CN106976915B - 一种钙掺杂铝酸钴蓝色纳米色料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种钙掺杂铝酸钴蓝色纳米色料及其制备方法，包括化学通式：Co1‑xCaxAl2O4其中0＜X＜0.9，将硝酸钴、硝酸铝、硝酸钙按Co∶Al∶Ca的摩尔比为1‑X份∶2份∶X份分别称量并制成混合溶液，将丙烯酰胺和N，N’‑亚甲基双丙烯酰胺单体作为聚合剂分别加入到混合溶液中并搅拌，再将过硫酸铵和N，N，N’，N’‑四甲基乙二胺分别加入到混合溶液中，引发聚合反应，形成凝胶，最后将得到的凝胶进行干燥、粉碎、焙烧、冷却至室温，即得到钙掺杂铝酸钴蓝色纳米色料。

Description

一种钙掺杂铝酸钴蓝色纳米色料及其制备方法
技术领域：
本发明属于陶瓷装饰用色料领域，具体涉及一种钙掺杂铝酸钴蓝色纳米色料及其制备方法。
背景技术：
钴蓝晶体属于尖晶石结构，其最简化学分子式为CoAl2O4，也称为铝酸钴。钴蓝颜料的耐温性达1200～1400℃，这是一般颜料望尘莫及的；同时，它具有极好的遮盖力、较强的着色力和分散性；优异的户外耐光性、耐侯性、耐高温性；良好的耐酸、耐碱、耐各种溶剂及化学腐蚀性；并且具有无渗性，无迁移性；且与大多数热塑性、热固性塑料具有良好相容性；还具有反红外功能，广泛应用于卷钢涂料、工程塑料、防伪涂料及屋顶隔热涂料中。然而，近年来由于稀有矿物资源的进一步匮乏，在成本方面很大程度上制约了现有的钴蓝色料的发展，因此，研发高性能无机蓝色色料迫在眉睫。目前，通过掺杂改性金属离子能够很好地控制成本，同时可以不同程度的改善色料的反射率，从而满足不同的色彩需求。钙离子作为一种增白剂，能够在很大程度上提升色料的白度和色度，并且钙离子可以充当矿化剂的作用，降低色料的烧成温度，极大程度上的节约成本，具有广阔的市场前景。
发明内容：
发明目的：本发明的第一个目的为了公开一种钙掺杂铝酸钴蓝色纳米色料，本发明的第二个目的为了公开一种钙掺杂铝酸钴蓝色纳米色料的制备方法。
技术方案：一种钙掺杂铝酸钴蓝色纳米色料，其特征在于，包括以下化学通式：Co1-xCaxAl2O4(0＜X＜0.9)，即Co∶Al∶Ca的摩尔比为(1-X)份∶2份∶X份(0＜X＜0.9)。
一种钙掺杂铝酸钴蓝色纳米色料的制备方法，包括以下步骤：
(1)首先，按Co∶Al∶Ca的摩尔比(1-X)份∶2份∶X份(0＜X＜0.9)分别称取相应量的硝酸钴、硝酸铝、硝酸钙，分别加入到100～200ml的蒸馏水中混合溶解，连续搅拌使固体完全溶解，得到混合均匀的溶液；
(2)其次，在溶胶浓度为6.5～8％范围内，按丙烯酰胺：N，N’-亚甲基双丙烯酰胺的摩尔比为(18～23)份∶1份分别称取丙烯酰胺和N，N’-亚甲基双丙烯酰胺粉体，加入到上述步骤(1)所制备的溶液中，连续搅拌1～3h，使固体完全溶解得到混合均匀的溶液；
(3)称取过硫酸铵，其用量为步骤(1)混合溶液的7～15％(w/v)，量取N，N，N’，N’-四甲基乙二胺，其用量为步骤(1)混合溶液的1～5％(v/v)，然后将称取的过硫酸铵和量取的N，N，N’，N’-四甲基乙二胺分别加入到步骤(2)的混合溶液中，搅拌混合均匀后，在30～60℃下静置0.5～2h，形成凝胶；
(4)将上述步骤(3)所制备的凝胶放置于80～150℃烘箱中干燥2～5h，得到干凝胶，将得到的干凝胶粉碎即得到前驱体粉体；
(5)将步骤(4)所得到的前驱体粉体放入坩埚内并将坩埚置于电炉中，加热至800～1000℃并煅烧1～3h，然后自然冷却至室温，即得到钙掺杂铝酸钴蓝色纳米色料。
有益效果：掺杂了钙离子，Ca2+可以改善色料的亮度和色度，同时，Ca2+掺杂能够加强对一定波长范围内紫外光的反射能力。采用聚丙烯酰胺凝胶的研究方法在于提供了一种分子水平级上的金属离子溶解在聚合网状，使制得的粉体晶型稳定，颗粒分布均匀，且粒径在100nm以内。这种生产工艺能耗相对较低，本方案制备的钴蓝色料的色度分布均匀、粒径小，平均粒径在20～60nm，并且可以很大程度上降低生产成本，减少对环境的危害。
具体实施方式：
下面对本发明的具体实施方式详细说明。
实施例1
(1)按Co∶Al∶Ca的摩尔比0.8∶2∶0.2分别称取2.32g六水合硝酸钴、7.50g九水合硝酸铝和0.47g四水合硝酸钙，然后加入100ml蒸馏水中混合溶解，连续搅拌使固体完全溶解，得到混合均匀的溶液；
(2)其次，按摩尔比22∶1分别称量6.65g的丙烯酰胺和0.65g的N，N’-亚甲基双丙烯酰胺粉体，加入到步骤(1)所制备的混合溶液中，连续搅拌1h，使固体溶解完全得到混合均匀的溶液；
(3)称取过硫酸铵8g和量取N，N，N’，N’-四甲基乙二胺1ml分别加入到步骤
(2)的混合溶液中，搅拌混合均匀后，在30℃下静置2h，形成凝胶；
(4)将步骤(3)所制备的凝胶放置于100℃烘箱中干燥3h，得到干凝胶，将得到的干凝胶粉碎即得到前驱体粉体；
(5)将步骤(4)所得到的前驱体粉体放入坩埚并将坩埚置于电炉中，加热至800℃并在该温度煅烧3h，然后自然冷却至室温，即得到钙掺杂铝酸钴蓝色纳米色料。
本实施例所制备的钙掺杂铝酸钴蓝色纳米色料的平均颗粒尺寸为47.8nm；L*为46.49，a*为-3.45，b*为-13.61。
实施例2
(1)按Co∶Al∶Ca的摩尔比0.5∶2∶0.5分别称取1.46g六水合硝酸钴、7.50g九水合硝酸铝和1.18g四水合硝酸钙，然后加入150ml蒸馏水中混合溶解，连续搅拌使固体完全溶解，得到混合均匀的溶液；
(2)其次，按摩尔比20∶1分别称量6.59g的丙烯酰胺和0.71g的N，N’-亚甲基双丙烯酰胺粉体，加入到步骤(1)所制备的混合溶液中，连续搅拌1.5h，使固体溶解完全得到混合均匀的溶液；
(3)称取过硫酸铵15g和量取N，N，N’，N’-四甲基乙二胺3ml分别加入到步骤(2)的混合溶液中，搅拌混合均匀后，在40℃下静置1h，形成凝胶；
(4)将步骤(3)所制备的凝胶放置于120℃烘箱中干燥2h，得到干凝胶，将得到的干凝胶粉碎即得到前驱体粉体；
(5)将步骤(4)所得到的前驱体粉体放入坩埚并将坩埚置于电炉中，加热至900℃并在该温度煅烧2h，然后自然冷却至室温，即得到钙掺杂铝酸钴蓝色纳米色料。
本实施例所制备的钙掺杂铝酸钴蓝色纳米色料的平均颗粒尺寸为30.6nm；L*为48.07，a*为-2.85，b*为-18.03。
实施例3
(1)按Co∶Al∶Ca的摩尔比0.2∶2∶0.8分别称取0.58g六水合硝酸钴、7.50g九水合硝酸铝和1.89g四水合硝酸钙，然后加入200ml蒸馏水中混合溶解，连续搅拌使固体完全溶解，混合均匀溶液；
(2)其次，按摩尔比18∶1分别称量6.51g的丙烯酰胺和0.79g的N，N’-亚甲基双丙烯酰胺粉体，加入到步骤(1)所制备的混合溶液中，连续搅拌2h，，使固体溶解完全得到混合均匀溶液；
(3)称取过硫酸铵12g和量取N，N，N’，N’-四甲基乙二胺3ml分别加入到步骤(2)的混合溶液中，搅拌混合均匀后，在60℃下静置0.5h，形成凝胶；
(4)将步骤(3)所制备的凝胶放置于100℃烘箱中干燥2h，得到干凝胶，将得到的干凝胶粉碎即得到粉体前驱体；
(5)将步骤(4)所得到的粉体前驱体放入坩埚并将坩埚置于电炉中，加热至1000℃并在该温度煅烧1h，然后自然冷却至室温，即得到钙掺杂铝酸钴蓝色纳米色料。
本实施例所制备的钙掺杂铝酸钴蓝色纳米色料的平均颗粒尺寸为28.6nm；L*为64.43，a*为0.01，b*为-36.51。
本发明并不限于上述实施方式，在所属技术领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (1)

