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云母的解理断裂及其在珠光颜料中的应用 摘要 绢云母是一种重要的矿物资源，国内有着丰富、质量好的云母资源。云母 具有优良的电绝缘性、耐热性、耐水性、耐化学腐蚀性、弹性和高剥离性，具 有其它资源不可替代的优势。随着大片云母资源的日益减少和云母资源的综合 利用的开展，云母的产品结构发生了重大变化。云母粉的应用和开发得到了很 大的发展，应用范围越来越广泛。云母作为功能材料或填料都需要高纯度、细 的粒度、高白度和高径厚比。目前云母资源的开发利用现状是国内生产厂家对 云母资源的深加工力度不够。另外，云母珠光颜料凭借其在可见光照射下自然 的珠光效应和优异的化学稳定性、多彩及无毒害等优点受到越来越广泛的应用。 但是国产云母珠光颜料普遍存在光泽较差，颜色不鲜艳，润湿性、分散性不好 等问题，也成为国内珠光颜料生产企业的难点。 解理断裂试验研究结果表明：绢云母矿物材料通过改变解理断裂方式、搅 拌转速，可获得不同质量的云母产品。解理断裂过程中，云母的粉碎作用主要 是冲击、剪切和研磨，采用在云母水溶液中加入一定粘度的高分子材料方式， 可以获得径厚比大( 大于8 0 ) ，光泽很好的云母粉。通过酸处理后，云母白度达 到7 5 以上。 通过对影响云母珠光颜料质量的各种因素探索试验，确定了制备云母珠光 颜料的最佳工艺。采取镀前把云母用酸预处理使云母白度提高，特别是关键的 镀膜工艺较好因素条件为p h 值控制在2 2 5 之间，反应温度为8 0 ，钛盐浓 度为1 5 ，搅拌速率控制在2 5 0 3 0 0 r m i n ，反应时间3 5 h ，以及后处理的煅烧 温度为8 0 0 ，恒温时间为2 h ，从而极大的提高了产品的光泽。 本文通过云母解理断裂和珠光颜料的制备的试验研究，分别对云母解理断 裂作用方式对解理断裂效率的影响机理和云母钛珠光颜料复合机理探讨，对我 国云母资源的综合开发利用有促进作用。 关键词：绢云母：解理断裂；径厚比；云母珠光颜料：白度 c l e a v a g ef r a c t u r eo fm i c aa n di t sa p p l i c a t i o ni n p e a r l e s c e n tp i g m e n t a b s t r a c t s e r i c i t ei sak i n do fn a t u r a li n o r g a n i cm a t e r i a l i no u rc o u n t r yt h e r ei s a a b u n d a n to ft h i sr e s o u r c e m i c ah a st h ee x c e l l e n tp r o p e r t i e so fe l e c t r i c a li n s u l a t i o n ， h e a tr e s i s t a n c e ，w a t e rr e s i s t a n c e ，c h e m i c a lc o r r o s i o nr e s i s t a n c ea n dh i g hc l e a v a g e t h o s ep r o p e r t i e so fs e r i c i t em a yn o tb es u b s t i t u t e db yo t h e rm i n e r a lr e s o u r c e a t p r e s e n t ，t h ed o m e s t i cl e v e lo fs e r i c i t ep r o c e s s i n gi sl o w e r t h em o s tp r o d u c t sa r e p r i m a r yo rs e c o n d a r yp r o d u c t s w i t ht h ed e v e l o p m e n to fm a t e r i a ls c i e n c et h o s e c a n ts a t i s f i e dw i t ht h eq u a l i t yr e q u i r e m e n t a saf u n c t i o n a lm a t e r i a lo rf i l l i n gt h e r e i st h en e e do fh i g h e rc o n t e n tw h i t e n e s sa n da s p e c tr a t i o t h e n ，m i c ap e a r l e s c e n t p i g m e n t sa r en o wm o r ea n dm o r ew i d e l yu s e da st h e ye n d o wo b j e c t sw i t hd e e p l y t h r e e - d i m e n s i o n a ls p a c ec h a r