尖晶石型COAl2O4包覆云母鈦珠光顏料的制備及其表征

第36卷/第1期/河北師范大學(xué)學(xué)報/自然科學(xué)版Vol 36 No. 12012年1月OURNAL OF HEBEI NORMAL UNIVERSITY/Natural Science Edition/Jan.2012尖晶石型CoAl2O4包覆云母鈦珠光顏料的制備及其表征張萍1,李平2,王煥英3,王甫麗4,武戈1(1.石家莊學(xué)院化工學(xué)院河北石家莊050035;2河北師范大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院河北石家莊050024;3衡水學(xué)院化工學(xué)院河北衡水0530004.河北建筑工程學(xué)院數理系河北張家口075000)摘要:以云母為基質(zhì),TC4為原料,采用強迫水解法制備了云母鈦前驅體;再以Co(NO3)2·6H2O和A(NO3)39H2O為原料利用化學(xué)共沉淀法制備了尖晶石型CoAl2O,并將其包覆在云母鈦前驅體上,制備出藍色云母鈦珠光顏料.采用紅外光譜和X射線(xiàn)衍射對產(chǎn)品進(jìn)行了表征,并對產(chǎn)品進(jìn)行了性能測定藍色云母鈦珠光顏料表面包覆了金紅石型TO2和尖晶石型CoAL2O4,具有較好的珠光光澤并且性質(zhì)穩定關(guān)鍵詞:尖晶石型CoA2O4;包覆;云母鈦;珠光顏料中圖分類(lèi)號:TQ6282文獻標識碼:A文章編號:1000-5854(2012)01-007204Preparation and Characterization of Spinel CoAL2O4Coated Titania-mica Pearlescent PigmentZHANG Ping, LI Ping, WANG Huanying, WANG Fuli, WU Gel(1. Department of Chemical Engineering, Shijiazhuang University, Hebei Shijiazhuang 050035, China;2. college of Chemistry and Material Science, Hebei Normal University, Hebei Shijiazhuang 050024, China;3. Department of Chemistry, Hengshui University, Hebei Hengshui 053000, China;4. Department of Mathematics and Physics, Hebei Institute of Architecture Engineering, Hebei Zhangjiakou 075000 China)Abstract: Titania-mica precursor was prepared by method of forced hydrolysis using TiCl solution as rawmaterials and mica as substrate. Using Co(NO3)2 6H20 and Al(NO3)3. 9H20 as raw materials, Spinel CoAlOwas prepared by chemical coprecipitation method, and the blue titania-mica pearlescent pigment was preparedbased on the technology of coating spinel CoAl,O on the titania-mica precursor. FT-IR and XRD were used tocharacterize the samples and the properties of the samples was determined the conclusion was that rutile Tioand spinel CoAl2O4 were coated onto the surface of the blue pearlescent pigment, it had good optical propertieslike pearl and the properties were stableKey words: spinel CoAl2O4; coating; mica-titania; pearlescent pigment云母是一類(lèi)含鉀、鋁、鎂、鐵、鋰等元素的層狀含水鋁硅酸鹽的總稱(chēng)它屬于層狀結構硅酸鹽礦物),其晶體結構是由2層硅氧四面體夾著(zhù)1層鋁氧八面體構成的復式硅氧層.