CN104030334A - 一种具有高近红外辐射反射率的深红色无毒颜料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有高近红外辐射反射率的深红色无毒颜料及其制备方法。制备方法为：将含Ce、Pr、Al的可溶性盐按一定摩尔比溶解于一定量的水中，加入过量的沉淀剂反应一段时间；将沉淀产物洗涤、干燥，研磨均匀，在高温下下煅烧一段时间后研磨、装样。本发明提供的具有反射红外辐射功能的的颜料生产所需设备简单、易于操作，适合大规模工业化生产。本发明的深红色红外反射颜料，在800-2500纳米的近红外区其光谱平均反射率在68％以上，其红外区日照反射率达到49％以上。此外，所制备的无机固体颜料不含有机溶剂，具有安全无毒，化学性质稳定，易于长期保存，性能稳定的有益效果，是一种优良的功能性无机颜料产品。

Description

一种具有高近红外辐射反射率的深红色无毒颜料

技术领域

本发明涉及一种功能性无毒稀土颜料的制备方法，这种方法制备的颜料具有深红的颜色，用于具有反射近红外辐射性能的热遮蔽性涂料，特别涉及一种温和的制备可以反射红外辐射的深红色颜料的方法。

背景技术

太阳辐射，一直是人类能源的最终来源。但是，太阳光在施惠于人类的同时，也给人类的生产生活带来了不良的影响。太阳光的大部分辐射能集中在到达地球的可见光(45％)和红外光区(50％)，其中，90％的红外辐射能量集中在波长800-2500纳米，即近红外范围内。而这一部分辐射，不仅对色彩没有任何益处，反而会提高物体表面温度，加快升温速率，使室外化工产品加速老化，降低使用寿命，甚至过高温度会导致储油设施发生危险。因此，制造一种具有高近红外辐射反射性能的粉体，降低太阳辐射对人类的不利影响，具有重要的现实意义。

然而，最初的具有近红外辐射反射性能的无机金属氧化物颜料，是以金红石型TiO₂为主的钛白粉颜料。但事实上，对建筑物以及室外物品，我们更喜欢深色或者各种色彩搭配的表面涂料。为满足对于彩色颜料的需求，专利特开2008-44805提出了一种以Fe-Co-Al为主题的含多种碱金属的黑色红外反射颜料，红外反射率达到30％。P.Prabhakar等制备出了具有黄色到橙红色的，高亮高反射率的颜料(TiO₂)₁(CeO₂)_1-x(RE₂O₃)_x，其中RE为Y，Pr，Nd。Kalarical Janardhanan Sreeram等研制了红棕色的Ce-Pr-Mo以及红橙色Ce-Pr-Fe颜料，近红外反射率高达65％。但是，这类颜料或者制备工艺复杂，或者原料过多，或者能耗较高，并不适合大规模的工业化生产，一直无法令人满意。同时，国内的近红外颜料粉体的研究一直与国外相比存在差异，很少报道。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种可以反射红外辐射的具有深红颜色的无毒稀土颜料的制备方法，利用该方法制备出的深红色颜料具有良好的红外辐射反射性能，可将其作为颜填料添加到涂料中制成隔热涂料产品。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种制备具有高近红外辐射反射率的深红色无毒颜料的方法，其特征在于，包括以下步骤：在室温下将一定比例制备的稀土盐溶液和红外反射率反射增强剂混合，加入沉淀剂控制混合液pH值在一定范围，沉淀反应一段时间，将得到的沉淀洗净、干燥，干燥产物混合、研磨，在高温下下煅烧一段时间后研磨即可得到反射红外辐射的颜料。其中，所述原料如下：

所述稀土盐溶液是Ce、Pr的可溶性盐组成的混合物；所述红外辐射反射增强剂为Al(NO₃)·6H₂O，其最终的近红外反射性能增强来源于高温反应产物Al₂O₃；所述的沉淀剂为含有氢氧根的可溶性盐的单一或混合物，本发明中优选氨水，纯度为工业纯以上。

所述实验条件如下：

所述的沉淀反应pH值为≥9.0，所述的沉淀反应时间为2～12小时，所述的沉淀反应在高速搅拌下进行，反应温度保持60～100℃；所述的沉淀洗净所用方法为水洗或乙醇清洗；所述的沉淀干燥时间为2～12小时，反应干燥温度保持60～280℃；所述高温煅烧温度可以为600～1200℃，煅烧时间为2～12小时。

本发明产品采用岛津UV-3600型紫外可见近红外分光光度计测试固体漫反射谱，采用GB/T 17683.1一1999太阳能在地面不同接收条件下的太阳光谱辐照度标准数据计算颜料在800-2500nm红外区日照反射率。所述计算公式为

$\mathrm{SR}=\frac{{\∫}_{800}^{2500}R\left(\mathrm{\λ}\right)i\left(\mathrm{\λ}\right)d\left(\mathrm{\λ}\right)}{{\∫}_{800}^{2500}i\left(\mathrm{\λ}\right)d\left(\mathrm{\λ}\right)}$