a c t e rb ym e a n so fs u n l i g h ti r r a d i a t i o nt o g e t h e rw i t h t h e i ro t h e re x c e l l e n tc a p a b i l i t i e s ，s u c ha sc h e m i c a lr e s i s t a n c e ，a b u n d a n c eo fc o l o r a n di n n o c u i t y i ts t i l le x i s t sm a n yp r o b l e m s f o re x a m p l e ，t h ep e a r l e s e e n tl u s t e ri s f a i n t ，t h ec o l o ri sn o tp u r ea n dt h ew e t t i n gp e r f o r m a n c ea n dd i s p e r s ec a p a b i l i t yi s n o tg o o de n o u g h t h e s ep r o d u c e r si nc h i n aa r ea l s of a c et h es a m ed i f f i c u l t yi n m a n u f a c t u r e a l s o ，m i c ar e s o u r c ei sd e c r e a s i n gq u i c k l yw i t hi n c r e a s i n gu s e u s i n g s e r i c i t et os u b s t i t u t em i c ab e c o m e sm o r ea n dm o r ei m p o r t a n t t h ec l e a v a g ef r a c t u r er e s u l t ss h o w e dt h a t ：b yc h a n g i n gt h ec l e a v a g ef r a c t u r e m o d e ，s t i r r i n gs p e e d ，s e r i c i t em i n e r a lm a t e r i a l s c a nb ep o s s e s s e dt od i f f e r e n t q u a l i t ym i c ap r o d u c t s t h ec l e a v a g ef r a c t u r ep r o c e s so fc a nb eo b t a i n e dt h r o u g h a t t r i t i o na n ds h e a r i n g i nt h i ss t u d y 。t h eb r i g h t e rs e r i c i t ew i t ha s p e c tr a t i oo v e r8 0 w a so b t a i n e db ya d d i n gac e r t a i nv i s c o s i t yo fp o l y m e rm a t e r i a l si na q u e o u ss o l u t i o n b ya c i dt r e a t m e n t ，t h ew h i t e n e s sw a s o v e r7 5 t h ep r e p a r a t i o no ft h eo p t i m u mm i c ap e a r l e s c e n tp i g m e n t sw a ss u r et h e m a s t e r i n go ft h ev a r i o u sc r a f t so ft h ei n f l u e n c ef a c t o r s f i s t l y ，m i c aw i t ha c i d p r e t r e a t m e n te n h a n c et h ew h i t e n e s sb e f o r ep l a t i n gm i c a ，s e c o n d l y ，i np a r t i c u l a r ，i n t h ec r i t i c a lc r a f to ft h ep l a t i n g ，w ef o u n dt h eo p t i c a lp a r a m e t e ro ft h i sc r a f tw e r e t h a tt h ep hv a l u ew a sb e t w e e n2a n d2 5 t h er e a c t i o nt e m p e r a t u r ei s8 0 ，t h e t i t a n i u ms a l i n i t yi s15 ，s t i r r i n gr a t ew a s2 5 