CN103992660B - 一种ZrO2包裹型γ-Ce2S3红色料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种ZrO2包裹型γ-Ce2S3红色料，包括以γ-Ce2S3发色体为内核、以及包裹在发色体内核外的ZrO2壳体。此外，还公开了上述ZrO2包裹型γ-Ce2S3红色料的制备方法。本发明采用均匀沉淀法首次制备出ZrO2包裹型γ-Ce2S3色料，实现了包裹型γ-Ce2S3红色料制备的技术突破，产品的抗氧化性能和化学稳定性有了明显改善，分散性能优良，拓宽了其应用领域，有利于包裹型γ-Ce2S3红色料生产技术的推广和发展。
Description
技术领域
本发明涉及无机颜料技术领域，尤其涉及一种包裹型γ-Ce2S3红色料的制备方法。
背景技术
红色具有明媚、鲜艳、热烈、高贵、华丽等特质，其内涵丰富多彩，象征着生命、喜悦、丰收、吉祥、如意等一切美好事物，乃世界各民族喜好的颜色之一，从而赋予了它在装饰材料生产及应用中举足轻重的地位。红色颜料通常分为有机红色颜料和无机红色颜料两大类。有机红色颜料色泽鲜艳、着色力强；但其遮盖力、热稳定性、光稳定性及抗紫外线辐射的能力差，因而难以完全取代无机红色颜料。但是，目前现有技术的无机红色颜料大多含有镉、铅、汞等对人体极为有害的重金属元素。随着全球对环境保护的日益重视及其要求的不断提高，近年来许多国家制定出严格的法规以限制或禁止使用对环境造成污染的有毒颜料。因此，为适应社会对环境保护和产品性能的要求，寻找无毒高性能无机红色颜料的制备工艺迫在眉睫。
硫化铈(γ-Ce2S3)红色颜料，具有颜色深红、无毒性、遮盖力强、熔点高、还原气氛下热稳定性好、可强烈吸收紫外线等特点，作为无机颜料已应用于塑料、涂料、油墨、化妆品等领域。Ce在地壳中的含量极高、资源丰富，因此γ-Ce2S3红色颜料可作为毒镉红等的替代材料。然而，γ-Ce2S3高于350℃时会被氧化分解，在酸性环境中也极容易被酸腐蚀而释放出H2S气体，这些缺陷大大限制了其应用范围。为此，材料工作者提出了包裹技术，即在色剂外表面包裹一层无色透明、高温下稳定且耐腐蚀的物质以提高其温度稳定性及耐酸性，从而拓宽其应用领域。
目前，对于γ-Ce2S3包裹色料的报导并不多，主要进行的是SiO2或ZnO包覆γ-Ce2S3色料的研究，结果表明对于色料的化学稳定性、耐热性等有了一定的改善。但现有技术的研究只是说明对γ-Ce2S3进行包裹处理是可行的，对于在装饰领域的实际应用，γ-Ce2S3色料包裹技术的研究尚有待于进一步进行，色料的性能还有待于进一步的提高。
ZrO2具有耐高温和抗腐蚀的特性，化学稳定性良好，可抵抗酸性或中性熔体的侵蚀，且具有良好的光学性能，是作为色料包裹体的优质材料。然而，γ-Ce2S3只能存在于碱性溶液中，而Zr4+在碱性条件下极易水解形成Zr(OH)4沉淀，这对γ-Ce2S3的包裹过程是极为不利。然而，如能实现ZrO2对γ-Ce2S3的包裹，将有助于γ-Ce2S3色料包裹技术和产品性能的极大提高。目前，尚未见到制备ZrO2包裹型γ-Ce2S3色料的报导。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种温度稳定性高、化学稳定性好且分散性良好的ZrO2包裹型γ-Ce2S3红色料的制备方法，以实现包裹型γ-Ce2S3红色料的技术突破，拓宽其应用领域。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
本发明提供的一种ZrO2包裹型γ-Ce2S3红色料的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备原料溶液