式中，SR为试样的太阳辐射反射率；R(λ)为波长λ时试样的光谱反射率(W·m^-2)；i(λ)为波长λ处的太阳辐照度(W·m^-2·nm^-1)。

测试结果和外观显示，具有以下优点：本发明所得到的热反射颜料具有优良的红外反射性能红外区日照反射率达到49％以上、具有深红颜色可用于将其作为军事上的红外隐身，房屋降温以及外壳降温材料；充分利用了我国含量较多的稀土资源，所制备的无机固体颜料不含有机溶剂，具有安全无毒，化学性质稳定，易于长期保存，性能稳定的有益效果；另外，本发明制备的可反射红外辐射的颜料生产设备主要为球磨机和烧制电炉，设备投入少、制备工艺简单且易于操作，所以适合工业化生产。

附图说明

图1为实施例3所得深红色近红外辐射反射颜料的光谱反射率图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的描述。以下实施例只用于说明本发明，不用于限制本发明的保护范围。

实施例1深红色近红外辐射反射颜料的制备

将硝酸铈、硝酸镨、硝酸铝分别按照摩尔比Ce∶Pr∶Al＝9∶1∶1比例称量，然后将上述原料逐步加入水中，搅拌均匀，形成溶液。溶液中加入氨水，形成棕色或者黄棕色混浊液，氨水加入量以用PH试纸标定值大于等于9为佳；浑浊液在80℃下高速搅拌2小时，30℃下静置10小时。产物离心、使用乙醇或者水洗多次；产物在220℃下干燥。干燥后的混合物，研磨成粉末状。将研磨后的混合物在800℃下灼烧6小时，继续升温在1000℃下煅烧1小时，煅烧产物研磨均匀在得到具有近红外反射性能的深红色颜料粉体。

所述硝酸铝为红外反射增强剂；氧化铝本身具有较高的红外反射率，但过量加入会严重影响颜料本身的深色色泽，适当加入，可以在不影响颜料颜色性能条件下有效提高颜料的红外反射率。

采用岛津UV-3600型紫外可见近红外分光光度计测试固体漫反射谱，采用GB/T17683.1-1999太阳能在地面不同接收条件下的太阳光谱辐照度标准数据计算颜料在800-2500nm红外区日照反射率。其中，测得实施例1颜料样品的近红外光谱反射率平均值为68.7％，红外区日照反射率为49.1％。

实施例2深红色近红外辐射反射颜料的制备

将硝酸铈、硝酸镨、硝酸铝分别按照摩尔比Ce∶Pr∶Al＝9∶1∶2比例称量，按照实例1所述步骤得到具有近红外反射性能的深红色颜料粉体。测得实施例2颜料样品的近红外光谱反射率平均值为71.2％，红外区日照反射率为49.5％。

实施例3深红色近红外辐射反射颜料的制备

将硝酸铈、硝酸镨、硝酸铝分别按照靡尔比Ce∶Pr∶Al＝9∶1∶3比例称量，按照实例1所述步骤得到具有近红外反射性能的深红色颜料粉体。测得实施例3颜料样品的近红外光谱反射率平均值为71.1％，红外区日照反射率为53.6％。采用岛津UV-3600型紫外可见近红外分光光度计测得在800-2500纳米的近红外区，实施例3颜料样品光谱反射率图如图1所示。

Claims (8)

1.一种具有高近红外辐射反射率的深红色无毒颜料，其特征在于，所述产物为氧化物固溶体，化学式可表示为(CeO₂)_1-x(Pr₂O₃)_x(Al₂O₃)_y，其中所述产物化学式中0.01≤x≤0.4，0.1≤y≤0.5。

2.一种具有高近红外辐射反射率的深红色无毒颜料，其特征在于，所述产物的制备方法如下：按照所述颜料的化学式的摩尔计量比，称量以下组分的基体原料：0.9M～0.6M的铈的可溶性盐，0.1M～0.4M的镨的可溶性盐；称量以下组分的红外反射增强剂：0.1M～0.5M的硝酸铝；将上述原料溶解于一定量的水中，加入过量的沉淀剂后在一定温度下反应一段时间；待反应物沉淀完全后，将沉淀收集、洗涤和干燥，干燥产物混合、研磨，在高温下下煅烧一段时间后研磨得到粉体颜料。

3.一种具有高近红外辐射反射率的深红色无毒颜料，其特征在于，所述的可溶性盐为氯化物，硝酸盐和其他可溶性稀土盐。

4.一种具有高近红外辐射反射率的深红色无毒颜料，其特征在于，所述的沉淀剂可为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水等可使稀土离子沉淀出来的可溶于水的碱性物质。

5.一种具有高近红外辐射反射率的深红色无毒颜料，其特征在于，所述的沉淀反应时间为2～12小时，反应温度保持60～100℃。

6.一种具有高近红外辐射反射率的深红色无毒颜料，其特征在于，所述近红外反射增强剂为Al(NO₃)·6H₂O，所述颜料最终的红外反射性能增强来源于Al₂O₃。

7.一种具有高近红外辐射反射率的深红色无毒颜料，其特征在于，所述高温煅烧温度可以为600～1200℃，煅烧时间为2～12小时。

8.一种具有高近红外辐射反射率的深红色无毒颜料，其特征在于，所述的得到的粉体颜料具有深红的颜色。