0 3 0 0 r r a i n ，h y d r o l i t i cr e a c t i o nt i m e w a s3 5 h ，a n dt h e o p t i m u mf a c t o r sw h i c hi n f l u e n c et h ew h i t e n e s sa n dl u s t e ro ft h e f i n a lp r o d u c t i o na r ec a l c i n i n ga t8 0 0 cf o r2 h i nt h i sp a p e r ，s e r i c i t ec l e a v a g ef r a c t u r ea n dt h ep r e p a r a t i o no fp e a r l e s c e n t p i g m e n t sp i l o tw e r es t u d i e d ，a n dw ea l s od i s c u s s e dt h em e c h a n i s mo ft h es e r i c i t e c l e a v a g ef r a c t u r ea n dt h ed e p o s i tp r o c e d u r eo fm i c ap e a r l e s c e n tp i g m e n t s ，w h i c h w i l lp l a yp a r ti nd e v e l o p i n gs e r i c i t ea p p l i c a t i o ni no u rn a t i o n a la n de c o n o m i c d e v e l o p m e n t k e y w o r d s ： s e r i c i t e ；c l e a v a g ef r a c t u r e ； w h i t e n e s s a s p e c tr a t i o ；m i c ap e a r l e s c e n tp i g m e n t s ； 插图清单 图1 1 云母的构造示意图2 图1 2 云母珠光颜料光学作用剖面模型图6 图2 1 旋流剥片机示意图1 4 图2 2 样品制备流程图1 4 图2 3 珠光颜料制备流程图1 4 图3 1 样品g a s 1 、g a s 2 、x l s 1 的x r d 图谱1 8 图3 2 样品的表面形貌1 9 图3 31 0 0 2 0 0 目云母样品粒度分析曲线2 0 图3 - 4 不同溶液浓度下解理的云母样品粒度分析曲线2 1 图3 5 溶液浓度与样品粒度的关系2 2 图3 6 云母粉的粒度分布曲线2 2 图3 7 云母粉的扫描照片2 3 图4 1 四氯化钛对珠光颜料的影响一2 6 图4 2p h 值对珠光颜料的影响2 7 图4 3 温度对珠光颜料的影响2 8 图4 4 煅烧时间对珠光颜料的影响2 9 图4 5 珠光颜料样品的t g d t g 图2 9 图4 6 不同煅烧温度下样品的x r d 谱图3 0 图4 7 为云母珠光颜料的s e m 图31 图4 8 云母珠光颜料样品照片3 l 图5 1 云母表面形成的双电层结构【5 1 1 3 5 图5 2 - s i o 与【t i ( h 2 0 ) 6 4 + 的作用形式3 7 图5 3 o - s i 与【t i ( h 2 0 ) 6 4 + 的作用形式3 8 图5 - 4 云母钛珠光颜料s e m 图3 9 表格清单 3 3 1 ，3 3 1 1 1 2 j 1 - i 表 验验列号果试试 剂型结化性试及和老水要备数耐耐主设参的的验验验漆漆试试试油油 l 2 1 l 2 - _ - 2 2 3 4 4 表表表表表 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 据我所知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰 写过的研究成果，也不包含为获得 金垦王些太堂 或其他教育机构的学位或证书而使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示谢意。 学位论文作者签字：雇毒系 签字日期：勘d 年争月馏，日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 金魍王些盔堂 有关保留、使用学位论文的规定，有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人 授权 盒目巴王些太堂可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：座冬糸 签字日期：汐) d 年4 月碍日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师 签字 硌日 致谢 完成这篇论文时，三年的研究生生活也接近尾声。