云母鈦珠光顏料是以提供鱗片狀結構的微細白云母片為基材在其光滑表面上均勻致密地沉積包覆一層或多層高折射率的二氧化鈦薄膜23),再經(jīng)過(guò)顏料化處理而得到的一種具有極高裝飾性能的無(wú)機顏料鈷藍是金屬氧化物混相顏料的一種,具有完好的尖晶石結構,其化學(xué)式可寫(xiě)為CoO·Al2O3或V中國煤化工收稿日期:2011-08-10;修回日期:2011-10-11基金項目:河北省科技攻關(guān)課題(05212701D)CNMHG作者簡(jiǎn)介:張萍(1967-),女河北懷來(lái)人,敏授,碩士,主要從事納米材料的制備和應用研究CoA2O4(4).此組成可認為是尖晶石中Mg被Co所取代,具有優(yōu)異的耐光性、耐候性耐熱性和耐化學(xué)腐蝕性5),既不會(huì )被酸或堿所破壞,也不會(huì )被通常的化學(xué)方式所氧化或還原耐熱性可達1200℃6.因此,廣泛應用于耐高溫涂料、陶瓷、搪瓷玻璃塑料等著(zhù)色以及美術(shù)顏料等領(lǐng)域(7云母鈦珠光顏料除了因云母、二氧化鈦膜本身結構不同,產(chǎn)生各種珠光色彩外,還可以在云母珠光顏料粒子上包覆另外的金屬氧化物而形成其他顏色的珠光本文中,筆者以天然白云母為基質(zhì),以TCL4為原料,采用強迫水解法8先制備出銀白色的云母鈦;再以制備的云母鈦為基質(zhì),以Co(NO3)2·6H2O,A(NO3)39H2O為原料、NH3H2O為沉淀劑,最終在云母鈦上包覆尖晶石型CoAl2O4,得到了色澤鮮艷、環(huán)境友好的藍色云母鈦珠光顏料該顏料不僅具有珍珠般的藍色光澤,而且具有較高的熱穩定性與化學(xué)穩定性,還有較好的耐候性與耐酸堿性,是無(wú)毒環(huán)保的藍色珠光顏料.1實(shí)驗部分1.1儀器和試劑WQF-310型傅里葉變換紅外光譜儀(北京第二光學(xué)儀器廠(chǎng));D8 ADVANCEⅩ射線(xiàn)衍射儀(德國B(niǎo)RUKER公司)白云母粉(75μm);硝酸鈷、硝酸鋁、四氯化鈦、氨水、鹽酸、硫酸鈉、聚乙二醇6000、硝酸銀、氫氧化鈉等均為AR級1.2云母鈦的制各取3g鹽酸處理過(guò)的白云母粉,浸泡在100mL一定濃度的鹽酸溶液中,控制pH值1-2,加熱至80t調節至一定的攪拌速度(約70r/min),分批加入一定濃度的四氯化鈦溶液(含有一定量的鹽酸),采用強迫水解法,加熱至沸騰后,鈦鹽發(fā)生一系列水解與聚合反應,水解產(chǎn)生的TiO2連續沉積在白云母粉表面,反應3h后云母粉上就均勻地沉積了一層透明的TiO2,然后,抽濾、用去離子水洗滌至溶液呈中性(用0.1moLAgNO3溶液檢驗無(wú)白色沉淀)后,再用無(wú)水乙醇浸泡洗滌,放人遠紅外干燥箱中80℃烘干,在馬弗爐中于900℃煅燒2h,得到銀白色的云母鈦珠光顏料.13CoAl2O4包覆藍色云母鈦麻光顏料的制備配制03moL的Co(NO3)26H2O和A(NO3)39H2O溶液,將此2種溶液按m(C3+):m(A3+)為1:2.5混合均勻,再將適量制得的銀白色云母鈦浸泡在上述混合溶液中,同時(shí)加人分散劑聚乙二醇6000,用量為混合溶液總質(zhì)量的5%,并加入Na2SO4作為反絮凝劑,用量為混合溶液總質(zhì)量的10%,可減弱粉體顆粒的團聚作用;將上述反應液加熱至60℃,調節一定的攪拌速度,滴加一定量的0.5m/的氨水作為沉淀劑,控制pH為9左右反應3h;抽濾用大量水洗滌沉淀以洗去雜質(zhì)離子,再用無(wú)水乙醇洗滌以防止產(chǎn)品在干燥和燒結過(guò)程中顆粒的團聚.然后放入遠紅外干燥箱中80℃烘干,最后于馬弗爐中950℃煅燒2h,得到由CoA2O4包覆的具有珍珠光澤的藍色云母鈦珠光顏料14樣品表征采用WQF-310型傅里葉變換紅外光譜儀分析樣品的紅外光譜(KBr壓片,將樣品與KBr按1:80的質(zhì)量比,壓成面密度為45~6.5mg/cm2均勻的薄片,掃描范圍400~4000cm-1)采用AXsD8 ADVANCE X射線(xiàn)粉末衍射儀分析樣品的物相組成(Cu靶K。射線(xiàn),濾波波長(cháng)λ=0.15406mm,管電壓40kV管電流40mA,掃描范圍20°~80°)2結果與討論2.1包覆產(chǎn)品的紅外光譜分析圖1給出了云母(a)包覆了TO2的云母鈦(b)以及包覆了TO2和CoAl2O4的藍色云母鈦珠光顏料(c)的紅外光譜未經(jīng)包覆的云母在3452,1641cm處均出現了較明顯的吸收峰,其中3452cm-1處出現的吸收峰為O→H鍵的伸縮振動(dòng)峰,1641cm1處出現的吸收峰為O一H鍵的彎曲振動(dòng)峰,這是由于云母中有毛細孔水或物理吸附水的存在而在67.:0949041063cm處的中國煤化衛0對比可知,這幾個(gè)吸收峰是SO2的特征吸收峰,說(shuō)明云母的主要成分是SO2.