Железен оксид жълт – термична стабилност: граници на температурата при преработка и областите, в които те имат значение

Термичната стабилност на жълт оксид на желязото не е един-единствен показател, който просто се преписва от техническия паспорт в технологичната спецификация. Жълтият оксид на желязото е гьотит — хидратиран оксид на желязото, α-FeOOH — а жълтият цвят съществува само докато водата, задържана в тази кристална структура, остава там. Ако пигментът бъде изложен на достатъчно висока температура в продължение на достатъчно дълго време, водата се отделя, кристалът се превръща в хематит (α-Fe₂O₃), а оттенъкът се променя от жълт през оранжев към червен. Следователно полезният въпрос никога не е „дали този пигмент е термостабилен“, а „при каква температура, за колко време и спрямо коя цветова толерантност“.

Защо термичната стабилност на жълт оксид на желязото изобщо има горна граница

Гьотитът и хематитът съдържат едно и също желязо и един и същи кислород, но в два различни кристални разположения. В решетката на гьотита присъстват хидроксилни групи; в тази на хематита — не. Тази разлика е механизмът, изразен в един ред:

2 FeOOH → Fe₂O₃ + H₂O

По маса: два мола гетит тежат 177,7 г (2 × 88,85 г/мол), а отделената вода тежи 18,0 г. Следователно при стехиометричния жълт железен оксид приблизително 10,1 г от всеки 100 г напускат кристала като вода при превръщането в хематит. Тези 10,1 % са структурна вода в решетката, а не свободна влага по повърхността на частиците — двете се измерват по различен начин и се държат по различен начин в процеса.

Реакцията е термично активирана и при технологичните температури е ефективно необратима: след като водата от решетката се отдели, охлаждането и последващото загряване не я връщат обратно. Тази трансформация е задокументирана и извън пигментната индустрия. Помиес, Морен и Виньо я изучават директно чрез рентгенова дифракция и описват дехидратацията на жълтия гетит и неговото превръщане в червен хематит при загряване ( XRD study of the goethite–hematite transformation , 1998).

За синтетичния пигмент началото на тази дехидратация обикновено се съобщава в областта 180–200 °C, като оттенъкът се променя по-бързо с повишаване на температурата. Това, при коя температура започва да се променя определен клас, зависи от неговата кристалинност, размера на частиците и повърхностната обработка, поради което за този клас не съществува едно-единствено число. Всяка цифра, предоставена от доставчик, трябва да се разглежда като отправна точка за вашите собствени изпитания, а не като свойство на цялото семейство.

Числото, което всъщност ви е необходимо, е три числа

Твърдението за термостабилност „180 °C“ само по себе си не е спецификация, тъй като дехидратацията е процес, зависим от скоростта: температурата и времето на излагане са взаимозаменяеми параметри. Образец, изложен за няколко минути при висока температура, може да достигне състояние, подобно на това при по-дълго излагане при по-ниска температура. Цифра, цитирана без посочено време на излагане, не може да се сравни с цифра от друг доставчик и не може да се пренесе директно във вашия технологичен процес.

Второто число е толерантността към промяна на цвета. Топлостабилността обикновено се изразява като разлика в цвета между проба, изложена на топлина, и контролна проба, която не е била излагана на топлина — ΔE, измерено със спектрофотометър в CIELAB, като посоката на отклонението е видима в a\ (червено–зелено) и b\ (жълто–синьо). Жълт цвят, който се дехидратира към червено, показва намаляване на b\ и увеличение на a\ . Самият граничен показател за приемлива разлика в цвета е решение, взето от проектния екип: за работи, при които цветът е критичен, обикновено се прилага по-строга стойност на ΔE, отколкото за декоративни продукти. Докато триплетът — температура, време на излагане и приложената граница за ΔE — не е напълно определен, данните за топлостабилност от двама доставчици не могат да бъдат сравнени помежду си.

Третото число показва как е тестван пигментът. Формован пластмасов чип и изсъхнал филм от същия пигмент, поддържани при една и съща температура, не дават еднаква стойност на ΔE, а натоварването с пигмент плюс евентуални ко-пигменти в формулата променят както големината, така и посоката на отклонението. Затова тестовата среда и натоварването трябва да се посочват в декларацията също толкова задължително, колкото и температурата.

Къде ограничението се проявява — и къде не се проявява

Всяка температура в тази таблица е типичен промишлен технологичен диапазон, а не измерване от нашата фабрика. Вашите зададени температури, геометрия на шнека, дебелина на секцията и времето на цикъла определят действителните условия, на които пигментът е изложен; по-дебелата секция може да остане при температура над зададената по-дълго време в сравнение с по-тънката.