三年时光，匆匆而过， 回顾这一过程，满是老师的悉心指导和同学的欢声笑语，是他们让我的生活充 实快乐，在我生命里留下了重要的篇章，在此，我要向他们表达我衷心的感谢! 在这里我首先要最最感谢我的导师郑治祥教授，论文的完成和他的悉心指 导关心密不可分的。另外，郑老师严谨的治学态度，渊博的知识，对学生的无 私关怀使我终身难忘。老师的言传身教不仅使我懂得了科学的工作精神，也使 我明白了很多做人的道理。借此一隅，谨向导师表示最诚恳的谢意! 另外，在课题的完成过程中，课题组的徐光青老师，吕瑁老师和汤文明老 师给予了莫大的帮助和指导，他们严谨的治学作风，朴实无华乐于助人的人格 魅力使我终身受用，深表感谢! 在实验过程中，合肥工业大学实验中心舒霞等老师，给提供了很大的支持， 还得到了师兄周恒，同窗王雷燕，何早阳，师弟范卫青，郝书峰，李邵兴，师 妹刘海莉，朱仁萍的帮助和鼓励，特此致谢! 还有，三年研究生期间朝夕相处的同学也是宝贵的财富，感谢丁云飞，杨 庆海，石宇，郑华明，徐雅晨，朱成忠等，是你们让我得到了真挚的友情，永 不磨灭，我的学习生活因你们而更加丰富多彩。 同时，还要感谢父母默默的付出和支持! 最后，感谢特别感谢在百忙之中抽出时间审阅论文和参加答辩的专家、学 者! 祝愿我们未来更加美好! 作者：崔冬乐 2 0 10 年4 月 第一章绪论 1 1 前言 云母是一类含铝、钾、镁、铁、锂等元素的层状含水铝硅酸盐的总称。 它属于片层状结构硅酸盐矿物，其晶体结构是由两层硅氧四面体夹着一层铝氧 八面体的复式硅氧层。 绢云母是一种天然细粒白云母，属白云母的亚种，2 ：l 型层状硅酸盐矿物， 与白云母不同的是其结构单元层中阳离子置换少，所以充填于层间的k + 数量少 于白云母，故化学成分中钾较白云母略低。另外，绢云母结构层通常作无序堆 积，所以在横面上难以连成大片存在，因此，绢云母为层片状构造晶体结构， 0 0 1 ) 面解理极完全，沿解理面可以剥离成极薄的片【2 西】。 1 2 云母的结构及性能 1 2 1 云母的结构与矿物特性 云母的晶体结构是两层硅氧四面体夹着一层铝氧八面体构成的复式硅氧 层。而硅氧四面体中约有1 4 的s i 4 + 被a 1 ”取代，结果引起正电价的不足，硅 氧四面体带负电，由正离子来补充，正离子处在两个复式硅氧层之间，其配位 数为1 2 。每个硅氧四面体的三个底层氧原子分别和相邻的三个硅氧四面体共 用，在二维平面上连成无限延伸的六方体硅氧片面，一个八面体被夹在两个硅 氧层片之间。四面体的顶端氧原子( 活性氧) 与附加阴离子( o h ) 位于两层六方面 网的中央，呈紧密无序堆积，构成活性的结晶水基团，如图1 1 所示。根据绢 云母矿物材料单体的扫描电镜图像分析测量可知，绢云母单体的厚度尺寸大小 为0 0 1 0 1 p m ，因此每个天然的单体绢云母中还含有未剥离的层片至少有1 0 0 层，所以每个单片绢云母是能够提供一定程度大小的坚韧性和垂直于基体平面 的抗破裂性等特征的微型层压板，故而绢云母树脂基复合材料具有高弹性，高 弯曲模量和抗曲扰强度等优良特性，同时也是很好的绝缘，抗腐蚀材料：还具 有天然粒径小，易加工成超细粉体的特点。 一般情况下，硅氧四面体和铝氧八面体本身结合是非常稳固的，但在两个 复式硅氧层之间联结的作为补充电价的正离子层关系是比较脆弱的，从而导致 云母晶体结构很容易沿这些正离子所在的平面剥离开来。因此，云母沿正离子 所在的 0 0 1 ) 平面方向具有极完全的解理性【7 1 。 云母和化学成分可表达为： r 十r 3 付 a i s i 3 0 l o 】 o h 2 或 r + r 3 ” a 1 s i 3 0 i o o h 2 式中r + = k + ，n a + r 3 2 + = m 9 2 + , f e 2 + , m n 2 + r 3 3 + = a i z + , f e 3 + , m n 3 + 此外，l i 亦可占据云母的晶格中m g 、a i 的位置，也可能占据品格中相当 于k 、 n a的位置。一般化学成分： s 1 0 2 4 3 13 - 4 9 0 4 ，a 1 2 0 3 2 7 9 3 37 4 4 ，k 2 0 + n a 2 0 9 11 ，h 2 04 13 , - - 6 i2 。 a 氯羟基、铬o 一 o 毫 图1 1 云母的构造示意图 1 2 2 云母的性能 云母属于绢云母的化学组成、结构、构造与高岭土相近，又具有粘土矿物 的某些特性，即在水介质及有机溶剂中分散悬浮性好，色白粒细，有粘性等。 因此，绢云母兼具云母类矿物和粘土类矿物的多种特点。一般与长石、锂辉石、 石英、电气石、绿柱石、氟石和磷灰石共生【8 1 。 ( 1 ) 物理性能： 绢云母属于单斜晶体，晶体为鳞片状，具丝绢光泽( 白云母呈玻璃光泽) ， 纯块呈灰色、紫玫瑰色、白色等，径厚l l 8 0 ，比重2 6 2 7 ，硬度2 3 ，测试数 据：弹性模量为 15 0 5 2 13 4 m p a ，耐热度5 0 0 6 0 0 ，导热率 o 4 1 9 0 6 7 0 w ( m k ) - 1 ，电绝缘性2 0 0 k v m m ，抗放射性5 x l0 1 4 热中子c m 2 对照 度。 ( 2 ) 化学性质： 云母具有良好的化学稳定性，云母在各种浓度的盐酸中不起化学作用，直 到3 0 0 ( 2 时才失去稳定性，我国某些绢云母加热在1 0 0 6 0 0 时，弹性和表面性 2 质均不变；在7 0 0 8 0 0 后，脱水、机械、电气性能有所改变，弹性丧失，变 脆；在1 0 5 0 时，结构破坏。 ( 3 ) 光学性质： 绢云母有三个主折射率：n g = 1 5 8 8 1 6 1 5 , n m = 1 5 8 2 1 6 l l ，n p = 1 5 6 2 1 5 7 2 ， 光性方位：n g 平行于b 轴，n m 与a 轴之间有3 0 夹角，n p 平行于c 轴。由 n g n p 面( 直立) ，n m n g ( 水平面) n m n p ( 纵切面) - - 个椭圆切面组成，n g n p 椭圆切面有两个光轴，称为光轴面( n g n p ) ，以n p ( e 轴) 为平分线，夹角 2 v = 1 5 03 0 0 白云母的光轴为3 0 0 5 0 0 。无机矿物的消光作用程度与光轴角有关， 光轴角越大灰暗度越浅，干涉色越高；光轴角越小，灰暗度越高，消光作用越 好。所以绢云母容易产生消光效应，可以阻挡可见光，也能屏蔽紫外线和红外 辐射【l0 1 ，从理论上讲还可以阻挡微波，所以具有耐老化、保温、良好的耐侯性 特性，这也是其它白色矿物粉体材料不能比的特殊优良性能。 ( 4 ) 电学性能： 作为一种特殊的层片状晶体结构的云母矿物材料，质量十分稳定，矿物的 体积电阻率和表面电阻均高，云母具有较高的绝缘强度和较大的电阻、较低的 电介质损耗和抗电弧、耐电晕等优良的介电性能，而且质地坚硬，机械强度高， 耐高温和温度急剧变化并具有耐酸碱等良好的物化性能。 ( 5 ) 粉体加工及其性能【1 1 ，1 2 】： 由于云母具有层片状显微晶体结构，不管解理断裂到什么程度，均呈层片 状，具有优良的弹性。云母粉的覆盖性强，滑动性好，附着力较高。 1 3 云母的用途 ( 1 ) 绢云母在橡胶及塑料行业中的应用研究 橡胶工业中常用的无机填料有碳酸钙、滑石粉、陶土等，它们能改善橡胶 的某些性能，同时又消弱了一些功能，而绢云母产品作为橡胶制品的多功能填 料，兼备各种性能；经北京橡胶研究院、河南轮胎厂、四川橡胶厂等厂家在轮 胎、胶带、胶板、胶管、汽车橡胶配件等产品中应用结果证明：绢云母粉具有 良好的加工性能，可取代3 0 5 0 的半补强或其它粗颗粒子炭黑，或原配方上增 加一定比例的绢云母粉，能保持胶料性能不变，同时降低制品成本。例如，张 元承用绢英粉直接替代特种橡胶密封件中的半补强炭黑、二氧化硅三种补强剂， 结果发现填充绢英粉的制品与填充另三种补强剂的制品性能不相上下【1 3 d6 1 。但 一般情况下，丁苯橡胶，丁腈橡胶，三元乙丙橡胶和绢云母粉作为填充材料相 对表现不佳，可能需要绢云母与其他无机或有机填料混合使用，作为填料的功 能绢云母具有良好的前景。 自2 0 世纪8 0 年代我国开始对云母在塑料中进行增强改性的开发研究，至 今已有一些云母增强塑料品级投入工业化生产以满足应用领域的要求。云母与 热塑性树脂或热固性树脂混和融炼制备的复合材料就是一种用途广泛的工程塑 料i l7 , 1 8 。绢云母及绢云母与玻纤复合体系对尼龙的弯曲强度和模量、缺口冲击 强度、拉伸强度、撕裂强度及热变形温度有提高作用，而且还降低成型收缩率 引。一定细度的绢云母和天然无定形s i 0 2 以1 3 的比例配比制成绢英粉，将其 混入塑料中，具有较明显的增韧效果，优良的尺寸稳定性，力学性能得到明显 改善，塑料的抗老化性显著提高【2 。 ( 2 ) 绢云母在建筑涂料行业的应用研究 绢云母等产品在建筑外墙涂料中的应用，除了改善涂层的机械性能，又能 提高涂料的耐老化、抗紫外性能，防止龟裂，延迟粉化，同时颜料粒子容易进 入片状矿物的品格层，可保持涂料颜色长久不褪色。众所周所，太阳光中的紫 外线是造成涂料老化，功能减弱的根本原因，超细簿片状矿物因为具有晶体偏 光效应，和层间结晶水的光干涉效应，对紫外线、红外线起到强烈的吸收和反 射作用，从而有效地保护了外墙涂料中的涂层和颜料。研究者将绢云母粉加到 建筑涂料中发现涂料的沉降性、触变性、耐洗刷性能变好f 2 1 】；加在水性内墙涂 料中其粘度、稠度、遮盖力、白度等均符合涂料的性能要求，能满足中档建筑 内墙的装饰要求 2 2 1 。 ( 3 ) 绢云母在珠光颜料方面的应用研究【2 3 , 2 4 】： 珠光颜料主要靠光的透射、反射和干涉，人为生成珍珠光泽。为了取得这 种光的相互作用效果，用云母做衬底再在上面涂上很薄一层二氧化钛。根据所 需效果，既可用绢云母，也可用金云母。用于珠光颜料生产的云母粒度在 3 - 1 5 0 p m 之间，厚度为2 0 0 5 0 0 毫微米。颗粒的大小会影响实际效果。小于2 0 1 上m 的细粒颜料具有丝缎光泽，常用来制造各种墨水在2 0 5 0 9 m 之间的颗粒会产生 最佳珍珠光泽。大于10 0 1 - l m 会产生闪光的效果。