金属氧化物混相颜料铜铬黑的制备及表征

摘要

铜铬黑（CuCr2O4）颜料是一种尖晶石型的金属氧化物混相颜料，由于具有优良的遮盖力、耐化学品、耐高温、户外稳定和不扩散等性能，在陶瓷、搪瓷、涂料和塑料等领域获得了广泛应用。其主要制备方法为高温固相法和氢氧化物沉淀法。然而，高温固相法存在反应不均匀、充分，产物杂质含量高，晶形不规整，能耗高等缺点；氢氧化物沉淀法则存在工艺过程复杂，产品颗粒粗大且颗粒分布不均匀，产品纯度不高等缺点。因此，开展铜铬黑新型制备方法的研究，对提高铜铬黑产品品质，拓展产品用途和降低生产成本具有重要意义。本研究分别采用硬脂酸溶胶-凝胶自蔓延燃烧法、熔盐法和环氧丙烷溶胶-凝胶法制备了铜铬黑颜料，并对其结构和相关性能进行较系统的研究。
　　以硝酸铜和硝酸铬为原料，硬脂酸为胶凝剂，采用溶胶-凝胶自蔓延燃烧法合成了铜铬黑颜料。考察了原料配比对凝胶的制备的影响；煅烧温度和保温时间对铜铬黑晶型形成的影响，并用热重-差热和红外光谱对前驱体进行分析，以及使用扫描电镜、能谱分析和X-射线衍射对产物结构进行表征。结果表明，当硝酸铜和硝酸铬的摩尔比为1:2，硬脂酸与金属盐的摩尔比为1.25~1.50:1，煅烧温度为800℃，保温时间为3 h时，制备的铜铬黑颜料纯度高、晶型规整、粒度较小且分布较窄，其平均粒径为60-80 nm。比以柠檬酸为胶凝剂的成本低，比高温固相法和醇-水共沉淀法的煅烧温度和能耗低。
　　以氧化铜和三氧化二铬为反应原料，氯化钠和氯化钾为熔盐介质，通过高能球磨将原料与熔盐均匀混合，再经高温煅烧成功制备了铜铬黑颜料。考察了煅烧温度、保温时间和熔盐用量对铜铬黑晶型形成的影响，采用 X-射线衍射对其结构进行了表征。结果表明，当熔盐介质与反应原料摩尔比为1.5:1，煅烧温度为850℃，保温时间为4 h时，铜铬黑粒度较小且粒径分布均匀，晶型规整；煅烧温度的升高，产品晶型越趋完美，但粒径增大，并出现团聚；熔盐的用量影响反应原料的扩散与相互接触，增加熔盐的用量有助于铜铬黑晶体的形成与生长；保温时间对晶型的影响较小，但延长保温时间使晶粒增大，并产生团聚现象。
　　以铜、铬的氯化物为原料，环氧丙烷为胶凝剂，无水乙醇为溶剂，采用溶胶凝胶法制备出纳米CuCr2O4。考察了环氧丙烷用量、煅烧温度及保温时间对颜料合成的影响，并对产品的晶型、形貌进行了表征。结果表明，当氯化铜和氯化铬的摩尔比为1:2，环氧丙烷与氯化物原料的摩尔比为3:1，煅烧温度为700℃，保温时间为2 h时，可制备出平均粒径为60nm的尖晶石型铜铬黑。
　　采用原子吸收光度法分别测定了硬脂酸溶胶-凝胶法自蔓延燃烧、熔盐法和环氧丙烷溶胶-凝胶法制备的铜铬黑样品中游离铜、铬离子的含量。结果表明，样品中游离铜、铬离子的含量与晶化程度有关；当煅烧温度达到铜铬黑粒子的转晶温度，样品中可溶性铬、铜离子均低于国家标准(GB8978–1996)，在使用中不会污染环境。

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第一章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 铜铬黑的理化性质、晶体结构及颜料性能

1.3 铜铬黑颜料的呈色原理

1.4尖晶石型金属氧化物的研究进展

1.5 铜铬黑颜料的结构与性能表征

1.6本课题研究的意义与主要内容

第二章 硬脂酸溶胶-凝胶自蔓延燃烧法制备铜铬黑

2.1前言

2.2 合成原理

2.3实验部分

2 .4 结果与讨论

2.5产物性能指标

2.6本章小结

第三章 熔盐法制备铜铬黑颜料

3.1前言

3.2 合成原理

3.3 实验部分

3.4 结果与讨论

3.5产物性能指标

3.6 本章小结

第四章 环氧丙烷溶胶-凝胶法制备铜铬黑

4.1前言

4.2 合成原理

4.3 实验部分

4 .4 结果与讨论

4.5产物性能指标

4.6本章小结

第五章 铜铬黑颜料中游离铜、铬含量的测定

5.1前言

5.2主要试剂及仪器

5.3 测定原理和方法

5.4 结果与讨论

5.5本章小结

第六章 全文总结

6.1 结论

6.2展望

参考文献

致谢

附录