CN106830089A - 含钴元素的尖晶石型彩色陶瓷颜料的合成及在制备太阳能吸光涂层的应用 - Google Patents

含钴元素的尖晶石型彩色陶瓷颜料的合成及在制备太阳能吸光涂层的应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了溶胶‑凝胶自蔓延法合成含钴元素的尖晶石型彩色陶瓷颜料的方法，是将过渡钴盐、锰盐、铬盐、络合剂、酯化剂溶解于乙醇水溶液中，调pH值至中性形成溶胶溶液，再将溶胶溶液加热蒸发溶剂得干凝胶；然后将干凝胶用引燃剂在空气中引燃，使干凝胶以自蔓延的方式迅速燃烧形成棕黑色或浅灰色的自蔓延粉末；最后将自蔓延粉末经煅烧处理，得到组分均匀、纯度高、晶型结构好的尖晶石型陶瓷颜料。将该彩色陶瓷颜料与有机粘结剂、有机溶剂混合，球磨分散后喷涂到金属基材上制得彩色尖晶石型陶瓷太阳能吸光涂层，丰富了太阳能吸光涂层中色彩，拓展了尖晶石型彩色陶瓷颜料的应用范围，有助于实现吸收涂层色彩与太阳能户外建筑颜色的协调一致。

Description

含钴元素的尖晶石型彩色陶瓷颜料的合成及在制备太阳能吸 光涂层的应用
技术领域
本发明涉及一种含钴元素的含钴元素的尖晶石型彩色陶瓷颜料的合成方法，尤其涉及一种溶胶-凝胶自蔓延法合成含钴元素的尖晶石型彩色陶瓷颜料CoMn2O4和CoCr2O4的方法。本发明同时还涉及该陶瓷颜料用于制备太阳能吸收涂层的方法及性能，属于尖晶石型纳米陶瓷颜料的制备及太阳能光热转化材料应用领域。
背景技术
近年来，世界各地都在积极开展新材料的开发研究，尖晶石型化合物作为一种新型的半导体材料，具有较窄的禁带宽度、特殊的晶体结构，能够响应可见光，光电化学性能稳定及可重复利用率高等特点，因而受到极大关注。含钴元素的尖晶石型陶瓷颜料CoMn2O4和CoCr2O4具有鲜明的色泽、优异的耐气候、耐光、耐热，耐酸碱等性能，被广泛应用于耐高温涂料、陶瓷、搪瓷、玻璃、塑料、美术颜料等领域。目前，国内对含钴元素的尖晶石型陶瓷颜料CoMn2O4和CoCr2O4的制备主要是通过传统的固相反应法和共沉淀法来实现。固相反应法虽然操作简单、固相反应中不涉及溶剂，反应物具有高的选择性和高产率的优点，但固相反应通常需要较高的反应温度，容易造成能量的消耗，从而增加了生产成本。共沉淀法虽然有利于在低温条件下获得该类尖晶石化合物，但该方法对金属盐原料的溶解性要求高，并且生产工序复杂，不利于简单化操作。此外，沉淀过程中容易出现成分偏析，影响产物成分的纯度。溶胶-凝胶自蔓延法原料能够在分子水平进行混合，所制备材料煅烧温度低，晶粒尺寸分布均匀、产物纯度高，工艺流程简单，容易实现工业化生产，是一种新型的纳米陶瓷颜料制备技术。因此，采用溶胶-凝胶自蔓延法制备含钴元素的尖晶石型陶瓷颜料有着较好的工业化生产应用前景。
含过渡金属元素的尖晶石化合物，由于过渡金属元素的d轨道存在自旋允许的电子跃迁，因此，含过渡金属元素的尖晶石化合物在整个太阳光谱辐射区域内展现出了较高的吸收性能。专利CN103691647A采用溶胶-凝胶浸涂法在金属基底上成功制备出了CoCuMnO x 尖晶石薄膜。尽管该薄膜展现了较高的太阳能选择性吸收值（α=0.90~0.93，ε=0.05~0.07），但在浸渍过程中存在液膜的边界效应、500℃的热处理温度不利于维持铝基底的机械强度、涂层在退火过程中有机物挥发造成涂层表面大量微孔的形成。因此，采用该方法制备大面积商业化应用的太阳能吸光涂层有待于进一步的研究。另外，采用溶胶-凝胶浸涂法制备出的CoCuMnO x 尖晶石薄膜为单一的黑色，不利于太阳能吸光涂层与户外建筑颜色的协调一致，从而影响了太阳能吸光涂层在户外建筑应用中的美观性。所以，考虑到太阳能吸光涂层在未来户外建筑应用中的多样性、美观性，有必要开发和制备性能稳定、材料廉价、实用性强、生产工艺简单的彩色太阳能吸光涂层。
