白色顏料的成分、特性與應(yīng)用
探索常見(jiàn)白色顏料的成分、特性和作用,從化學(xué)成分到原材料來(lái)源,揭示其獨(dú)特性質(zhì)與廣泛應(yīng)用于涂料和顏料等領(lǐng)域,助力美術(shù)、工業(yè)和創(chuàng)作。
硅酸鋁
化學(xué)式:Al2Si2H4O9
顏色索引號(hào):顏料白19 (77005)
硅酸鋁通常被稱為粘土或高嶺石,可用作涂料的填料以及群青藍(lán)和群青紫顏料的制造原料。
氧化銻(III)
化學(xué)式:Sb2O3
顏色索引號(hào):顏料白11 (77052)
這種白色顏料很少用于藝術(shù)家的顏料中,因?yàn)樗哂卸拘院湍p性。在其他類型的涂料中,它有時(shí)被用作阻燃劑。
硫酸鋇
化學(xué)式:BaSO4
CAS號(hào):7727-43-7
顏色索引號(hào):顏料白21 (77120)
硫酸鋇在自然界中以礦物重晶石的形式存在,其密度范圍為4.3-4.6g/cm3,由于莫氏硬度較低,與其他無(wú)機(jī)顏料相比,它的磨蝕性不強(qiáng)。硫酸鋇實(shí)際上對(duì)酸、堿和有機(jī)溶劑都是惰性的,它的耐光性和耐候性都非常出色,它不易絮凝和形成聚集體,因此易于分散。
由于其1.64的低折射率,硫酸鋇不被認(rèn)為是白色顏料,它在涂料中的主要應(yīng)用是作為填料和色淀顏料的礦物基料,硫酸鋇的不透明性較低,這也是它優(yōu)點(diǎn)的一方面,它的透明度足以讓光線穿過(guò)硫酸鋇薄膜,另一方面,一定量的光線會(huì)發(fā)生散射。這種綜合效應(yīng)的結(jié)果就是漫散射光。
市面上有兩種硫酸鋇。一種是磨細(xì)的天然礦物重晶石,另一種是沉淀的合成硫酸鋇,即所謂的 "定影鋇"。合成型硫酸鋇通常較為昂貴,因此天然礦物更為常用。硫酸鋇可改善有機(jī)顏料的流動(dòng)性,并有助于在涂料生產(chǎn)過(guò)程中分散顏料。
健康與安全
硫酸鋇被認(rèn)為沒(méi)有毒性,因此在許多國(guó)家都允許使用,包括美國(guó)和大多數(shù)歐洲國(guó)家。
硫酸鋇是立德粉(Lithopone)、顏料白5的成分之一。
碳酸鈣
化學(xué)式:CaCO3
CAS編號(hào):1317-65-3
顏色索引號(hào):顏料白18 (77220)
除硅酸鹽外,碳酸鈣是地球上最常見(jiàn)的礦物,涂料中常用的碳酸鈣有多種類型:
方解石是無(wú)色、透明、半透明或不透明的致密晶體,具有完美的斜方晶裂,有些品種在紫外線下會(huì)發(fā)出熒光。
白堊是一種非常純凈的石灰?guī)r,形成于白堊紀(jì)時(shí)期,由細(xì)小的方解石晶體組成,主要由微小浮游生物的貝殼和骨骼化石殘骸構(gòu)成。地球上的許多礦床都是商業(yè)開采的。
石灰?guī)r是由海洋生物的鈣質(zhì)骨骼堆積而成的致密白堊。
大理石是由火成巖侵入體周圍的石灰?guī)r變質(zhì)作用產(chǎn)生的。大理石本質(zhì)上是方解石,但可能含有或多或少的白云石(硫酸鎂)和其他礦物,它是一種粗糙致密的礦物。
碳酸鈣是半硬的,不太耐磨,莫氏硬度為2至3,密度在2.6至2.8g/cm3之間,碳酸鈣可溶于弱酸,不溶于堿,其性能經(jīng)常在處理后進(jìn)行調(diào)整,以提高其在不同涂料粘合劑中的分散性。
碳酸鈣由于其1.58的低折射率而不被認(rèn)為是白色顏料,它在涂料中的主要應(yīng)用是作為填料,通過(guò)取代更昂貴的顏料來(lái)降低涂料的成本。與硫酸鋇類似,它改善了顏料的流動(dòng)性,尤其是有機(jī)顏料,并在生產(chǎn)過(guò)程中改善了顏料在涂料載體中的分散性。
鉛白(堿式碳酸鉛)
化學(xué)式:Pb(OH)2·2PBCO3
CAS編號(hào):1319-46-6
顏色索引號(hào):顏料白1
鉛白通常是指堿式碳酸鉛,是古老的顏料之一,被廣泛用于繪畫、涂料和裝飾工藝中。然而,由于鉛白含有有毒的鉛元素,長(zhǎng)期接觸白鉛顏料可能會(huì)對(duì)健康造成危害,因此在現(xiàn)代很少使用。
