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黄色色料的制备及表征

作者:admin日期:2020-09-02阅读
黄色作为三原色之一,在我们的平时生活中随处可见,因此黄色颜料的用途也自然十分广泛。黄色颜料的用途之一是建筑材料,由于户外环境复杂,需要建筑材料具备一定的耐候性和耐腐蚀性;黄色颜料的另一用途是陶瓷的装饰,要求具备强的耐高温性能,因此陶瓷装饰颜料多采用结构稳定的无机非金属矿物。耐高温的无机黄色颜料一直是研究的热点,一直为科技工作者所广泛关注,而呈色亮丽的黄色颜料,如铜黄、络黄、钦黄等多采用重金属,污染环境,饥酸祕不耐高温,600°C即发生分解,因此应用受限。我国的锭资源丰富,储藏量居世界二,钇元素作为稀止元素,绿色,具有优良的耐化学性能和耐高温性能。同时,我国的箱资源也十分丰富,共有六个特大型钥矿,次于美国居世界二位,H氧化钥可呈现多种色彩,如白色、灰色、墨绿色,加热时黄色,的呈色性能使得它在无机色料领域的应用前景广阔采用佐、巧这两种元素为基础制备的无机黄色色料,不会对环境造成污染,耐高温,呈色较好,研究报道较少,具有广泛应用的可能性。
本章为Y2O3、Mo3和Zr2为初始原料,研巧固相球磨法中原料粉末细化的佳工艺条件,并系统研究黄色色料的佳制备工艺条件、晶相结构及性能。
2.2实验部分
氧化钇(Y2O3):99.9%,国药集团化学试剂有限公司;H氧化钢(Mo化);99.9%,上海华谊集团华原化工有限公司;氧化错(Zr2):99.0%,国药集团化学试剂有限公司;丙丽(C3H60):化学纯CP,上海凌峰化学试剂有限公司;乙醇(C2H5OH);化学纯CP,上海凌峰化学试剂有限公司;刚玉巧蜗:髙耐温1600°C,上海博运通有限公司。氧化锆珠:粒径为2mm,市售。
2.2.2主要仪器设备
电子天平:FA2004N,上海菁海仪器有限公司;球磨机:ND7-1L,南京南大天尊有限公司;马弗炉:JSL1600,上海久工电器有限公司;X射线衍射仪(XRD):D/max2550V,日本Rigaku公司;紫外可见近红外分光光度计(UV-vis-NIR):CA艮Y500,美国Varian公司;X射线光电子能谱分析仪(XPS):ESCALAB250Xi,美国ThermoFisher公司;能谱仪(EDS);Falion60s,美国EDAX公司;扫描电子思微镜(SEM):S-3400N,日本日立公司;色度分析仪:ColorFlex,美国HunterLab公司。
2.2.3样品制备
(1)称量
按照组成称取一定质量的氧化钇、三氧化钼、氧化锆,并按照相应的料;锆珠:溶剂的比例,称取一定质量的锆珠和溶剂。将原料逐一投入尼龙球磨罐中。
(2)球磨泡合将尼龙球磨罐牢牢固定在球磨机中,设定相应的球磨速率和球磨时间。
(3)制成粉末
将球磨获得的浆液过筛分离锆珠,然后放入烘箱中,在80°C的设定温度下烘12h,取出,研磨,过400目筛网,制得粉末。
(4)烧结
将装有粉末的刚玉巧蜗放入马弗炉中,设定烧结程序(W8°C/min的升温速率从室温升至600°C,保溫1h,Wl°C/min的升温速率从600°C升温至终烧温度,保温6h,然后自然冷却)。取出,研磨,过400目筛,得产物。
2.2.4结构与性能测试
(1)粒度分布分析
采用丹东百特仪器公司的BT-9300ST型激光粒度分布仪对测得的样品进行粒度测试范围为0.1-1000脚,重复性误差小于1%側标样时Dso的偏差),测定时间为1-3分钟/次,遮光率范围是8-40(遮光率的大小是代表样品对激光的衰减程度),光源为半导体激光器,波长635nm,功率3mw。
(2)晶相分析