珠光云母颜料还可分为， t i 0 2 一s n 0 2 一t i 0 2 一云母型、c r 2 0 3 - t i 0 2 云母型、f e 2 0 3 s i 0 2 ( 或a 1 2 0 3 广二母型、 t 1 0 2 - z r 0 2 - 云母型和m n 0 2 云母型。特别是汽车工业是珠光颜料的主要市场。 在日本，珠光颜料还用于屋顶材料、计算机外壳和电视机外壳。随着材料科学 的发展，珠光云母的应用得到了很大的发展【2 5 - 2 7 】。 ( 4 ) 电焊条【2 引。云母作为焊接低碳钢材和普通钢材的钛型焊条的成分。可 以防止裂缝、控制焊剂的剂量，有助焊剂涂覆在金属焊条上。 ( 5 ) 隔热绝缘抗静压板。如云母+ 碳酸盐岩+ 粘土耐高温、绝缘和抗静压板， 可以替代高温中压条件的石棉板f 2 9 1 。 ( 6 ) 云母纸。云母纸是碎云母综合利用的一条主要途径。在未来研究中， 应重点开展云母磷片尺寸、云母纸类型及云母含量对云母绝缘电气性能、机械 性能影响的研究，进一步提高云母纸的性能，开发出来薄规格、厚规格、高介 电强度、高拉伸强度和高透气性的云母纸。 4 1 4 云母珠光颜料的应用 云母珠光颜料具有耐酸、耐碱、耐热等特性；本身有不自燃、不助燃、不 导电，优良的耐光性、耐候性，不溶于水，无毒的特性。目前，珠光颜料的应 用非常广泛，在涂料、塑料、油墨、印刷、化妆品，汽车工业、玩具、皮革、 橡胶、装潢、装饰品等领域都有应用，这些领域无一不是和我们生活息息相关。 ( 1 ) 云母钛珠光颜料在涂料和油漆中的应用： 云母珠光颜料在涂料工业中应用较多，它在涂料的基料浆液中容易均匀分 散，润湿性好，不会发生沉淀。珠光涂料比其它涂料有较好的耐候性和光稳定 性，同时容易保持闪光效果，它适用于装潢涂料、金属涂料、保护性涂料及建 材涂料等，具有成本低、耐擦洗、珠光好等特点。 无论是溶剂型涂料还是水性涂料，若使用了云母钛，其作用不仅仅是遮盖 和装饰，更重要的是能够改善涂料的物化性能，增强化学稳定性能，提高遮盖 力，消色力，防腐蚀性，耐光和耐候性，增强涂膜的机械强度和附着力，可以 防止开裂或脱落，防止紫外线和水分透过，延长物体的使用寿命。同时还可以 节省用料，提高生产效率。 ( 2 ) 云母钛珠光颜料在塑料中的应用： 近些年来，云母钛珠光颜料已开始在一些塑料制品中获得越来越多的应用， 例如用于高档化妆品和药品包装的珠光塑料瓶、盒；用于高级糖果、冰棋淋包 装的珠光塑料薄膜：珠光塑料凉鞋、钮扣、玩具、桶、浴室部件等日用品和工 艺品；各种家电与计算机外壳，珠光塑料和建筑装饰材料等等，越来越受到广 大消费者的喜爱。云母钛在塑料制品中的应用，不仅仅利用它的安全性、无毒 性和珠光效应之外，它还能提高塑料制品的耐热、耐光和耐候性能使塑料制品 免受u v 光的侵袭，改善塑料制品的质量和延长塑料制品的使用寿命。 ( 3 ) 云母钛珠光颜料在油墨中的应用： 云母钛是当前油墨制造业中最优良的白色颜料，它不仅具有良好的物理化 学稳定性，还具有各种耐抗性良好和与其他油墨用材料比较相对廉价等特点。 随着世界经济发展和国内外包装、出版印刷工业的技术进步，云母钛珠光颜料 在人们的日常生活中应用越来越广泛。 云母钛珠光颜料具有很强的着色力和光分散性。当云母钛分散在介质中时， 可除了使油墨展现出很高的遮盖力。云母钛颜料还具有良好的耐光性、耐热性、 耐碱性和耐候性。所以，云母钛颜料在高质量的白色油墨中应用效果特别好， 是当今油墨工业中不可缺少的重要材料之。 ( 4 ) 云母钛珠光颜料在化妆品中的应用： 珠光颜料由于具有独特的光学性能在口红、发胶、眼影、指甲油、护肤霜 等化妆品及洗涤用品中广泛应用。珠光颜料加入化妆品中除了增加化妆品的美 感外，还有防止紫外线照射引起的皮肤变黑等增效作用。云母钛珠光颜料由于 5 具有耐光、耐酸、耐碱性等作用，因此使用时安全无毒。 ( 5 ) 云母珠光颜料在汽车工业的应用： 当今世界汽车涂料市场上最令人感兴趣的品种就是颜色纯净、柔和并带有 一定闪烁珠光效果的涂料，汽车涂料的颜色风格己经成为汽车涂料设计人员艺 术风格及特定型号汽车的重要标志之。实践证明，它在碱性水性涂料中也能 保持光泽，不起泡，施工中不流挂，静电喷涂不产生电火花，这些都是金属颜 料所不及的。另外，在汽车面漆的涂装中，罩面清漆会放大底面面漆的一切缺 陷，包括着色底面漆的颜色缺陷，而且加金属颜料的闪光底面漆也会产生失色 问题，为了克服底面漆的这些缺点，可在底面漆中加入一定量的云母钛珠光颜 料和染料，珠光颜料有利于保持金属状外观，还能改善涂层层次、色度和透明 度，珠光漆附着力强，固化温度低，流平性佳，漆面光洁如镜，珠光效应强烈。 1 5 云母珠光颜料的制造 云母钛珠光颜料俗称云母钛珠光粉。它是以天然或人工合成云母薄片为核， 在其表面包覆一层或交替包覆多层二氧化钛及其他金属氧化物形成的微粉，是 一种在结构上与天然珍珠极为相似的平面夹心体。可以把每一片珠光颜料都视 为一个微细的三棱，因此它也能像普通的三棱镜一样，将白色的复合光分解成 五颜六色的单色光，从而显示出极其美丽的珍珠光泽和金属光泽。值得指出的 是珠光颜料所产生的颜色是由光的折射形成的，因而是典型的伪彩色。从反射 光的强度而言，粒度较粗的珠光颜料能产生如星光闪烁的金属视感：粒度较细 的珠光颜料则呈现类似丝绸和软缎般细腻、柔和的珍珠光泽。