发明内容
本发明的目的是提供一种溶胶-凝胶自蔓延法合成含钴元素的尖晶石型彩色陶瓷颜料CoMn2O4和CoCr2O4的方法；
本发明的另一目的是提供一种上述方法合成的含钴元素的尖晶石型彩色陶瓷颜料CoMn2O4和CoCr2O4在制备彩色尖晶石型陶瓷太阳能吸光涂层中的应用。
一、含钴元素的尖晶石型彩色陶瓷颜料CoMn2O4和CoCr2O4的合成
本发明采用溶胶-凝胶自蔓延法合成含钴元素的尖晶石型彩色陶瓷颜料的方法，是将过渡金属钴盐、锰盐或/和铬盐、络合剂、酯化剂溶解于乙醇-水混合溶液中，调溶液pH值至中性形成溶胶溶液，再将溶胶溶液置于70~100 ℃的烘箱中加热蒸发溶剂得干凝胶；然后将干凝胶采用无水乙醇在空气中引燃，使干凝胶以自蔓延的方式迅速燃烧形成棕黑色或浅灰色的自蔓延粉末；最后将获得的自蔓延粉末于400~800 ℃下煅烧处理2~3 h，得到尖晶石型陶瓷颜料。
所述钴盐、锰盐、铬盐为分别为过渡金属钴、锰、铬的硝酸盐、卤化盐、硫酸盐、磷酸盐或羧酸盐。过渡金属钴盐与锰盐或铬盐的摩尔比为1:2。所制备的颜料对应两种含钴元素的尖晶石型彩色陶瓷颜料CoMn2O4和CoCr2O4。
所述络合剂为柠檬酸、酒石酸、乳酸、苹果酸、葡萄糖酸、己二胺四乙酸、氨基三乙酸、甘氨酸、羟乙基乙二胺三乙酸、二羟乙基甘氨酸中的任何一种，优选柠檬酸、甘氨酸。络合剂的用量为过渡金属盐总摩尔量的0.6~1.5倍。
所述酯化剂为乙二醇、丙三醇、聚乙二醇200、聚乙二醇300、聚乙二醇400、聚乙二醇600或聚乙二醇甲醚，优选聚乙二醇200。酯化剂的用量为过渡金属盐总摩尔量的0.6~1.5倍。
所述所述乙醇-水混合溶液中，乙醇与水的体积比为1:4~1:8。
二、彩色尖晶石型陶瓷太阳能吸光涂层的制备
上述合成的含钴元素的尖晶石型彩色陶瓷颜料CoMn2O4或/和CoCr2O4与有机粘结剂、有机溶剂混合，球磨分散8~14 h后形成不同颜色的太阳能吸光涂料；再将太阳能吸光涂料喷涂到经清洗处理的金属基底上获得厚度为4~7 μm的彩色涂料涂层，然后将涂料涂层置于120~160 ℃的温度条件下固化1~2 h，得到不同颜色的太阳能吸光涂层。
含钴元素的尖晶石型彩色陶瓷颜料、有机粘结剂、有机溶剂的质量百分数分别为：尖晶石型陶瓷颜料：15~30%，有机粘结剂：20~45%，有机溶剂：50~70%。其中，含钴元素的尖晶石型彩色陶瓷颜料为CoMn2O4 和CoCr2O4时；CoMn2O4与CoCr2O4的质量比为1:0.3~1:4。
所述有机粘结剂为热固化的环氧改性有机硅、丙烯酸改性有机硅、丙烯酸改性的聚氨酯、环氧改性的聚氨酯或有机硅改性的聚氨酯。
所述溶剂为丙酮、甲苯、二甲苯、乙酸乙酯、醋酸丁酯中的至少一种。
所述金属基底为铝板或不锈钢板；其清洗处理是将金属基底分别在无水乙醇和丙酮中超声清洗10~15 min，然后用氮气吹干金属基底。
本发明具有如下的显著优点：
