包裹型γ-Ce2S3大红色料的制备及其性能研究

摘要

随着人类环保意识的增强，含重金属的无机颜料受到了环境保护法令的严格限制，具有无毒性、颜色深红、抗紫外线辐射等优点的γ-Ce2S3大红色料，被认为是有毒镉系红色颜料的首选替代材料。目前，该色料已广泛应用于涂料、油墨及塑料等生产领域，但其在氧化气氛中的稳定性仅为350℃的缺陷极大地限制了它的应用范围。因此，提高γ-Ce2S3大红色料在空气气氛下的热稳定性成为当前的研究热点。
　　基于上述现状与需求，本论文对包裹型γ-Ce2S3大红色料的制备进行了较为深入的研究，主要包含以下内容：
　　采用St?ber法制备了SiO2包裹型γ-Ce2S3大红色料，研究了乙醇/水体积比和正硅酸乙酯(TEOS)浓度对包裹层微观结构的影响，并对其包裹层形成机理进行了探讨。研究表明：当乙醇/水体积比为100:20，TEOS浓度为25 mg·ml-1时，能获得致密均匀的60 nm厚度SiO2包裹层，该色料相对于未包裹色料热稳定性提高了200℃左右，在550℃的空气气氛下煅烧后其L*、a*和b*值分别为29.59、27.53和27.66。本论文还进一步通过多次包裹实现了对γ-Ce2S3的SiO2超厚包裹，三次包裹后包裹层厚度可达到140 nm，该色料与Al2O3-B2O3-SiO2-ZnO系统的低温熔块于620℃空气气氛下共烧后依然显示出鲜艳的红色色度，其色度L*、a*和b*值分别为30.28、32.45和26.40，而未包裹色料则完全氧化为白色，熔融后的熔块可能通过封闭无定形态SiO2中的部分气孔对色料起到一定的保护作用。激光粒度分析结果还发现，包裹后的色料粒度分布更加均匀，分散性更佳。
　　以丁醇锆为锆源，采用醇盐水解法制备了ZrO2包裹型γ-Ce2S3大红色料并分析了 ZrO2包裹层的生长机理。实验结果表明：ZrO2包裹层厚度随着丁醇锆在反应溶液中的浓度增加而增加。在100 ml的乙醇溶液中，滴加0.5 ml醋酸(2M)控制反应速度，当丁醇锆浓度为15 ml·L-1可获得较佳的包裹效果。激光粒度分析结果表明包裹后的色料具有更好的分散性，可见光反射光谱曲线分析则表明包裹后的色料在红光区域的反射率有一定程度的提升(62.43％→68.80%)，其相应的色度值变化L*、a*和 b*也呈现增大的趋势，其最大增幅△L*=6.11，△a*=1.53以及△b*=0.84，说明包裹后由于色料分散性改善，其呈色性能更佳。但 ZrO2包裹色料的高温抗氧化性能无明显改善，这可能是由于形成的包裹层不够致密。
　　在上述研究基础上，本论文还以γ-Ce2S3@SiO2和γ-Ce2S3@ZrO2为起始色料，尝试采用分步控制法制备ZrSiO4包裹γ-Ce2S3色料。TEM和SEM分析结果表明：以γ-Ce2S3@SiO2为起始色料时，由于ZrSiO4生成过程是由Si4+向ZrO2层迁移，从而未能如预期在γ-Ce2S3@SiO2色料表面形成完整的核-壳包裹结构。以γ-Ce2S3@ZrO2为起始色料时，则由于氧化锆包裹层不够致密，从而在溶液中进行反应时，SiO2未能在γ-Ce2S3@ZrO2表面形成稳固的包裹层。结合ZrSiO4形成过程和γ-Ce2S3色料的特性，提出了分步控制法制备ZrSiO4包裹γ-Ce2S3大红色料的几种制备模型。

目录

声明

1 文 献 综 述

1.1 引言

1.2 无机颜料的发展概况

1.3 硫化铈红色颜料

1.4 本论文的目的及意义

1.5 本论文研究的主要内容、整体层次及创新点

2 实 验

2.1 实验试剂与药品

2.2 实验与测试设备

2.3 测试和表征

3 SiO2包裹γ-Ce2S3红色颜料的制备研究

3.1 引言

3.2 样品的制备工艺

3.3 SiO2干凝胶包裹γ-Ce2S3色料的微观形貌分析

3.4 本章小结

4 ZrO2包裹γ-Ce2S3红色颜料的制备研究

4.1 引言

4.2 样品制备工艺

4.3 ZrO2包裹γ-Ce2S3色料微观形貌分析

4.4 丁醇锆浓度对ZrO2包裹γ-Ce2S3微观形貌的影响

4.5 ZrO2包裹γ-Ce2S3色料的呈色性能

4.6 ZrO2包裹γ-Ce2S3色料的热稳定性探究

4.7 本章小结

5 分步控制制备ZrSiO4包裹γ-Ce2S3色料初探

5.1 引言

5.2 样品制备工艺

5.3 复合包裹色料粉体的微观形貌

5.4 分步控制γ-Ce2S3@ZrSiO4的形成过程分析

5.5 本章小结

6 结 论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果