CN109181363A - 一种钒酸铋黄色颜料及其制备方法 - Google Patents

一种钒酸铋黄色颜料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种钒酸铋黄色颜料及其制备方法。所述制备方法通过多种催化剂在一定的温度和pH值条件下催化和诱导钒酸铋晶体的转化，使之反应充分，晶体完善。制备所得的钒酸铋黄色颜料中镉、铅、汞、六价铬、多溴联苯之和与多溴二苯醚之和的含量符合RoHS标准，达到国际环保要求；另外，其相对着色力、遮盖力、耐酸性、耐碱性等指标均达到优异效果。

Description

一种钒酸铋黄色颜料及其制备方法
技术领域
本发明属于钒酸铋颜料领域，具体涉及一种钒酸铋黄色颜料及其制备方法。
背景技术
钒酸铋黄色颜料作为一种色泽鲜艳，性能良好、不含铅、无毒的环保颜料，具有高着色力和高耐候性，主要是替代现有的铅铬黄颜料。面对现在国内及国际上对环保力度的不断加强，在无机黄色颜料中占有主要地位的铅铬黄颜料因含铅将慢慢被各国所禁止，而氧化铁黄的色相又不够鲜艳，性能优越的有机黄颜料品种其价格又太昂贵或遮盖力、耐候等性能不强，人们希望开发一种色泽鲜艳，性能良好、不含铅、无毒的新黄色颜料品种，钒酸铋黄色颜料就是在此背景下被研制开发出来。
在传统钒酸铋颜料的合成工艺里，颜料的着色力、遮盖力一直是个难以解决的难题。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种钒酸铋黄色颜料及其制备方法。所述制备方法通过多种催化剂在一定的温度和pH值条件下催化和诱导钒酸铋晶体的转化，使得到的所述钒酸铋黄色颜料不仅符合欧盟环保标准，且各项性能指标均达到较高水平。
本发明的方案为提供一种钒酸铋黄色颜料的其制备方法，包括如下步骤：
(1)分别配制硝酸钙溶液和钼酸铵溶液，并加至纯水中，再加入催化剂多磷酸钠溶液进行搅拌，得母液；
(2)分别配制硝酸铋溶液和偏钒酸铵溶液并滴加至母液中，滴加过程控制体系pH为0.5～2，温度为0～20℃，完毕后，加入氢氧化钠溶液调节体系pH为2.8～3.2，再加入催化剂四氯化钛溶液进行搅拌并加热，得混合物a；
(3)维持温度，向混合物a中继续加入氢氧化钠溶液调节体系pH为5.8～6.2，完毕后加入催化剂十二烷基苯磺酸钠并保温，得混合物b；
(4)继续维持温度，并另将七水硫酸锌、十八水硫酸铝与水混合后待用，得锌铝混合液，将混合物b中加入锌铝混合液并保温，得混合物c；
(5)继续维持温度，将混合物c中加入焦磷酸钠溶液并保温，得混合物d；
(6)继续维持温度，向混合物c中加入氢氧化钠溶液调解体系pH为6.8～7.2，然后过滤弃去滤液，将滤渣洗涤后烘干并粉碎，得半成品；
(7)将半成品进行煅烧，得钒酸铋黄色颜料。
步骤(1)中，在母液中加入催化剂多磷酸钠溶液，能使得反应更加迅速和充分；步骤(2)中，通过调节硝酸铋溶液和偏钒酸铵溶液的滴加速率，来精准控制体系pH位于0.5～2之间，且同时维持体系温度于0～20℃范围内，以此来减缓晶体形成，便于晶型的控制；随后进入长晶阶段，提高体系pH至2.8～3.2，并在加入催化剂四氯化钛溶液的同时升高温度，以此来控制晶体的稳定生长；步骤(3)中，继续提高体系pH至5.8～6.2，再加入催化剂十二烷基苯磺酸钠来促进晶体的转型，并在接下来的步骤中维持温度，以确保晶体的定型。
优选地，步骤(1)中，所述硝酸钙溶液和所述钼酸铵溶液的浓度均为0.4～0.6mol/L；所述多磷酸钠溶液的浓度为0.1～0.3mol/L；所述硝酸钙溶液、钼酸铵溶液、纯水和多磷酸钠溶液的体积比为1:1:0.8～1.2:0.08～0.12。
优选地，步骤(2)中，所述硝酸铋溶液和所述偏钒酸铵溶液的浓度均为0.8～1.2mol/L；所述硝酸铋溶液、偏钒酸铵溶液、四氯化钛溶液和硝酸钙溶液的体积比为1.8～2.2:1.8～2.2:0.018～0.022:1；所述氢氧化钠溶液的浓度为25～35wt.％；所述四氯化钛溶液浓度为45～55wt.％；所述滴加速率为30～50ml/min；所述加热至温度为85～95℃。