包CNMHG過(guò)900℃煅燒后的樣品,在3452,1641cm-1處沒(méi)有了水的特征吸收峰SO2標準晉圖中970.4cm-·處的吸收峰是·74SiOH的彎曲振動(dòng)吸收峰,由于焙燒溫度高于800℃而消失;在560cmˉ1處出現的吸收峰是Ti-O鍵的吸收峰10),說(shuō)明云母表面已包覆了TO2;藍色云母鈦珠光顏料是經(jīng)過(guò)950℃煅燒的產(chǎn)品,除上述峰外,還在500,550,670cm處出現了COoA2O4的特征吸收峰4,說(shuō)明云母鈦表面已成功包覆CoAl2O4A TIOzX CoAl2O人:t4000350030002500200015001000500云母;b.云母鈦;c.藍色云母鈦珠光顏料云母;b.云母鈦;c.藍色云母鈦珠光顏料.圖1樣品的紅外光譜圖2樣品的X射線(xiàn)衍射圖2.2包覆產(chǎn)品的X射線(xiàn)衍射分析圖2給出了云母(a)包覆了TiO2的云母鈦(b)以及包覆了TO2和CoAl2O4的藍色云母鈦珠光顏料(c)的X射線(xiàn)衍射圖.未經(jīng)包覆的云母在28為26.7,358°,453處產(chǎn)生強烈衍射峰,這是白云母的衍射峰.其XRD圖譜屬于六方晶系,主要成分為SiO2,晶格參數ao=0.4921m,bo=0.4921m,co=0.5416m,y=120°,未見(jiàn)其他雜質(zhì)礦物特征峰的出現,說(shuō)明白云母粉原料的純度很高,其他礦物雜質(zhì)含量極低包覆了TiO2的云母鈦經(jīng)過(guò)900℃煅燒后,除存在SO2的特征衍射峰外,在20為275,36.1,54.2°,56.6處產(chǎn)生強烈衍射峰,為金紅石型TiO2的特征衍射峰屬于四方晶系,其晶格參數為a0=0.4590nm,bo=0.4590nm,co=0.2957mm,與標準衍射卡( JCPDS4-0551)基本一致,說(shuō)明云母表面已包覆金紅石型TiO2;藍色云母珠光顏料是經(jīng)過(guò)950℃煅燒的產(chǎn)品,與云母鈦相比,除存在SiO2,TO2的特征衍射峰外,在20為31.2,368°59.2,65.0°處產(chǎn)生強烈衍射峰,為尖晶石型CoAl2O4的特征行射峰,屬于立方晶系,其晶格參數為ao=0.810664nm,bo=0.810664nm,co=0.810664mm,與標準衍射卡( JCPDS-ICDD10-458)基本一致說(shuō)明云母表面已成功包覆了金紅石型TO2和尖晶石型OoAl2O4,得到了所要制備的藍色云母鈦珠光顏料2.3藍色云母鈦珠光顏料的性能測試2.3.1耐酸堿性將所制備的藍色云母鈦珠光顏料分別放在2mO/L的HCl和2moL的NaOH溶液中,樣品所占質(zhì)量分數為5%,浸泡24h,對比觀(guān)察后發(fā)現顏料顏色未發(fā)生變化,表明該藍色珠光顏料具有良好的耐酸堿性2.3.2耐光性將藍色云母鈦珠光顏料于鋁板上壓平,然后使用100W高壓汞燈在距離樣品表面20cm處照射20h,對比觀(guān)察后發(fā)現樣品的顏色無(wú)變化,表明該藍色云母珠光顏料具有良好的耐光性2.3.3耐高溫性V中國煤化工將所制備的藍色云母鈦珠光顏料放置于瓷坩堝中,于1000℃加熱CNMHG觀(guān)察后發(fā)現顏料的色調無(wú)明顯變化,表明該藍色云母鈦珠光顏料具有良好的耐高溫性3結論以天然白云母為基質(zhì),以TCl4為沉淀劑,可制備出銀白色的云母鈦;再以制備的云母鈦為基質(zhì),以Co(NO3)26H2O,A(NO3)39H2O為原料,氨水為沉淀劑可在云母鈦上包覆尖晶石型CoAl2O4,從而得到具有珍珠光澤的藍色云母鈦珠光顏料.由性能測試可知,藍色云母鈦珠光顏料具有較強的耐酸堿性、耐光性及耐高溫性,性質(zhì)穩定參考文獻:[1]張克從近代晶體學(xué)基礎(上冊)[M]北京科學(xué)出版社,199:243[2]李大光,余超李鐵虎等氟金云母鈦珠光顏料的制備及表征[J]人工晶體學(xué)報,2009,38(5):1221-1226[3] MAILE F J, PFAFF G, REYNDERS P. 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