1、本发明采用溶胶-凝胶自蔓延法合成的含钴元素的CoMn2O4和CoCr2O4两种尖晶石型彩色陶瓷颜料的过程中，络合剂络合金属离子并通过聚合反应形成大分子的网络聚合物而形成溶胶，显著提高了溶胶的均一性、稳定性；在自蔓延反应中络合剂作为燃烧剂，参与热诱导氧化还原反应，从而大大降低了形成尖晶石化合物所需的晶化温度；
2、在400 ℃的低温条件下成功制备出了CoMn2O4和CoCr2O4两种尖晶石相，从而有效的改进了制备CoMn2O4和CoCr2O4尖晶石型陶瓷颜料苛刻的制备条件，节约了能耗，降低了制备成本；
3、本发明合成的含钴元素的Co(Mn,Cr)2O4尖晶石型彩色陶瓷颜料用于制备彩色尖晶石型陶瓷太阳能吸光涂层，丰富了太阳能吸光涂层中色彩的应用范围，有助于实现彩色吸收涂层与户外建筑颜色的协调一致；
4、本发明可通过改变金属盐与络合剂的种类、燃料与金属盐的比例、溶剂的配比及含量、煅烧温度、煅烧时间，很好地控制合成尖晶石型陶瓷颜料的成分、纯度、形貌以及粒径分布，丰富了尖晶石型陶瓷颜料的品种，扩展了尖晶石型陶瓷颜料的应用范围；
5、本发明中将彩色尖晶石型陶瓷颜料与有机粘结剂、有机溶剂直接混合后采用喷涂法制备彩色太阳能吸光涂层，操作工艺简单，连续可控，对环境无污染、设备要求低、成本低廉、便于工业化生产。
附图说明
图1为实施例1在不同煅烧温度条件下制得CoMn2O4墨绿色陶瓷颜料的X-ray衍射谱图。
图2为实施例1在800 ℃条件下煅烧3 h制得CoMn2O4墨绿色陶瓷颜料的扫描电镜图。
图3为实施例1在不同煅烧温度条件下得到CoMn2O4墨绿色陶瓷颜料的红外反射谱图。
图4为实施例1中基于800 ℃条件下煅烧的CoMn2O4墨绿色陶瓷颜料制备得到太阳能吸光涂层的反射谱图。
图5为实施例2在不同煅烧温度条件下制得CoCr2O4绿色陶瓷颜料的X-ray衍射谱图。
图6为实施例2在800 ℃条件下煅烧3 h制得CoCr2O4绿色陶瓷颜料的扫描电镜图。
图7为实施例2在不同煅烧温度条件下得到CoCr2O4绿色陶瓷颜料的红外反射谱图。
图8为实施例2中基于800 ℃条件下煅烧的CoCr2O4绿色陶瓷颜料制备得到太阳能吸光涂层的反射谱图。
图9为实施例3中基于800 ℃条件下煅烧的混合尖晶石型陶瓷颜料制备得到太阳能吸光涂层的反射谱图。
图10为实施例4中基于800 ℃条件下煅烧的混合尖晶石型陶瓷颜料制备得到太阳能吸光涂层的反射谱图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明含钴元素的尖晶石型彩色陶瓷颜料的合成及在制备太阳能吸光涂层中的应用作进一步说明。
实施例1
（1）CoMn2O4尖晶石型墨绿色陶瓷颜料的合成
将0.4 mol柠檬酸和0.4 mol聚乙二醇200加入到400 ml乙醇-水混合溶液中（乙醇与水的体积比为1:5），常温条件下磁力搅拌，待溶解完全后，向溶液中加入0.1 mol六水合硝酸钴、0.2 mol硝酸锰，金属离子的总物质量浓度维持在0.75 mol/L；常温条件下搅拌一段时间后，用0.15 mol/L的氨水将溶液pH值调至中性形成溶胶溶液；将上述溶胶溶液置于70~100 ℃的烘箱中加热蒸发溶剂得到干凝胶；再用几滴无水乙醇将干凝胶在空气中引燃，使干凝胶以自蔓延的方式迅速燃烧形成浅黑色的自蔓延粉末；最后将自蔓延粉末置于程序升温炉中，分别在400 ℃、500 ℃、600 ℃、700 ℃、800 ℃下煅烧3 h，制得墨绿色尖晶石型CoMn2O4陶瓷颜料。