色料悬浮液：将γ-Ce2S3色料分散溶解于碱性溶液中得到色料悬浮液；
锆源溶液：将Zr4+锆源、络合物和沉淀剂溶于水中搅拌混合，然后调节其pH值而得到呈碱性的锆源溶液；其中按照摩尔比Zr4+∶络合物∶沉淀剂＝1∶1～4∶0.5～4；
(2)将所述色料悬浮液与锆源溶液混合均匀而得到混合悬浮液；其中按照摩尔比γ-Ce2S3∶Zr4+＝1∶2～8；
(3)将所述混合悬浮液进行水热反应，反应产物洗涤干燥后得到混合粉体；
(4)将所述混合粉体在非氧化气氛下进行热处理而得到ZrO2包裹型γ-Ce2S3红色料。
本发明制备的ZrO2包裹型γ-Ce2S3红色料，以γ-Ce2S3发色体为内核，在发色体内核外包裹ZrO2壳体；发色体内核的粒径为3～6μm，ZrO2壳体按体积百分比占色料的15～50％。
进一步地，为更好地分散色料，本发明所述步骤(1)的色料悬浮液中加入分散剂，所述分散剂的用量为γ-Ce2S3色料的1～50wt％。所述步骤(1)中色料悬浮液和锆源溶液的pH值为8.0～13.0。
进一步地，本发明所述步骤(3)的水热反应温度为110～220℃，反应时间为6～72h。所述步骤(4)的热处理温度为450～600℃，处理时间为4～6h。
上述方案中，本发明所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十二烷基磺酸钠(SDS)、烷基氯化吡啶。所述Zr4+锆源为氯氧锆、四氯化锆、醋酸锆、锆醇盐。所述络合物为EDTA、柠檬酸(CA)、乙二胺(EDA)、柠檬酸盐、甘氨酸、肼；所述沉淀剂为尿素、六次亚甲基四胺。
本发明具有以下有益效果：
本发明采用均匀沉淀法首次制备出ZrO2包裹型γ-Ce2S3色料，实现了包裹型γ-Ce2S3红色料制备的技术突破，产品的抗氧化性能和化学稳定性有了明显改善，分散性能优良，并且通过控制色剂和锆源的用量、反应温度可实现包裹过程的可控制性制备。本发明克服了纯γ-Ce2S3色剂使用范围小的缺点，拓宽了其应用领域，并有助于实现装饰领域的实际应用。此外，本发明不仅提高了成品色料的产品质量，而且能够很好地适应环境友好及清洁生产发展趋势，有利于包裹型γ-Ce2S3红色料生产技术的推广和发展。
下面将结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
具体实施方式
本发明实施例采用市售γ-Ce2S3，首先进行预处理，即在去离子水和乙醇中各清洗2遍以除去表面可能存在的杂质，然后在50℃温度下干燥，之后将所得粉体在玛瑙研钵中研细并过筛即得预处理的Ce2S3色料，并用于以下ZrO2包裹型γ-Ce2S3红色料的制备。
本发明实施例一种ZrO2包裹型γ-Ce2S3红色料的制备方法，其步骤如下：
(1)制备原料溶液
色料悬浮液：将γ-Ce2S3色料分散于30mL去离子水中，调节其pH值为8.0～13.0，超声分散20min得到悬浮液；将分散剂加入到10mL蒸馏水和10mL乙醇的混合溶液中并匀化处理，然后加入到上述悬浮液中，用NaOH或氨水调节悬浮液pH值为8.0～13.0后，在缓慢磁力搅拌下陈化24h，得到色料悬浮液；
锆源溶液：将Zr4+锆源、络合物和沉淀剂溶于50mL去离子水中搅拌混合，然后调节pH值为8.0～13.0而得到锆源溶液；其中按照摩尔比Zr4+∶络合物∶沉淀剂＝1∶1～4∶0.5～4；
(2)将锆源溶液在搅拌的条件下缓慢加入到色料悬浮液中，超声分散20min得到混合悬浮液；其中按照摩尔比γ-Ce2S3∶Zr4+＝1∶2～8；
(3)将混合悬浮液加入到反应釜中，维持75～80％的填充度、在110～220℃温度下水热反应6～72h，将所得产物离心分离并分别用去离子水和无水乙醇洗涤至不含Cl－后，在50℃温度下干燥24h后得到混合粉体；
