尖晶石型钴蓝颜料的制备及改性研究

摘要

蓝色颜料按其化学成分可分为有机颜料和无机颜料，目前应用较多的无机蓝色颜料有群青、铁蓝、钴蓝等，其中群青耐碱不耐酸，色泽鲜艳明亮，耐高温；铁蓝耐酸不耐碱，遮盖力、着色力高于群青，耐久性比群青差。而钴蓝耐腐蚀，耐高温、耐光性、耐候性优良，因其价格高，用途受到了限制。长期以来钴蓝颜料只应用在绘画颜料，随着超耐久涂料、工程塑料以及CRT荧光粉涂覆颜料制备的发展，市场对其需求扩大。为了扩大其应用范围可以通过掺杂其他金属离子或与云母珠光颜料复合来制备改性钴蓝颜料。
　　 本文以CoO、Al2O3、KC1和NaCl为原料采用熔盐法成功制备了钴蓝颜料，并且应用CoO、Al2O3、ZnO、Cr2O3、FeSO4·7H2O、CuSO4·5H2O为原料，采用固相法制备了掺杂铬、铜、铁的改性钴蓝颜料。通过X射线衍射分析(XRD)、热分析、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、电子显微镜分析(SEM)和色度仪对钴蓝颜料及改性钴蓝颜料进行了表征。
　　 对熔盐法制备的钴蓝颜料，讨论了反应温度、熔盐的用量、保温时间对颜料的色度、晶体结构、晶体形貌、粒径大小的影响。结果表明：在熔盐法制备颜料的过程中，温度不同所得产物不同。900-1050℃的主晶相为Co2AlO4，色调为绿色；1100℃以上转变为CoAl2O4，色调为蓝色。当熔盐与原料的质量比为1.2:1时反应更彻底，所制备的粉体颗粒较均匀。保温时间延长有利于晶体颗粒增大。
　　 对固相法制备的掺杂铬的改性钴蓝颜料，讨论了铬的含量对样品的晶体结构、热稳定性、红外吸收性能和色度的影响。结果表明：掺杂铬的改性钴蓝颜料形成了具有尖晶石结构的固溶体，随着铬含量的增加，样品的晶格常数不变增大，且TG-DTA曲线的分析可知样品具有很强的热稳定性。随着铬的含量的增加，样品的的颜色从蓝色变为绿色。
　　 多元体系的改性钴蓝颜料研究中，通过掺杂Fe2+、Cu2+进一步对钴蓝颜料改性，分别讨论了不同离子及其掺杂量对颜料的晶体结构、形貌、热稳定性和色度的影响。研究表明：掺杂铁或铜的改性钴蓝颜料具有尖晶石结构，随着掺杂离子的浓度增加，晶格常数逐渐增大，掺杂离子的浓度和晶格常数的变化符合Vegard定律。掺杂不同的金属离子可以用来制备色调不同的改性钴蓝颜料，颜色从暗蓝色到蓝绿色。