图1为在不同煅烧温度条件下煅烧制得的CoMn2O4尖晶石型陶瓷颜料的X-ray衍射谱。从图1可以看出，不同温度条件下制备的CoMn2O4陶瓷颜料的衍射峰和立方结构的CoMn2O4（JCPDS 18-0408）晶面衍射峰一致。此外，随着煅烧温度的增加，衍射峰强度逐渐增强，半峰宽逐渐变窄，预示着晶体的结晶性逐渐增强、晶粒尺寸逐渐增大。因此，在较高的退火温度条件下有助于获得晶型结构较好的CoMn2O4尖晶石型陶瓷颜料。
图2为在不同煅烧温度条件下煅烧制得的CoMn2O4尖晶石型陶瓷颜料的扫描电镜图。从扫描电镜图中可见，800 ℃煅烧3 h条件下得到的CoMn2O4陶瓷颜料表现出了明显的晶界。晶体的结晶性越好，晶体分子的对称性越高，晶体分子所表现出来的红外吸收就越弱，因此，有助于CoMn2O4尖晶石型陶瓷颜料获得较低的太阳能发射值。
图3为不同煅烧温度条件下制备得到CoMn2O4陶瓷颜料在红外区域的反射光谱以及通过反射光谱计算得到CoMn2O4尖晶石型陶瓷颜料的热发射值。由图3可以看出，随着煅烧温度的增加，CoMn2O4陶瓷颜料的热发射值逐渐降低。因此，可以通过测定陶瓷颜料的热发射值来预选 CoMn2O4陶瓷颜料用于制备光谱选择性吸收涂层。
（2）尖晶石型墨绿色陶瓷太阳能吸光涂层的制备
将金属铝基底分别在无水乙醇和丙酮中超声清洗15 min进行除污，清洁后的铝基底用氮气吹干。将上述800 ℃条件下煅烧3 h制备的CoMn2O4陶瓷颜料、丙烯酸改性的有机硅、乙酸乙酯与丙酮的混合溶剂混合（其中各原料的质量百分数：CoMn2O4：20%，丙烯酸改性有机硅：35%，乙酸乙酯与丙酮的混合溶剂45%；混合溶剂中乙酸乙酯与丙酮的体积比为4:1），并将混合体系经过12 h球磨后，得到墨绿色太阳能吸光涂料；然后将太阳能吸光涂料喷涂到经清洗处理的铝板上制成厚度为4.2 μm 的墨绿色涂料涂层，最后将涂料涂层置于120~160℃的温度条件下固化2 h，得到墨绿色的太阳能吸光涂层。其太阳能吸收率和发射率分别为0.856和0.312。墨绿色太阳能吸光涂层的反射光谱见图4。
实施例 2
（1）尖晶石型绿色陶瓷颜料CoCr2O4的合成
将0.33 mol柠檬酸和0.33 mol聚乙二醇200加入到400 ml乙醇-水混合溶液中（乙醇与水的体积比为1:5）,常温条件下磁力搅拌，待溶解完全后，向溶液中加入0.1 mol六水合硝酸钴、0.2 mol九水合硝酸铬，金属离子的总物质量浓度维持在0.75 mol/L；常温条件下继续搅拌，用0.15 mol/L的氨水将溶液pH值调至中性；将上述溶胶溶液置于70~100 ℃的烘箱中加热蒸发溶剂得到干凝胶，采用几滴无水乙醇将干凝胶在空气中引燃，使干凝胶以自蔓延的方式迅速燃烧形成浅灰色的自蔓延粉末，再将浅灰色的自蔓延粉末置于程序升温炉中，分别在400 ℃、500 ℃、600 ℃、700 ℃、800 ℃下煅烧3 h，制备得到CoCr2O4尖晶石型绿色陶瓷颜料。
图5为在不同煅烧温度条件下煅烧制得的CoCr2O4尖晶石型陶瓷颜料的X-ray衍射谱。从图5可以看出，不同温度条件下制备的CoCr2O4陶瓷颜料的衍射峰和立方结构的CoCr2O4（JCPDS 22-1084）晶面衍射峰一致。此外，随着煅烧温度的增加，衍射峰强度逐渐增强，半峰宽逐渐变窄，预示着晶体的结晶性逐渐增强、晶粒尺寸逐渐增大。因此，在较高的退火温度条件下有助于获得晶型结构较好的CoCr2O4尖晶石型陶瓷颜料。