当光线入射时， 一部分光线被表面膜层反射，另一部分光线通过折射透过膜层照到白云母基质 后再次被反射出来。当光线在界面发生多次折射、反射及部分吸收、部分穿透 作用时，平行光线发生干涉现象，从而形成了珠光效应，其珠光效应正是来自 于光的干涉。如图1 2 所示。 。 e n 晓 n o 工dv l i lt i 0 2 n 2 云母 t i 0 2 图1 2 云母珠光颜料光学作用剖面模型图【3 0 1 由此可见，作为珠光颜料的基本构造与天然珍珠十分相似，其差别仅仅是 云母钛珠光颜料是平面夹心体，而天然珍珠是球面夹心体。云母钛珠光颜料之 所以带有珍珠光泽，是由于珠光颜料晶片平行地分布在载色剂中而引起光的多 6 重反射的效果。同天然珍珠一样，当光线照射云母珠光颜料的表面时，它总是 在反射大部分入射光的同时，把剩余的光透射到下一层颜料晶片上，又重复一 次光的反射和透射，如此反复，对入射光多次干扰，使白色的复合光分解成五 颜六色的单色光，呈现斑斓的色彩。由于在云母微片上沉积包覆的物质的种类 以及沉积物质含量的不同，使云母珠光颜料的构造也就有所不同，进而产生性 质上的变化及用途上的差别。主要体现在以下几个方面。 ( 1 ) 珠光效应珠光效应是指珠光颜料具有珍珠般的柔和光泽。珍珠光 泽是由包覆于云母薄片上的二氧化钛多晶膜对入射光产生多重反射和透射的结 果，即光的干涉现象所致。对于粒径小的珠光颜料，由于包覆云母薄片表面的 二氧化钛多晶膜像天然珍珠那样，分成许多微小层次，这样当入射光照射到其 表面时，就会呈现类色丝绸那样的光泽。这种光泽称为“珠光”。云母钛珠光颜 料的这种光学效应，称为“珠光效应”。 ( 2 ) 金属闪光效应平滑的金属表面对光的镜面反射给人眼产生的闪烁视 感称为“金属闪光效应”。云母薄片通过包覆钛或其他金属、非金属氧化物，或 者对已制成的云母钛珠光颜料进行表面金属化处理，可以获得一系列金属光泽。 例如，单纯用二氧化钛包覆的云母钛珠光颜料能显示注目的银白色金属光泽： 银白色珠光颜料用炭黑或石墨包覆，能产生色调深沉的铅金属效果；用氧化银、 氧化铋包覆的云母钛珠光颜料呈现乌亮的黑色金属光泽；二氧化钛和石墨混合 包覆云母钛珠光颜料能获得深灰色珠光；用氧化铁着色的黄干涉色珠光颜料， 具有很强的黄金光泽，等等。 ( 3 ) 视角闪色效应云母钛珠光颜料是由透明的云母薄片表面沉积一层透 明的，其折射率较基材云母高出许多的金属氧化物所构成。当光线在折射率不 同的透明层界面发生多次光的折射、折射及部分吸收、部分穿透作用时，平行 的各种反射光之间必将产生光的干涉现象，因而产生珍珠般的光泽和色彩。当 珠光颜料制成涂膜或塑料薄膜后进行观察，对观察者而言，当处于光线的反射 角时，能看到最强的干涉色；当偏离反射角时，只能看到珠白色或其他颜色。 这种随观察者观察角度的不同而看到不同干涉色的现象称为“视角闪色效应” ( 4 ) 色彩转移效应采用干涉色云母钛珠光颜料制成的涂膜或塑料薄膜， 能同时显示两种不同的颜色。这种颜色的变化称为色彩转移效应或双色效应。 正面看到颜料的反射色，侧面能看到其透射色，且色相总是互为补色。例如， 采用干涉色幻彩珠光颜料着色的珠光汽车涂料涂装的轿车，其色彩会随着轿车 车身的曲率而发生变化。色彩转移效应表现为从黄变到紫，从蓝变到橙，从绿 变到红，亦即从种颜色变到它的互补色。这种特殊的光学现象称为“色彩转移 效应”。正是由于珠光颜料的这种光学特性，才使得涂配色师能根据不同的审美 要求，来设计和创造各种奇妙和梦幻般的装饰效果。 ( 5 ) 附加色彩效应云母钛珠光颜料可以和透明的无机和有机颜料相混 合，或直接用这些颜料对珠光颜料进行着色，所产生的色彩效果非常迷人。如 用铜酞菁蓝和铜酞菁绿对珠光颜料进行着色，其色彩不但不会消弱，反而会增 强。这是珠光颜料所特有的“附加色彩次奥应”，也叫“增色效应”。闪光铝粉类 常规金属颜料的一个严重缺点是，一旦与这类颜料相混合，再对述职进行染色， 其色彩的亮度和饱和度会大幅度地衰减，从而使颜料变得深沉和暗淡。这是普 通金属颜料在涂料、塑料着色时经常遇到的技术难题。而珠光颜料则不然，经 配色后的涂料或经施工后的涂膜色彩反而变得更加鲜艳和亮丽。这一光学特性 称为“附加色彩效应”或“增色效应”。 ( 6 ) 三维空间效应不论是何种类型的珠光颜料，它总是透明或半透明的 薄片。当光线照射到薄片表面时，它总是反射大部分入射光，而把剩余的光透 射到下一层颜料晶片上，于是重复次光的反射和透射，这样反复多次，直到 穿过基底材，达到颜料片背光面的二氧化钛多晶膜上，才被完全吸收和反射。 这一光学特性使得珠光颜料在透明性的涂膜或塑料薄膜中，具有深远的三维空 间质感。薄膜几何厚度虽然很薄，但给人的视感却总是厚膜。这是珠光颜料不 同于一般颜料的重要光学特性。这种给人的三维空间质感称为“三维空间效应”。 ( 7 ) 背景衬度效应由于云母珠光颜料总是透明或半透明的晶片，它的遮 盖力远不如常规二氧化钛。因此，可以在有色物体的表面覆盖由颜料晶片组成 的透明涂膜，使底层的色彩透明或半透明的珠光颜料面涂层显露出来。这种光 学特性称为“背景衬度效应，是普通颜料和金属颜料所没有。 