采用日本Rigaku公司的DMax2550V型X射线衍射仪获得样品的XRD图谱,并利用Jade6.0软件和标准PDF卡片对照,分析样品晶相组成。测试条件;Cu範Ka福射货=0.15418nm),扫描范围:10°每吃70°,测试步长0.02°,管压管流40kV/40mA。
(3)元素分析
采用美国EDAX公司的Falion60s型能谱仪获得样品的元素组成。主要配置;蓝宝石钮漂移娃CDU型带窗X射线探测器、数字脉冲处理器,主要技术指标:分辨率化于132eV,可测元素范围5B-92U;采用美国ThermoFisher公司的ESCALAB250Xi型X射线光电子能谱仪分析元素的结合与渗杂。主要配置:微单色化XPS装置,全自动5-轴样品操作台,用于电荷中和的中和电子枪,主要技术指标;分析室真空度优于5.xi-iDmbar,单色化XPS优分辨:对Ag3d5/2峰,分辨优于0.45eV,单色化XPS大束斑灵敏度:对Ag3屯峰分辨优于0.5eV时,灵敏度优于400Kcps。
(4)形貌和粒度分析
采用日本Hitachi公司的S3400N型的扫描电子显微镜观察样品的形貌W及粒径大小。主要配置;二次电子探测器、背散射电子探测器;主要技术指标:高真空分辨率3.0nm,真空分辨率4.0nm,放大倍数范围是5-50000。
(5)可见光和近红外漫反射光谱分析
采用美国Varian公司的CARY500型的紫外可见近红外分光光度计测试样品在200?2000run的波长范围內,对不同波长色光的反射强度。如果波谱显示某段色光的反射强度越弱,说明色料对于该波段色光的吸收强度越高,色料所呈现的颜色是其吸收色光的补色光。黄色的补色是蓝色,蓝色的波段范围是435-480nm,所W色料对435?480nm波段的反射强度越,说明色料的黄色饱和度越島。
(6)色度分析
采用美国爱色丽X-ri化公司测色仪分析色料的C化L*a*b*参数。CIEL*a*b*参数是由照明委员会CommissionInternationaldeI’Eclairage制定的光学参数,用来表征样品的颜色。b*代表样品的黄蓝色度,b*为正值时表示黄色,b*为负值时表示藍色;a*表征样品红绿色度,a*为正值时表示红色,a*为负值时表示缘色;L*表征样品明暗程度,L*越大,样品越亮,L*越小,样品越暗。
2.3结果与讨论
2.3.1原料粉末球磨工艺的优化
(1)球磨速率的选择
球磨机的转速是影响粉末细化程度的一个重要因素,理论上,转速越高,球磨时间越短,颗粒越细,但是转速不可W太高,否则由于离也力作用,球磨罐内壁出现大量的锆珠和粉末,起不到很好的球磨混合和细化效果。因此,对于本课题的优球磨速率的研究是通过控制其他因素不变的情况下,考察不同的球磨速率对于球磨介质状态的影响来确定。具体的影响见表2
球磨速率对由磨介质的影响
从表2.1可W看出,若原料、锆珠、去离子水的质量比为1:2:1,球磨时间为6h,当球磨速率在300rpm/minW下时,球磨罐的内壁上没有锆珠,也没有粉末,说明此时的球磨速率提供给锆珠的离也为还不足W克服自身的离也力;当球磨速率为350或400rpm/min时,內壁上出现粉末的粘附现象,原料的海合和细化效果不好;当球磨速率为450rpm/min时,球磨罐的内壁上出现大量锆珠和粉末,说明此时的球磨速率过高,导致锆珠的离屯、力大于本身的重力,球磨介质紧贴球磨罐的内壁,导致锆珠、原料粉末、球磨罐处于相对静止的状态,原料的混合和细化效果不好,也浪费很多的机械。所综合考虑,佳的球磨速率是300rpni/min。
(2)球磨时间的选择