图6的扫描电镜图中，800 ℃煅烧3 h条件下得到的CoCr2O4陶瓷颜料表现出了明显的晶界。晶体的结晶性越好，晶体分子的对称性越高，晶体分子所表现出来的红外吸收就越弱，因此，有助于CoCr2O4尖晶石型陶瓷颜料获得较低的太阳能发射值。
图7为不同煅烧温度条件下制备得到CoCr2O4陶瓷颜料在红外区域的反射光谱以及通过反射光谱计算得到CoCr2O4陶瓷颜料的热发射值。由图7可以看出，随着煅烧温度的增加，CoCr2O4陶瓷颜料的热发射值逐渐降低。因此，可以通过测定颜料的热发射值来预选CoCr2O4陶瓷颜料用于制备光谱选择性吸收涂层。
（2）绿色尖晶石型陶瓷太阳能吸光涂层的制备
将金属铝基底分别在无水乙醇和丙酮中超声清洗15 min进行除污，清洁后的铝基底用氮气吹干；将上述800 ℃条件下煅烧3 h制备的CoCr2O4陶瓷颜料粉末、环氧改性的有机硅、二甲苯与丙酮的混合溶剂混合（其中各原料的质量百分数：CoCr2O4：22%，环氧改性有机硅：35%、二甲苯与丙酮的混合溶剂：43%；混合溶剂中二甲苯与丙酮的体积比为6:1），并将混合体系经过12 h球磨后，得绿色太阳能吸光涂料；然后将绿色太阳能吸光涂料喷涂到经清洗处理的铝板上制成厚度为5.2 μm的绿色涂料涂层，最后将涂料涂层置于120~160 ℃的温度条件下固化2 h，得到绿色的太阳能吸光涂层，其太阳能吸收率和发射率分别为0.828和0.305。绿色太阳能吸光涂层的反射光谱见图8。
实施例 3
（1）尖晶石型绿色陶瓷颜料CoMn2O4的合成
将0.2 mol甘氨酸酸和0.1 mol聚乙二醇200加入到300 ml乙醇水溶液中（乙醇与水的体积比为2:5）,常温条件下磁力搅拌，待溶解完全后，向溶液中加入0.05 mol六水合氯化钴、0.1 mol氯化锰，金属离子的总物质量浓度维持在0.5 mol/L；常温条件下继续搅拌，用0.15 mol/L的氨水将溶液pH值调至中性；将上述溶胶溶液置于70~100 ℃的烘箱中加热蒸发溶剂得到干凝胶，再采用几滴无水乙醇将干凝胶在空气中引燃，使干凝胶以自蔓延的方式迅速燃烧形成浅黑色的自蔓延粉末，将浅黑色的自蔓延粉末置于程序升温炉中，在800℃下煅烧2 h，制得CoMn2O4尖晶石型墨绿色陶瓷颜料。
（2）尖晶石型绿色陶瓷颜料CoCr2O4的合成
将0.4 mol甘氨酸和0.2 mol聚乙二醇200加入到600 ml乙醇水溶液中（乙醇与水的体积比为3:5）,常温条件下磁力搅拌，待溶解完全后，向溶液中加入0.2 mol六水合氯化钴、0.4 mol六水合氯化铬，金属离子的总物质量浓度维持在1.0 mol/L；常温条件下继续搅拌，用0.15 mol/L的氨水将溶液pH值调至中性；将上述溶胶溶液置于70~100 ℃的烘箱中加热得到干凝胶，采用几滴无水乙醇将获得的干凝胶在空气中引燃，干凝胶以自蔓延的方式迅速燃烧形成浅灰色的自蔓延粉末，将获得的粉末置于程序升温炉中，在800 ℃下煅烧2 h，制备得到CoCr2O4尖晶石型绿色陶瓷颜料。
（3）尖晶石型陶瓷太阳能吸光涂层的制备