由于鉛白的毒性,許多國(guó)家和地區(qū)已經(jīng)禁止或限制其在商業(yè)產(chǎn)品中的使用,取而代之的是更安全的白色顏料,如鈦白粉(二氧化鈦)等。
立德粉
化學(xué)式:ZnS/BaSO4
CAS號(hào):1345-05-7
顏色索引號(hào):顏料白5(77220)
立德粉是通過(guò)硫化鋅和硫酸鋇混合物的共沉淀和隨后的煅燒生產(chǎn)的,兩種成分之間的比例不同; 例如,一種由60%的硫化鋅和40%的硫酸鋇的比例組成。
健康和安全
在美國(guó)和大多數(shù)歐洲國(guó)家,硫化鋅和硫酸鋇不被認(rèn)為是有毒的,可溶性鋅大量存在是有毒的,但人體新陳代謝需要少量。 由于溶解度低,立德粉被認(rèn)為對(duì)人體無(wú)毒。 研究表明,盡管在處理精細(xì)研磨的顏料時(shí)暴露在灰塵中,但制造這種顏料對(duì)人類健康沒(méi)有急性或慢性毒性。
碳酸鎂
同義詞:氧化鎂
化學(xué)式:MgCO3
CAS號(hào):546-93-0(無(wú)水)
碳酸鎂(古稱氧化鎂)是一種白色固體無(wú)機(jī)鹽,碳酸鎂的幾種水合形式和基本形式也以礦物質(zhì)形式存在,菱鎂礦由白色三角晶體組成,無(wú)水鹽幾乎不溶于水、丙酮和氨,所有形式的碳酸鎂都在酸中反應(yīng)。碳酸鎂在方解石結(jié)構(gòu)中結(jié)晶,其中Mg2+周圍有六個(gè)氧原子。 二水合物具有三斜晶系結(jié)構(gòu),而三水合物具有單斜晶系結(jié)構(gòu)。
不同形式碳酸鎂的化學(xué)文摘社CAS編號(hào):546-93-0(無(wú)水)、13717-00-5(一水合物)、5145-48-2(二水合物)、14457-83-1(三水合物)、61042-72-6(五水合物)。
碳酸鎂通常通過(guò)開采菱鎂礦獲得,世界供應(yīng)量的70%是在中國(guó)開采和制備的。
由于其在水中的溶解度較低且具有吸濕性,MgCO3于1911年首次被添加到鹽中,以使其更自由地流動(dòng),含碳酸鎂的鹽在潮濕的天氣下不會(huì)粘在一起。
云母
化學(xué)式:K/Na/Al2[(OH,F)2Si3O10]
CAS編號(hào):12001-26-2
顏色索引號(hào):顏料白20 (77019)
云母是一系列被稱為水合堿性硅酸鋁的礦物化學(xué)品的統(tǒng)稱,這組硅酸鹽的大多數(shù)成員是白云母、金云母、黑云母和鈉云母,它們的鉀、鈉和氟含量不同,它們的特征是形成非常薄的薄片,稱為薄片。
白云母和金云母是涂有薄層金屬氧化物的主要礦物,用于珠光效果顏料;銀色珠光顏料由二氧化鈦涂層產(chǎn)生,彩色珠光顏料由鐵和鉻氧化物涂層產(chǎn)生。
二氧化硅
化學(xué)式:SiO2
CAS號(hào):7631-86-9、112945-52-5
顏色索引號(hào):顏料白27(77811)
由于二氧化硅的折射率較低,為1.55,因此不用作白色顏料,而是油漆中必不可少的體質(zhì)顏料和加工助劑。 二氧化硅在涂料中的主要作用有:
●增稠劑或抗沉降劑以及調(diào)節(jié)涂料的粘度;
●油漆和清漆中的消光劑;
●改善有機(jī)顏料的流動(dòng)性能;
●學(xué)生和級(jí)藝術(shù)家繪畫的擴(kuò)展劑;
顏色索引名稱顏料白27僅適用于天然二氧化硅,不適用于合成等級(jí)。
二氧化鈦(鈦白粉)、銳鈦礦和金紅石
化學(xué)式:TiO2
顏色索引號(hào):顏料白6(77891)
由于四氯化鈦燃燒過(guò)程中溫度高達(dá)900–1400°C(1652–2552°F),因此僅形成熱力學(xué)穩(wěn)定的金紅石變體。