1.一种钙掺杂铝酸钴蓝色纳米色料，其特征在于，包括以下化学通式：
Co1-xCaxAl2O4其中0＜X＜0.9，其制备方法包括以下步骤：
(1)首先，按Co∶Al∶Ca的摩尔比1-X份∶2份∶X份分别称取硝酸钴、硝酸铝、硝酸钙，分别加入到100～200ml的蒸馏水中混合溶解，连续搅拌使固体完全溶解，得到混合均匀的溶液；
(2)其次，在溶胶浓度为6.5～8％范围内，按丙烯酰胺：N，N’-亚甲基双丙烯酰胺的摩尔比为18～23份∶1份分别称取丙烯酰胺和N，N’-亚甲基双丙烯酰胺粉体，加入到上述步骤(1)所制备的溶液中，连续搅拌1～3h，使固体完全溶解得到混合均匀的溶液；
(3)称取过硫酸铵，其用量为步骤(1)混合溶液的7～15％(w/v)，量取N，N，N’，N’-四甲基乙二胺，其用量为步骤(1)混合溶液的1～5％(v/v)，然后将称取的过硫酸铵和量取的N，N，N’，N’-四甲基乙二胺分别加入到步骤(2)的混合溶液中，搅拌混合均匀后，在30～60℃下静置0.5～2h，形成凝胶；
(4)将上述步骤(3)所制备的凝胶放置于80～150℃烘箱中干燥2～5h，得到干凝胶，将得到的干凝胶粉碎即得到前驱体粉体；
(5)将步骤(4)所得到的前驱体粉体放入坩埚内并将坩埚置于电炉中，加热至800～1000℃并煅烧1～3h，然后自然冷却至室温，即得到钙掺杂铝酸钴蓝色纳米色料。
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