将金属铝基底分别在无水乙醇和丙酮中超声清洗15 min进行除污，清洁后的铝基底用氮气吹干；将上述800 ℃条件下煅烧2 h制备的尖晶石型陶瓷颜料CoMn2O4、CoCr2O4（CoMn2O4陶瓷颜料与CoCr2O4陶瓷颜料重量比3:1）、丙烯酸改性的聚氨酯、乙酸乙酯与二甲苯的混合溶剂混合（其中各原料的质量百分数：尖晶石型陶瓷颜料CoMn2O4与CoCr2O4：20%，丙烯酸改性的聚氨酯：36%，乙酸乙酯与二甲苯的混合溶剂：44%；混合溶剂中乙酸乙酯与二甲苯的体积比为1:3），并将混合体系经过13 h球磨后，得暗绿色太阳能吸光涂料；然后将太阳能吸光涂料喷涂到经清洗处理的铝板上制成厚度为6.2 μm的暗绿色涂料涂层，最后将涂料涂层置于120~160 ℃的温度条件下固化2 h，得到暗绿色太阳能吸光涂层，其太阳能吸收率和发射率分别为0.837和0.319。暗绿色太阳能吸光涂层的反射光谱见图9。
实施例 4
（1）尖晶石型彩色陶瓷颜料CoMn2O4的合成
将0.4 mol甘氨酸酸和0.4 mol聚乙二醇200加入到1000 ml乙醇水溶液中（乙醇与水的体积比为1:8）,常温条件下磁力搅拌，待溶解完全后，向溶液中加入0.2 mol六水合硝酸钴、0.4 mol四水合乙酸锰，金属离子的总物质量浓度维持在0.6 mol/L；常温条件下继续搅拌，用0.15 mol/L的氨水将溶液pH值调至中性；将上述溶胶溶液置于70~100 ℃的烘箱中加热得到干凝胶，采用几滴无水乙醇将干凝胶在空气中引燃，使干凝胶以自蔓延的方式迅速燃烧形成浅黑色的自蔓延粉末，将获得的浅黑色的自蔓延粉末置于程序升温炉中，在 800 ℃下煅烧2 h，制得CoMn2O4尖晶石型墨绿色陶瓷颜料。
（2）尖晶石型绿色陶瓷颜料CoCr2O4的合成
将0.3 mol柠檬酸和0.3 mol聚乙二醇200加入到500 ml乙醇水溶液中（乙醇与水的体积比为3:5）,常温条件下磁力搅拌，待溶解完全后，向溶液中加入0.1 mol六水合氯化钴、0.2 mol九水合硝酸铬，金属离子的总物质量浓度维持在0.6 mol/L；常温条件下继续搅拌，用0.15 mol/L的氨水将溶液pH值调至中性；将上述溶胶溶液置于70~100 ℃的烘箱中加热蒸发溶剂得到干凝胶，再采用几滴无水乙醇将干凝胶在空气中引燃，使干凝胶以自蔓延的方式迅速燃烧形成浅灰色的自蔓延粉末，将浅灰色的自蔓延粉末置于程序升温炉中，在800 ℃下煅烧2 h，制备得到CoCr2O4尖晶石型绿色陶瓷颜料。
（3）尖晶石型陶瓷太阳能吸光涂层的制备
将不锈钢基底分别在无水乙醇和丙酮中超声清洗15 min进行除污，清洁后的不锈钢底用氮气吹干。将上述备的尖晶石型陶瓷颜料CoMn2O4、CoCr2O4（CoMn2O4陶瓷颜料与CoCr2O4陶瓷颜料重量比1:4）、环氧改性的聚氨酯、二甲苯与丙酮的混合溶剂混合（其中各原料的质量百分数：混合尖晶石型陶瓷颜料：23%，环氧改性的聚氨酯：36%、乙酸乙酯与丙酮的混合溶剂：41%；混合溶剂中二甲苯与丙酮的体积比为5:1），并将混合体系经过14 h球磨后，得深绿色太阳能吸光涂料；然后将太阳能吸光涂料喷涂到经清洗处理的铝板上制成厚度为5.8 μm的深绿色涂料涂层，最后将涂料涂层置于120~160 ℃的温度条件下固化2 h，得到深绿色太阳能吸光涂层，其太阳能吸收率和发射率分别为0.832和0.331。深绿色太阳能吸光涂层的反射光谱见图10。

Claims (10)

