使得所有的化學物精準包膜。

           1、行業技術水平

          云母珠光材料是以云母粉為基材,其表面包覆一層或多層高折射率的金屬氧化物透明薄膜制成。在整個生產工藝中關鍵技術主要體現在云母加工和水解包膜兩個環節。

          (1)云母加工工藝及技術水平

          云母加工主要是將云母片加工成云母粉。目前全球珠光材料廠商所采用的加工方法主要有兩種:一種是煅燒云母輪碾,另一種是非煅燒云母輪碾。煅燒后的云母易于后續研磨加工,但由于天然云母含各種金屬成分包括鐵等,經過煅燒后淺色二價鐵氧化成深紅色三價鐵,會影響云母的品質和色相。非煅燒云母可以避免二價鐵的氧化,因此用非煅燒云母加工的珠光材料更加白亮,但非煅燒云母的研磨非常困難,目前全球只有巴斯夫和坤彩科技等少數廠商能生產。

          (2)水解包膜工藝技術水平

          珠光材料的另一關鍵技術是水解包膜工藝,即利用水將氧化物分解形成新的容易包覆到基材的物質,并覆蓋到基材粒子的過程。該工序要求金屬氧化物在基材表面包覆致密,確保包膜率,不產生游離氧化物,使得所有的化學物精準包膜。

          珠光材料包膜工藝目前絕大部分都采用濕化學法進行包膜,少量采用CVD 和PVD 方法;相對而言,濕化學法簡單易行,成本低,對設備要求低,適合批量生產;而CVD 或PVD 法需要專門的設備,盡管在某些特殊要求下,能達到濕化學法無法達到的包膜效果,但一般的工業化生產沒有明顯優勢,因此國際上,目前絕大部分都采用濕化學法進行包膜。

          采用濕化學法進行包膜的過程非常復雜,最關鍵是包膜的穩定性、雜質污染物控制和包裹的高效性。包膜的穩定性直接決定了包覆產品的色相和整體產品的品質,在生產過程中雜質污染物的去除也直接影響產品的品質。目前在采用濕化學法進行包膜過程中行業內普遍使用液堿作為中和液,但因為堿能中和鈦離子水解時吐出的酸,同時也會中和未被包膜的多余鈦鹽而形成偏鈦酸,使其聚成了游離的納米二氧化鈦,一方面浪費了用于包膜的鈦鹽材料并降低了包膜的效率,另一方面在此過程中形成的游離納米二氧化鈦在后期加工過程中難以被去除,從而會影響產品品質。而坤彩科技采用自主研發的使用碳酸鹽為中和液的一種無納米珠光材料包膜技術,由于固體碳酸鹽只會中和鈦離子水解時吐出的酸,而不會與鈦鹽發生反應,因此該技術既節約了成本(能節省約10%鈦的使用量,且作為中和液的碳酸鹽成本也只有液堿的一半),并使得包膜時間減少一半,大幅提升了包膜效率,同時由于不會產生游離納米二氧化鈦,大幅提升了產品品質的穩定性,解決了行業常見的包膜效果不佳、品質不好、色度不高不純正的包膜難題,且對污水的回收處理也起到了關鍵性作用。

          2、行業技術發展趨勢

          (1)新型珠光材料基材的研究

          隨著非金屬技術的進步,近年來珠光材料廠商研究開發合成云母、以片狀氧化鋁、片狀二氧化硅、片狀玻璃為代表的新型珠光材料基材。通過選擇不含鐵、不含重金屬等雜質材料的原材料可以生產出合成基材,這些基材許多性能都優于天然云母,如容易加工、原材料比較容易獲得、基材組分可控、用于加工珠光材料可以獲得更高純度、亮度的產品。

          (2)金屬氧化物等包覆材料的研究

          隨著人們對物品外觀質量要求的不斷提高,云母鈦珠光材料的應用領域日益擴展,對珠光材料的色譜范圍提出更高的要求。因此拓寬著色型珠光材料的色譜范圍是今后的一個研究重點。國家材料行業《新材料產業“十二五”發展規劃》要求:“重點發展特種金屬功能材料、高端金屬結構材料、先進高分子材料、新型無機非金屬材料、高性能復合材料以及前沿新材料等;加快新材料產業技術創新,大力發展高技術含量、高附加值的精深加工產品,不斷壯大新材料產業規模?!蓖ㄟ^改變包膜的厚度可以改變珠光的顏色,通過改變包膜的組分也可以豐富的反射光的色彩。目前常用的金屬氧化物是二氧化鈦(TiO2)、三氧化二鐵(Fe2O3),隨著技術的進一步發展,珠光材料生產中逐漸使用鈦酸亞鐵(FeTiO3)等。隨著研究的深入,未來金屬氧化物包膜將有較大的發展空間。

          (3)珠光材料產品性能的改善

          隨著人們對物品外觀質量要求的不斷提高,云母鈦珠光材料應用領域日益擴展,人們也對其性能提出了更高要求,由于其遮蓋力、透明性、穩定性及耐光性等都有不盡人意之處,在應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課題。包括:

          ①珠光材料表面改性

          目前對珠光材料表面改性所做的工作還很少,相關研究將是未來發展趨勢,主要有:A、主要使用的表面處理劑如氧化硅、氧化鋁等性能及其對顏料的影響進行更深入的研究;B、珠光光澤的改善;C、多覆層著色類云母珠光材料因其結構改善具有比單覆層顏料更優越的性能,能滿足某些特殊場合的使用。

          ②珠光材料分散性的改善

          珠光材料可作為網印油墨、涂料等的著色劑而使用的材料,一般不溶于水、油或溶劑,應用過程中以微細顆粒狀態分散于介質(基料)中。為了充分發揮珠光材料的遮蓋力等性能,顏料除必須有一定細度外,還必須能與基料很好的混溶。

          由于珠光材料表面包覆的TiO2,具有強極性,在有機物中易凝聚成團并沉降,其分散性和分散穩定性都很差,直接影響了珠光材料本身優異性能的發揮和進一步的推廣應用,因此必須通過對其進行表面處理以改善其分散性。

          4)CVD 和PVD 法包膜技術工藝應用

          目前珠光材料包覆工藝主要采用濕化學法進行包膜,金屬氧化物是在液態情況下完成包膜?;瘜W氣相沉積(CVD)是兩種或兩種以上的氣態原材料導入到一個反應室內,相互之間發生化學反應,形成一種新的材料,沉積到基材表面上。

          物理氣相沉積(PVD)是在真空條件下,采用物理方法,將材料表面氣化成氣態原子、分子或部分電離成離子,并通過低壓氣體(或等離子體),在基體表面沉積具有某種特殊功能的薄膜。CVD 或PVD 都屬于氣相沉積法,是將包覆物在氣態狀態下進行包膜,因此包膜緊密度更高、更均勻、包膜效果更佳,且可實現常規濕化學法無法實現的包覆。未來隨著CVD 或PVD 設備的發展及技術進一步的提升,將會有越來越多珠光材料采取氣相沉積法進行包膜。

          (5)與客戶緊密合作,共同開發新的應用將成為發展趨勢

          珠光材料行業特點是應用領域多,具體的應用條件千差萬別,產品品種多,與下游行業應用緊密相連。目前珠光材料生產企業提供的大部分產品通用性較強,為客戶量身定制的屬性仍不明顯。未來隨著行業應用的深入,與客戶的溝通、技術交流、向客戶提供及時的技術服務至關重要,與客戶緊密合作,共同開發新的應用將成為發展趨勢。


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