1 6 云母深加工技术现状 1 6 1 云母解理断裂的现状及影响因素 我国云母资源丰富，但与发达国家相比，我国云母矿物的应用范围非常小， 使用的数量低，主要是作为填充料使用，并且粗原料较多，深加工的产品较少， 其潜在的使用价值没有充分体现，其广泛的利用前景和巨大的经济价值都难以 体现。选矿富集提纯、超细磨矿分级等工作多停留在研究阶段。严重影响了我 国的云母资源的合理利用，选矿提纯是生产高质量云母的必要手段之一，随着 产品的深加工工作的不断深入，产品的超细、分级也是必须要解决的关键问题。 特别是在磨矿中怎样更好的保护云母的品型和径厚比等等都是云母资源产品深 加工迫切需要展开的研究课题。 非金属矿物在工业上的应用主要是利用其物理性能，因此，不仅对粒度有 要求，而且对保护颗粒的原有晶体形态也有很高的要求。在国外，非金属矿物 原料的超细深加工的新设备、新方法、新工艺的研究发展很快，并在生产中得 到广泛的应用。在工业发达国家的超细粉碎己经进入工业生产阶段，市场上不 断有新的产品出现，生产的产品细度一般小于5 1 a m 甚至1 l a m 以下，在生产过 程中都注意保护和利用矿物晶体结构特点。我国也早在3 0 年前开始超细粉碎设 备的研究，特别是近年来，分别从美国、德国、日本引进了一些超细粉碎设备 与生产线，同时也进行了消化吸收工作，取得定的成绩。但与国外相比，普 遍存在着设备型号少，处理能力低、能耗高等缺点，同时缺乏有效的分级与粉 碎设备配套，以及统一的检测方法和技术【3 6 1 。 我国湿法云母粉工业发展中的主要问题是：( 1 ) 超细粉碎设备的研制有待突 破。国内己有的高压均浆机、笼式磨矿机、剥片机等设备，在生产能力，生产 大径厚比的高档云母粉时仍存在不足。( 2 ) 目前云母产品的质量标准对有些技术 指标如白度和亮度等的规定不够详细。( 3 ) 应用研究比较薄弱。( 4 ) 超微分级作业 有待加强，目前，湿法云母粉加工生产中无论采用那种设备及技术工艺，都不 可避免地产生“过粉碎”现象，即在设定的目数范围内有着过多的微细云母体夹 杂在较粗级云母薄片内。这不仅影响到产品质量和企业效益，而且给用户带来 诸多不便，所以国内外云母粉生产厂家都十分重视产品按粒径分级的技术研究 嵋6 。 ( 5 ) 干燥设备性能有待改进。要求云母鳞片在不受损的条件下，产品水分 s o 5 ，干燥后不须二次粉碎，避免造成对鳞片的破坏和微细鳞片的粘附现象。 ( 6 ) 粉体粒度分析的检测仪器和径厚比测试方法陈旧【3 7 1 。 国内最早开发利用绢云母矿的厂家是浙江省瑞安地质矿产工程公司。产品 主要用于焊材和耐火材料。目前国内生产绢云母的厂家主要分布于浙江、安徽、 福建、江西和四川。其中生产具有一定规模的厂家有浙江非金属材料总厂、滁 州格锐矿业有限公司、江西德兴绢云母厂等。各类绢云母产品生产总量约1 0 万吨，其中湿法加工产品约2 万吨。 本文采用的是滁州绢云母，滁州格锐绢云母矿产资源的开发利用始于2 0 世纪9 0 年代初，当时加工方法比较简单，产品档次低，主要用于焊材、防水卷 材等。近几年来，随着绢云母加工技术的发展，产品应用领域的拓宽，滁州市 绢云母矿产资源的开发利用得到了较大发展，加工工艺也由简单的干法加工发 展到湿法提纯、干法超细粉碎、表面处理等深加工水平，产品的品种也由单一 的粗粉产品发展到细粉、超细粉及表面处理级等十几个品种，应用范围也拓宽 到建筑材料、防腐涂料、工业油漆、工程塑料、橡胶和化妆品等领域。 1 6 2 云母珠光颜料的现状及影响因素 云母钛珠光颜料的发展历史可以追溯到1 9 6 3 年，自从美国杜邦公司发明以 来，作为一种功能性材料- 云母珠光颜料得到迅速的发展和日益广泛的应用，凭 其稳定的性能，丰富的原料资源以及安全无毒害之特性，再加上璀璨的珠光效 应和华丽的装饰效果，它己成为当今颜料开发中的一支奇葩，亦是现代最受欢 迎最具有应用潜力的新型非金属装饰性颜料【37 1 。正是由于云母基珠光颜料具有 特殊而优异的性能，各国研究者竞相对其进行开发和应用研究，使得云母基珠 光颜料在各方面性能上不断地完善和发展。国外对珠光颜料的科研和开发力度 9 很大，水平很高。开发的重点是提高珠光光泽和随角异色效应，改进以汽车面 漆的外用耐久型珠光颜料的耐候性，增加品种和应用领域等1 3 引。 我国云母珠光颜料的研发与国外存在很大的差距，科研、生产和应用均处 于初级发展阶段，无论产品的产量、质量和应用水平都处于一个较低的层次。 目前，国内的研究工作主要集中在对于液相包覆工艺的探索，确定和改进影响 云母珠光颜料质量的各种工艺因素及参数，以其发现如何提高云母珠光颜料的 白度、色彩效果以及珠光光泽的方法。影响云母珠光颜料质量的因素概括起来 有以下几个方面： ( 1 ) 基质云母粉的颗粒形态及径厚比 基质云母粉是沉积包覆纳米二氧化钛颗粒薄膜的载体，基质云母粉的颗粒 形态及径厚比对最终云母珠光颜料的质量有很大影响。通常用来制备云母珠光 颜料的基质云母粉的径厚比要求大于5 0 。 ( 2 ) 基质云母粉的粒度分布 云母粉的粒度分布对云母珠光颜料的质量也有很大影响。基质云母粉粒度 分布较宽，云母片粒度大小不均匀，粒度小的云母片极易粘附在大片上而造成 叠片相对较多，可使光的散射增强，光泽