球磨时间也是影响粉末细化效果的一个重要因素,理论上,球磨时间越长,锆珠与锆珠之间相互挤压、碰撞作用的时间越长,粉末被细化的程度越高,颗粒越细、越均匀。但是,球磨时间过长会导致小颗粒的重新团聚。因此,对于本课题的优球磨时间的研究是通过控制其他因素不变的情况下,考察不同的球磨时间对于颗粒大小和分布的影响来确定,结果如图2.1和图2.2所示。
球磨时间对颗粒大小和分布的影响
不同球磨时间所得的颗粒中位粒径
 
 
图2.1是W氧化锭、H氧化巧为原料,当原料、锆珠、去离子水的质量比1:2:1且球磨速率是300rpm/min的条件下,不同的球磨时间对颗粒大小和粒径分布的影响。球磨时间为0h反映的是原料颗粒的大小和粒径分布,当球磨时间为0h的时候,颗粒的粒径都在1^上,且更加趋近于10nm,颗粒的中位粒径是8.497jim。当球磨时间为211的时候,颗粒的中位粒径从8.49714^减小到2.6%畔,少量的颗粒粒径小于1。当球磨时间为4h时,颗粒的中位粒径从2.636|_im减小到1.567)am,较多量的颗粒粒径小于1^im。当球磨时间为6h时,颗粒的中位粒径从1.567减小到1.222|_tm,较多量的颗粒粒径小于1[?im.当球磨时间为8h的时候,颗粒的中位粒径从1.222|_im增加到1.324|jm,较多量的颗粒粒径小于1fxm,具体顿粒的中位粒径的变化趋势如图2.2所示。从图2.2中可W看出,当球磨时间在6hW内,颗粒的中位粒径随着球磨时间的增加而不断减小,从8.497叫1减小到1.222ixm,这说明球磨机高速旋转提供的机械能,使得锆珠之间挤压、碰撞,对原料产生摩擦、剪切作用,导致原料颗粒的粒度减小:当球磨时间继续增加至8h的时候,颗粒的中位粒径反而从1.222以m增加到1.324lam,这是因为更长时间的研磨导致小颖粒重新团聚现象的出现,粒径増大。所L:J>,当球磨时间为6h,
获得佳的颗粒粒径大小。
从粒径分布的角度来看,原料的粒径分布十分不均匀,有多个峰,而且峰与峰之间间隔较远;球磨2h后,原料的粒径分布较均匀,单峰,峰顶对应的颗粒百分含量约为8%,峰底较窄;球磨4h后,原料的粒径分布较均匀,单峰,峰顶对应的颗粒百分含量约为8%,但相对球磨2h,在1W下颗粒分布较宽;球磨6h后,原料的颗粒分布十分均匀,单峰,峰顶对应的颗粒含量约为12%,峰底窄;球磨8h后,原料的颗粒分布较均匀,单峰,峰顶对应的颗粒含量约为10%,峰底较窄。所当球磨时间为6h,
获得佳的颗粒粒径分布。
综合考虑,在原料、锆珠、去离子水的质量比1:2:1且球磨速率是300rpm/min的条件下,球磨时间为6h能获得佳的颗粒大小和粒径分布。
(3)料球比的选择
料珠比也是一个重要的球磨工艺参数,耍达到很好的粉末细化效果,必须选取合适的料珠比。佳料珠比的研究是通过控制其他因素不变的情况下,考察不同的料珠比对于颗粒大小和分布的影响来确定,结果如图23所示。
料球比对颗粒大小和分布的影响
图2.3是1氧化钇、三氧化钼为原料,去离子水为溶剂,球磨速率为300巧111/1111,球磨时间为6h的条件下,当原料、锆珠、去离子水的质量比分别为1:1:1、1:2:1、1:3:1所得到的颗粒大小和粒径分布图。可W看出在料珠比为1:1时,颗粒的中位粒径为2.095微米,粒径分布较宽;料珠比为1:2时,颗粒的中位粒径为1.222微米,粒径分布窄;料珠比为1:3时,颗粒的中位粒径为1.72微米,粒径分布窄。佳的工艺条件应该是料珠比1:2,该条件下球磨能获得佳的颗粒大小和粒径分布。送是因为当料珠比为1:1时,加入的原料相对较多,锆珠的量相对较少,因此在球磨过程中少部分的原料能够被锆珠与锆珠之间的界面捕捉到,其余部分的原料被挤压逸出,导致颗粒的机械作用效果不均匀,粒径分布变宽,超细粉碎效果变差;当料球比为1:3时,锆珠的量相对较多,原料粉末相对较少,容易导致空磨现象,机械作用的利用率降,影响球磨效果。