二氧化鈦的后處理對(duì)于其在油漆和其他應(yīng)用中的耐久性至關(guān)重要,二氧化鈦將水吸附到其顆粒表面,因此,其表面被配位鍵合的水飽和,形成羥基離子,羥基的存在使得光化學(xué)誘導(dǎo)反應(yīng)成為可能。處理包括通過(guò)將低折射率和基本上無(wú)色的無(wú)機(jī)化合物沉淀到顆粒表面上來(lái)涂覆它們。 鋯 (Zr)、錫 (Sn)、鋁 (Al) 和硅 (Si) 化合物用于涂覆二氧化鈦,有時(shí)還用有機(jī)化合物進(jìn)行附加涂層,選擇特定的有機(jī)化合物可以使最終表面疏水或親水。該涂層可防止環(huán)境與二氧化鈦反應(yīng)性表面直接接觸,從而提高顏料的耐光性和耐候性。
鈦白粉呈惰性,除濃硫酸和氟化氫外不溶,且穩(wěn)定。
健康和安全
二氧化鈦不被認(rèn)為是有毒的,這一點(diǎn)從其在牙膏和藥丸中的應(yīng)用得到了證實(shí)。
應(yīng)用
金紅石形式的二氧化鈦在涂料中最常被優(yōu)選用于純白色或創(chuàng)造顏色色調(diào)。
氧化鋅
化學(xué)式:ZnO
CAS號(hào):1314-13-2
顏色索引號(hào):顏料白4
氧化鋅是一種合成無(wú)機(jī)顏料。 由于氧化鋅是兩性的,它與酸發(fā)生反應(yīng)并溶于堿性溶液。它會(huì)導(dǎo)致植物干性油和油改性醇酸漆脆化。
氧化鋅通過(guò)兩種不同的工藝制造,要么通過(guò)直接工藝或美國(guó)工藝,要么通過(guò)間接工藝或法國(guó)工藝。
直接工藝或美國(guó)工藝是一種簡(jiǎn)單、低成本的工藝,將含鋅原材料或鋅礦石與煤等還原劑混合并加熱至1000–1200°C (1832–2192°F),在這種條件下,氧化鋅被還原成金屬并蒸發(fā),然后鋅蒸氣被氧化成氧化鋅,氧化鋅的純度由所用原料的成分決定。
間接法或法式工藝從金屬鋅開始,加熱金屬鋅,所得蒸氣氧化成氧化鋅。
鋅礦石通常含有幾種其他金屬:鉛、鎘、鐵和鋁。 因此,需要采用各種分離技術(shù)來(lái)在氧化前凈化鋅蒸氣。
不同純度的氧化鋅市售,有些類型仍含有百分之幾的鉛,在使用顏料之前,制造商必須檢查氧化鋅的純度,以確保它可以用于預(yù)期的特定應(yīng)用。在使用與食品和人體皮膚接觸的氧化鋅之前,顏料中的鉛含量必須可以忽略不計(jì)。
健康和安全
盡管一些早期研究表明氧化鋅具有一定的毒性,但氧化鋅不被認(rèn)為對(duì)人體有毒,這些研究中氧化鋅的毒性很可能是由于雜質(zhì),尤其是鉛。 鋅是人類、動(dòng)物和植物必需的微量元素,缺乏足夠的鋅會(huì)導(dǎo)致缺乏癥,例如,它影響頭發(fā)生長(zhǎng)和人類生殖。
氧化鋅不溶于水,很容易從廢水中分離,由于鋅對(duì)魚類和其他水生生物具有毒性,必須限制廢水中鋅離子的濃度。
硫化鋅
化學(xué)式:ZnS
CAS編號(hào):1314-98-3
顏色索引號(hào):顏料白7(77975)
硫化鋅是油漆中必不可少的白色顏料,折射率為2.37,莫氏硬度3使其成為一種柔軟、非研磨性顏料,耐光性良好,但耐候性一般,不足以用于戶外涂料,紫外線輻射與濕度結(jié)合,將油漆中的硫化鋅氧化成無(wú)色硫酸鋅 (ZnSO4),如果與鉛化合物混合,硫化鋅會(huì)發(fā)生反應(yīng),形成深色硫化鉛。
健康和安全
由于其溶解度較低,因此不認(rèn)為對(duì)人體有毒,研究表明,盡管在處理細(xì)碎顏料時(shí)暴露在灰塵中,但制造這種顏料對(duì)人類沒(méi)有急性或慢性毒性。大多數(shù)國(guó)家允許硫化鋅與食品接觸。
應(yīng)用領(lǐng)域
硫化鋅是立德粉、顏料白5的主要成分,也是一些發(fā)光顏料的基礎(chǔ),發(fā)光顏料的一種形式是摻雜銀或銅的硫化鋅。
硫化鋅的光學(xué)性能比二氧化鈦差,因此,在過(guò)去的一個(gè)世紀(jì)里,它作為顏料的用途逐漸減少,與立德粉一樣,硫化鋅也用于要求顏料具有低耐磨性的涂料中,這也許是它與二氧化鈦相比的唯一優(yōu)勢(shì)。
氧化鋯
化學(xué)式:ZrO2
顏色索引號(hào):顏料白12(77990)
二氧化鋯已完全被二氧化鈦取代,它與其他物質(zhì)一起用于摻雜二氧化鈦,以提高金紅石的牢度特性。