Как да го измерите върху собствения си материал

Шест стъпки, в този ред, произвеждат число, което има значение за вашата линия, а не за техническия документ:

1. Запазете контролен екземпляр. Формовайте или нанесете покритие върху екземпляр при най-ниската температура, при която може да работи вашият процес, или изсушете филм при амбиентна температура и го запазете далеч от топлина. Всичко по-нататък се измерва спрямо този екземпляр.
2. Ограничете целевата температура. Повторете екземпляра приблизително на 20 K по-ниска от температурата на вашия процес, при температурата на вашия процес и на 20 K по-висока от нея. Ограничаването показва наклона на промяната, който единична точка не може да покаже.
3. Съответствайте времето на задържане. Задръжте всеки екземпляр за реалното време на престой — времето, през което материала е горещ, а не времето, през което машината работи.
4. Измерете спрямо контролния екземпляр. Същият уред, същото осветление и апертура, съща дебелина на екземпляра, регистрирано като ΔE с a\ и b\ стойности, записани на хартия. ΔE без посока показва, че част се е преместила; не показва накъде се движи.
5. Заредете пигмента по начина, по който го прави формулата. Изследвайте при производственото си зареждане и с вашите съпигменти, а не при удобно лабораторно зареждане.
6. Съхранявайте номера на партидата заедно с пробата. При няколко доставки това отчита дали се променя пигментът или процесът.

Стойностите на две граници заслужават да бъдат посочени. При термопластичен материал измерената стойност на ΔE включва собственото пожълтяване или потъмняване на полимера при същата температура, затова приносът на пигмента трябва да се отдели чрез сравнение с непигментирана проба, обработена по същия начин. При PVC-компаунд стабилизаторният комплект извършва част от работата, а промяната на стабилизатора може да повлияе резултата повече от промяната на доставчика на пигмента.

Възможности, когато процесът работи над границата

Има четири честни подхода, приблизително подредени по разходи:

1. Променете оттенъка. Червеният оксид на желязото е хематит — вече дехидратираната форма — така че няма кристална вода, която да изгуби, и няма еквивалентен „таван“ при тези температури. Когато приложението позволява червен или кафяв цвят, това е най-простият начин.
2. Намалете експозицията. Намалете зададената температура, съкратете времето на изчакване или преместете цвета в слой, който подлага на по-малко топлина — например покритие, което се суши принудително, а не чрез термообработка, или горен слой върху субстрат, който се обработва при по-висока температура.
3. Променете химичния състав. Когато оттенъкът трябва да остане жълт над „тавана“ на оксидите на желязото, обикновено се използват жълти пигменти от смесени метали (спинелов тип), включително за керамични и високотемпературни полимерни приложения. Това е различно покупателско решение: цената на килограм и силата на оцветяване се различават от тези на оксидите на желязото, затова сравнявайте разходите за оцветяване на отделна част, а не цената на опаковката.
4. Коригирайте оттенъка след процеса. Вземете основния пробен екземпляр от завършена, напълно обработена част, а не от неподложена на обработка проба. Ако процесът винаги измества жълтия цвят с фиксирана стойност, формулата може да бъде насочена към стойност, по-ниска от целевата, така че резултатът да съвпадне с нея.

Какво можем и какво не можем да ви кажем за конкретен жълт цвят

Доставяме желязноокисен жълт в класове 311 и 313, както и червен, черен, кафяв, зелен и син серии. Това, което можем да предоставим заедно с оферта, е идентификацията на класа, номерът на партидата, стойността на летливите вещества и данни за цветовата последователност при използване на повече от една партида (изразени в ΔE) — по ваша заявка. Това, което не можем да ви дадем, е число за термостабилност за вашия полимер, ваш график за термична обработка или ваша керамична изпичане, тъй като това число се получава от вашия процес и вашата матрица — измерва се във вашата производствена площадка, върху вашия материал и при вашата времева продължителност.

Какво да поискате от всеки доставчик

• Пълният триплет : термостабилност с температурата, времето на излагане и границата на ΔE, която е приложена. Число, при което липсват една или повече от тези три стойности, не е сравнимо с нищо.
• Летливи вещества при 105 °C , изпитани според ISO 787-2:2021. Това е адсорбираната влага, различна от структурната вода — полезно за проверка дали дозирането по тегло остава последователно между доставките.
• Данни за съответствието на цвета на партията в ΔE , ако продуктът ви е критичен по цвят.
• Образец за собствени изпитания. Малки количества се доставят за изпитания; те не се включват в минималното количество за поръчка, а покупателят покрива транспортните разходи.
• Името на марката и номерът на партията в сертификата , така че резултатът от изпитанието може да бъде свързан с конкретна партида.

Топлостойкостта на желязен оксид жълт се определя от вашия процес, а не от техническия документ. Хебей Тянхуибао Технолоджи произвежда пигменти от желязен оксид от 26 години, с годишна мощност 50 000 тона и експортира в повече от 150 страни и региона. Пигментите се доставят в плетени торби по 25 кг от склад; стоките от склад се изпращат за 3–5 работни дни, а персонализираните поръчки – за 7–15 работни дни. Компанията притежава сертификати REACH, RoHS, CE и ISO и превозва класифицирани пигментни товари според IATA DGR по въздух и IMDG Code по море. Минималната поръчка е 1 метричен тон. Ако използвате жълт пигмент в процес с висока температура, изпратете ни вашата температура, времето на задържане и допустимото отклонение в цвета – ние ще ви информираме какви характеристики може и не може да има даденият клас и ще ви изпратим проба за собствено тестване. Контакт: [email protected] / +86-13400211655.