(4)将混合粉体在气氛炉中于N2气氛、450～600℃温度下煅烧4h即得到ZrO2包裹型γ-Ce2S3红色料。该色料由γ-Ce2S3发色体内核、以及包裹在发色体内核外的ZrO2壳体构成，γ-Ce2S3发色体内核的粒径为3～6μm(采用激光粒度分析仪测试分析)，ZrO2壳体按体积百分比占色料的15～50％。
本发明实施例一～八的原料用量、工艺参数及产品性能如表1所示。
表1本发明实施例的原料用量、工艺参数及产品性能
注：1、配比a为Ce2S3∶Zr4+的摩尔比，配比b为Zr4+∶络合物∶沉淀剂的摩尔比。
2、△a*为包裹前后红色度的变化。
3、抗氧化能力(始分解温度/终分解温度)采用热重分析仪测试。
4、化学稳定性为用2mol/L盐酸侵蚀，相对于未包裹色料其完全分解的延迟时间。
表1结果表明，通过本发明实施例制备的ZrO2包裹型γ-Ce2S3红色料适合作为红颜料使用，且其抗氧化能力和化学稳定性均有极大的改善，拓宽了其应用领域，有助于实现装饰领域的实际应用。
Claims (8)
1.一种ZrO2包裹型γ-Ce2S3红色料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)制备原料溶液
色料悬浮液：将γ-Ce2S3色料分散溶解于碱性溶液中得到色料悬浮液；
锆源溶液：将Zr4+锆源、络合物和沉淀剂溶于水中搅拌混合，然后调节其pH值而得到呈碱性的锆源溶液；其中按照摩尔比Zr4+∶络合物∶沉淀剂＝1∶1～4∶0.5～4；
(2)将所述色料悬浮液与锆源溶液混合均匀而得到混合悬浮液；其中按照摩尔比γ-Ce2S3∶Zr4+＝1∶2～8；
(3)将所述混合悬浮液进行水热反应，反应产物洗涤干燥后得到混合粉体；
(4)将所述混合粉体在非氧化气氛下进行热处理而得到ZrO2包裹型γ-Ce2S3红色料。
2.根据权利要求1所述的ZrO2包裹型γ-Ce2S3红色料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)的色料悬浮液中加入分散剂，所述分散剂的用量为γ-Ce2S3色料的1～50wt％。
3.根据权利要求1或2所述的ZrO2包裹型γ-Ce2S3红色料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中色料悬浮液和锆源溶液的pH值为8.0～13.0。
4.根据权利要求1所述的ZrO2包裹型γ-Ce2S3红色料的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)的水热反应温度为110～220℃，反应时间为6～72h。
5.根据权利要求1所述的ZrO2包裹型γ-Ce2S3红色料的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)的热处理温度为450～600℃，处理时间为4～6h。
6.根据权利要求2所述的ZrO2包裹型γ-Ce2S3红色料的制备方法，其特征在于：所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基磺酸钠、烷基氯化吡啶。
7.根据权利要求1所述的ZrO2包裹型γ-Ce2S3红色料的制备方法，其特征在于：所述Zr4+锆源为氯氧锆、四氯化锆、醋酸锆、锆醇盐。
8.根据权利要求1所述的ZrO2包裹型γ-Ce2S3红色料的制备方法，其特征在于：所述络合物为EDTA、柠檬酸、乙二胺、柠檬酸盐、甘氨酸、肼；所述沉淀剂为尿素、六次亚甲基四胺。
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