有机螯合前驱体法制备CoAl2O4尖晶石型钴蓝色料

论文摘要

固相法合成色料焙烧温度高、时间长、耗能高,明显不符合当前低碳绿色环保政策。为了克服固相法的缺点,本课题以硝酸钴、硝酸铝、EDTA、甘氨酸、氨水等为原料,用有机螯合前驱体法分别于EDTA-水和甘氨酸-水系统,经螯合、干燥、焙烧等过程制备出呈色良好的尖晶石型钻蓝色料,大幅降低了色料焙烧温度。主要研究了不同焙烧温度、m（Co2+）/n（Al3+）摩尔比和保温时间等工艺因素对色料呈色性能的影响。采用色度分析、TG-DTA、XRD、FT-IR、SEM、TEM等现代分析测试技术对样品进行了表征。通过系统研究,得出了两个系统色料制备的最佳工艺及性能指标。EDTA-水系统制备钴蓝色料的较好工艺条件为m（Co2+）/n（Al3+）摩尔比为1：3,焙烧温度为900℃,保温时间为120min。所制得色料呈深蓝色,色饱和度较高,色度值为L*=44.12,a*=-0.36,b*=-47.86。甘氨酸-水系统制备钻蓝色料的较好工艺条件为m（Co2+）/n（Al3+）摩尔比为1：3,焙烧温度为900℃,保温时间为120min。所制得色料呈浅蓝绿色,色度值分别为L*=47.09, a*=-12.71, b*=-35.17。EDTA-水系统制备的色料呈色明显优于甘氨酸-水系统制备的色料。研究表明,两个系统所制得的色料均为尖晶石型CoAl2O4, m（Co2+）/n（Al3+）摩尔比和焙烧温度对色料的呈色有很大影响,m（Co2+）/n（Al3+）摩尔比为1：2时色料偏绿色,1：3时呈蓝色。在低于700℃时色料呈黑色或黑绿色,但焙烧温度越低,色料晶粒越不完整,发育程度差。随着焙烧温度的升高,色料晶粒趋于完整,呈色表现为由黑转为绿再转为蓝色的过程。EDTA-水系统制备的色料焙烧后呈多孔结构,孔径大约0.3～1μm,孔底及孔壁是由直径为30～50nm的尖晶石型CoAl2O4颗粒构成。甘氨酸-水系统制备的色料样品亦呈多孔结构,孔底及孔壁是由直径约40nm、粒径分布窄、八面体形的尖晶石型CoAl2O4颗粒构成。经高达900℃焙烧,色料晶体颗粒仍然为纳米级,而没有长成微米级大晶体。对EDTA-水系统制备色料的结构分析表明,相比m（Co2+）/n（Al3+）摩尔比为1：2的样品,m（Co2+）/n（Al3+）为1：3的样品晶胞大小及体积减小,这是由于多余的A13+也占据了八面体空间,形成了CoAl2O4-Al2O3固溶体,使晶胞参数略有改变所致。这种结构上的晶胞参数的差异会引起配位场分裂能的改变,从而吸收不同能量（波长）的色光,致使呈色出现差别。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 前言
• 2 文献综述
• 2.1 陶瓷色料的概述
• 2.2 常用陶瓷色料的分类
• 2.2.1 按色料的呈色分类
• 2.2.2 按组成分类
• 2.2.3 按使用温度范围分类
• 2.2.4 按用途分类
• 2.2.5 按不同着色类型分类
• 2.2.6 按色料晶体的结构类型分类
• 2.3 陶瓷色料颜色评价的物理学原理
• 2.3.1 颜色的产生
• 2.3.2 颜色的物理学原理
• 2.3.3 陶瓷色料的评价
• 2.3.4 陶瓷颜料的呈色机理
• 2.4 钴蓝色料的概述
• 2.5 钴蓝色料的结构及呈色机理
• 2.6 钴蓝色料的制备方法及研究进展
• 2.6.1 固相法
• 2.6.2 沉淀法
• 2.6.3 溶胶-凝胶法
• 2.6.4 水热合成法
• 2.6.5 气相法
• 2.6.6 有机螯合法
• 2.7 钴蓝色料的表征方法
• 2.7.1 呈色表征
• 2.7.2 X射线物相分析
• 2.7.3 扫描电镜分析
• 2.7.4 透射电镜分析
• 2.7.5 傅里叶变换红外光谱（FT-IR）分析
• 2.7.6 失重差热综合分析
• 2.8 本课题的主要研究内容
• 2O₄钴蓝色料'>3 EDTA螯合前驱体法制备CoAl₂O₄钴蓝色料
• 3.1 实验原理
• 3.2 实验原料、设备及工艺
• 3.2.1 实验原料
• 3.2.2 实验设备及工艺流程
• 3.3 实验内容
• 3.3.1 色料不同焙烧温度的影响
• 2+)/n(Al³⁺)摩尔比对钴蓝色料呈色的影响'>3.3.2 m(Co²⁺)/n(Al³⁺)摩尔比对钴蓝色料呈色的影响
• 3.3.3 保温时间对色料呈色的影响
• 3.4 结果分析
• 3.4.1 样品的呈色分析
• 3.4.2 TG-DTA分析
• 3.4.3 XRD分析
• 3.4.4 FT-IR分析
• 3.4.5 SEM分析
• 3.4.6 TEM分析
• 3.5 本章小结
• 2O₄钴蓝色料'>4 甘氨酸螯合前驱体法制备CoAl₂O₄钴蓝色料
• 4.1 实验原理
• 4.2 实验原料、设备及工艺
• 4.2.1 实验原料
• 4.2.2 实验设备及工艺流程
• 4.3 实验内容
• 4.4 结果分析
• 4.4.1 样品呈色分析
• 4.4.2 XRD分析
• 4.4.3 FT-IR分析
• 4.4.4 SEM分析
• 4.4.5 TEM分析
• 4.5 本章小结
• 5 结论
• 6 存在问题与后续实验的建议
• 致谢
• 参考文献