1.溶胶-凝胶自蔓延法合成含钴元素的尖晶石型彩色陶瓷颜料的方法，是将过渡金属的钴盐、锰盐或铬盐、络合剂、酯化剂溶解于乙醇-水混合溶液中，调溶液pH值至中性形成溶胶溶液，将溶胶溶液置于70~100 ℃的烘箱中加热蒸发溶剂得干凝胶；再将干凝胶在空气中用无水乙醇引燃，使干凝胶以自蔓延的方式迅速燃烧形成棕黑色或浅灰色的自蔓延粉末；最后将自蔓延粉末于400~800 ℃下煅烧处理2~3 h，得到不同颜色的尖晶石型陶瓷颜料。
2.如权利要求1所述溶胶-凝胶自蔓延法合成含钴元素的尖晶石型彩色陶瓷颜料的方法，其特征在于：所述过渡金属钴盐、锰盐、铬盐分别为过渡金属钴、锰、铬的硝酸盐、卤化盐、硫酸盐、磷酸盐、羧酸盐；且过渡金属钴盐与锰盐或铬盐的摩尔比为1:2。
3.如权利要求1所述溶胶-凝胶自蔓延法合成含钴元素的尖晶石型彩色陶瓷颜料的方法，其特征在于：所述络合剂为柠檬酸、酒石酸、乳酸、苹果酸、葡萄糖酸、己二胺四乙酸、氨基三乙酸、甘氨酸、羟乙基乙二胺三乙酸、二羟乙基甘氨酸中的任何一种；络合剂的用量为过渡金属盐总摩尔量的0.6~1.5倍。
4.如权利要求1所述溶胶-凝胶自蔓延法合成含钴元素的尖晶石型彩色陶瓷颜料的方法，其特征在于：所述酯化剂为乙二醇、丙三醇、聚乙二醇200、聚乙二醇300、聚乙二醇400、聚乙二醇600或聚乙二醇甲醚；酯化剂的用量为过渡金属盐总摩尔量的0.6~1.5倍。
5.如权利要求1所述溶胶-凝胶自蔓延法合成含钴元素的尖晶石型彩色陶瓷颜料的方法，其特征在于：所述乙醇-水混合溶液中，乙醇与水的体积比为1:4~1:8。
6. 如权利要求1所述方法合成的含钴元素的尖晶石型彩色陶瓷颜料用于制备彩色尖晶石型陶瓷太阳能吸光涂层，其特征在于：将含钴元素的尖晶石型彩色陶瓷颜料与有机粘结剂、有机溶剂混合，球磨分散8~14 h后形成不同颜色的太阳能吸光涂料；再将太阳能吸光涂料喷涂到经清洗处理的金属基底上获得厚度为4~7 μm的彩色涂料涂层，然后将涂料涂层置于120~160 ℃的温度条件下固化1~2 h，得到不同颜色的太阳能吸光涂层。
7.如权利要求6所述含钴元素的尖晶石型彩色陶瓷颜料用于制备彩色尖晶石型陶瓷太阳能吸光涂层，其特征在于：含钴元素的尖晶石型彩色陶瓷颜料为CoMn2O4 或/和CoCr2O4；当含钴元素的尖晶石型彩色陶瓷颜料为CoMn2O4和CoCr2O4时；CoMn2O4与CoCr2O4的质量比为1: 0.3~1:4。
8.如权利要求6或7所述含钴元素的尖晶石型彩色陶瓷颜料用于制备彩色尖晶石型陶瓷太阳能吸光涂层，其特征在于：含钴元素的尖晶石型彩色陶瓷颜料、有机粘结剂、有机溶剂的质量百分数分别为：尖晶石型陶瓷颜料：15~30%，有机粘结剂：20~45%，有机溶剂：50~70%。
9.如权利要求6或7所述含钴元素的尖晶石型彩色陶瓷颜料用于制备彩色尖晶石型陶瓷太阳能吸光涂层，其特征在于：所述有机粘结剂为热固化的环氧改性有机硅，丙烯酸改性有机硅、丙烯酸改性的聚氨酯、环氧改性的聚氨酯、有机硅改性的聚氨酯；所述有机溶剂为丙酮、甲苯、二甲苯、乙酸乙酯、醋酸丁酯中的至少一种。
10.如权利要求6或7所述含钴元素的尖晶石型彩色陶瓷颜料用于制备彩色尖晶石型陶瓷太阳能吸光涂层，其特征在于：所述金属基底为铝板或不锈钢板；金属基底的清洗处理为：将金属基底分别在无水乙醇和丙酮中超声清洗10~15 min，然后用氮气吹干金属基底。
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