TiO2包覆不同片状基体珠光颜料的制备研究

摘要

本文采用液相化学沉积法,选用绢云母、片状Al2O3和薄玻璃鳞片为基片,以TiCl4转化为TiOSO4为钛源,尿素为缓冲剂,制备珠光颜料。系统地研究了各种因素对Ti4+水解包覆的影响规律,通过正交试验确定了最佳的水解包膜工艺参数,从而制得高光泽的珠光颜料。采用SEM、XRD和EDS等检测手段对所制得的珠光颜料样品进行了分析研究。
　　 通过制备TiO2／绢云母珠光颜料的单因素试验,研究了悬浮液固液比、反应温度、反应初始pH值、钛盐浓度、钛盐的滴加速度、尿素的加入量(尿素与钛盐的质量比)和搅拌速度等工艺条件对珠光颜料样品反射率的影响及规律,探讨了包覆过程中水解包覆机理和TiO2膜层生长模式。通过正交试验对单因素结果进行优化,得到的最佳参数为:悬浮液固液比为5％,反应温度为85℃,初始pH值为1,尿素的加入量为3:1,钛盐浓度为1.5％,钛盐滴加速度为1.5ml.min-1,搅拌速度为270r.min-1。上述工艺参数下制得的TiO2／绢云母珠光颜料样品分别在600℃、700℃、800℃、900℃进行了煅烧,通过XRD测试谱图发现:800℃是最佳的煅烧温度,绢云母表面的TiO2膜层中金红石相TiO2含量达到了90.6％,晶粒尺寸为25nm。SEM照片显示,制得的TiO2／绢云母珠光颜料样品表面TiO2膜层比较平整,与基体层片状保持一致,没有形成岛状。在经过高温煅烧之后,样品蓬松,分散性良好,并没有因为烧结而板结成块。通过对样品表面的选区能谱分析,测定TiO2包覆率为20.80％。
　　 采用熔盐法制备了片状Al2O3粉体,通过正交实验考查了反应温度、反应初始pH值、反应时间、钛盐浓度和尿素加入量对颜料样品包覆率的影响,确定了影响前驱体包覆率各因素的主次顺序,得到了制备TiO2／Al2O3珠光颜料前驱体的最佳工艺条件。借助粒度分析仪、XRD、SEM以及EDS对制备的粉体进行表征,结果表明:熔盐法制备的氧化铝粉体层片结构非常明显,表面平坦光滑,平均粒度为6.18μm,厚度均匀且薄,径厚比大；在优化工艺条件下制得的TiO2／Al2O3珠光颜料粉体,表面包覆着一层致密光滑的TiO2薄膜,包覆层为金红石型TiO2,包覆率为27.65％。
　　 结合SEM照片,对制得的TiO2／玻璃基珠光颜料的前驱体分别在不同温度下干燥和煅烧进行分析,发现:在80℃干燥下的TiO2膜层裂纹很细微,在110℃干燥过的样品表面TiO2膜层有明显的裂纹。经过110℃干燥后再在500℃煅烧的样品表面TiO2膜层大部分碎裂脱落,110℃干燥后再在300℃煅烧的TiO2膜层也已发生明显的开裂并己开始脱落；而在80℃干燥300℃煅烧过的样品表面的TiO2膜层光滑平整,并未看到明显的裂纹。通过XRD谱图在2θ=25.3°看到明显的锐钛矿相(101)TiO2衍射特征峰。通过对样品表面的选区能谱分析,测定TiO2包覆率为27.13％。

目录

文摘

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致谢

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第一章 绪论

1.1 前言

1.2 珠光颜料的发展概况

1.2.1 珠光颜料的研究进展

1.2.2 云母基珠光颜料在国内外的发展与应用

1.2.3 片状氧化物粉体珠光颜料的研究现状

1.3 珠光颜料的显色原理及光学特性

1.3.1 珠光颜料的显色原理

1.3.2 云母珠光颜料的光学效应

1.4 珠光颜料的生产工艺

1.4.1 液相沉积法制备云母钛珠光颜料

1.4.2 气相沉积法制备云母钛珠光颜料

1.5 本课题研究的主要内容、目的和意义

1.5.1 研究的目的和意义

1.5.2 研究的内容

第二章 实验部分

2.1 原料与仪器

2.1.1 实验原料

2.1.2 实验设备

2.2 珠光颜料的制备

2.2.1 珠光颜料的制备方法

2.2.2 制备工艺流程

2.3 样品的测试与表征

2.3.1 激光粒度分析

2.3.2 X射线衍射(XRD)分析

2.3.3 扫描电子显微镜(SEM)分析

2.3.4 EDS分析

2.3.5 反射率检测

第三章 二氧化钛包覆绢云母珠光颜料的制备及机理研究

3.1 引言

3.2 绢云母的矿物特性

3.3 实验部分

3.4 水解包膜的工艺参数研究

3.4.1 悬浮液的固液比对珠光颜料反射率的影响

3.4.2 反应温度对珠光颜料反射率的影响

3.4.3 反应初始pH值对珠光颜料反射率的影响

3.4.4 钛盐浓度对珠光颜料反射率的影响

3.4.5 钛盐的滴加速度对珠光颜料反射率的影响

3.4.6 尿素的加入量对珠光颜料反射率的影响

3.4.7 搅拌速度对珠光颜料反射率的影响

3.5 水解包膜机理分析

3.5.1 相关化学反应

3.5.2 粉体表面物理化学性质

3.5.3 粉体表面颗粒生长模式的探讨

3.5.4 水解包膜过程分析

3.6 制备绢云母钛珠光颜料前驱体的正交试验

3.6.1 正交试验设计

3.6.2 正交试验结果

3.7 结果与讨论

3.7.1 TiO2/seriicite珠光颜料样品的XRD分析

3.7.2 TiO2/seriicite珠光颜料样品的SEM分析

3.7.3 样品包覆率的测定

第四章 TiO2/Al2O3珠光颜料的制备

4.1 引言

4.2 α-片状氧化铝基体的制备

4.3 纳米二氧化钛包覆氧化铝珠光颜料的制备

4.3.1 制备TiO2/Al2O3珠光颜料前驱体的正交试验

4.3.2 正交试验结果分析

4.4 结果与讨论

4.4.1 TiO2/Al2O3珠光颜料样品的SEM分析

4.4.2 TiO2/Al2O3珠光颜料样品的X射线衍射分析

4.4.3 TiO2/Al2O3珠光颜料的二氧化钛包覆率的测定

第五章 二氧化钛包覆玻璃鳞片制备珠光颜料

5.1 引言

5.2 二氧化钛包覆玻璃鳞片珠光颜料的制备

5.2.1 玻璃鳞片的筛选和精制

5.2.2 二氧化钛包覆玻璃制备珠光颜料的实验

5.3 结果与讨论

5.3.1 样品的SEM分析

5.3.3 二氧化钛包覆率的测定

第六章 全文结论

参考文献

攻读硕士学位期间的这要学术成果