优选地，步骤(3)中，所述十二烷基苯磺酸钠与硝酸钙溶液的重量比为0.004～0.005:1；所述保温时间为50～70min。
优选地，步骤(4)中，所述七水硫酸锌、十八水硫酸铝与水的重量比为1:1～1.4:20～30。
优选地，步骤(4)中，所述锌铝混合液与硝酸钙溶液的重量比为0.9～1.1:1；所述保温时间为10～20min。
优选地，步骤(5)中，所述焦磷酸钠溶液的浓度为0.3～0.5mol/L；所述焦磷酸钠溶液与硝酸钙的比为0.18～0.22:1；所述保温时间为25～35min。
优选地，步骤(6)中，所述烘干的温度为85～95℃，烘干的时间为6～10h。
优选地，步骤(7)中，所述煅烧温度为300～400℃，所述煅烧时间为1.5～2.5h。
基于一个总的技术思路，本发明还提供一种由以上方法制备得到的钒酸铋黄色颜料。
本发明的有益效果为：
本发明所述的钒酸铋黄色颜料的制备方法，通过多种催化剂在一定的温度和pH值条件下催化和诱导钒酸铋晶体的转化，最终制备得到的钒酸铋黄色颜料，其中镉、铅、汞、六价铬、多溴联苯之和与多溴二苯醚之和的含量符合RoHS标准，达到国际环保要求；另外，其相对着色力、遮盖力、耐酸性、耐碱性等指标均达到优异效果。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种钒酸铋黄色颜料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将15g七水硫酸锌、15g十八水硫酸铝与487g水混合后待用，得锌铝混合液；
(2)配制0.4mol/L硝酸钙溶液和0.4mol/L钼酸铵溶液各500ml，并加至400ml纯水中，再加入0.3mol/L的催化剂多磷酸钠溶液40ml进行搅拌，得母液；
(3)配制0.8mol/L硝酸铋溶液和0.8mol/L偏钒酸铵溶液各1100ml，并将两者以30ml/min的速率同时滴加至母液中，滴加过程控制体系pH为0.5～0.7，温度为18～20℃，完毕后，加入35wt.％的氢氧化钠溶液调节体系pH为2.8，再加入55wt.％的催化剂四氯化钛溶液9ml进行搅拌，并加热至95℃，得混合物a；
(4)维持温度，继续加入氢氧化钠溶液调节体系pH为5.8，完毕后加入2.16g催化剂十二烷基苯磺酸钠并保温70min，得混合物b；
(5)继续维持温度，将混合物b中加487g入锌铝混合液并保温20min，得混合物c；
(6)继续维持温度，将混合物c中加入0.3mol/L的焦磷酸钠溶液110ml并保温25min，得混合物d；
(7)继续维持温度，加入氢氧化钠溶液调解体系pH为6.8，然后过滤弃去滤液，将滤渣洗涤后在95℃条件下烘干6h，完毕后进行粉碎，得半成品；
(8)将半成品在300℃条件下进行煅烧2.5h，得钒酸铋黄色颜料。
实施例2
本实施例提供一种钒酸铋黄色颜料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将26g七水硫酸锌、36g十八水硫酸铝与520g水混合后待用，得锌铝混合液；
(2)配制0.6mol/L硝酸钙溶液和0.6mol/L钼酸铵溶液各500ml，并加至600ml纯水中，再加入0.1mol/L的催化剂多磷酸钠溶液60ml进行搅拌，得母液；
(3)配制1.2mol/L硝酸铋溶液和1.2mol/L偏钒酸铵溶液各900ml，并将两者以50ml/min的速率同时滴加至母液中，滴加过程控制体系pH为1.8～2，温度为0～2℃，完毕后，加入25wt.％的氢氧化钠溶液调节体系pH为3.2，再加入45wt.％的催化剂四氯化钛溶液11ml进行搅拌，并加热至85℃，得混合物a；
(4)维持温度，继续加入氢氧化钠溶液调节体系pH为6.2，完毕后加入2.7g催化剂十二烷基苯磺酸钠并保温50min，得混合物b；
(5)继续维持温度，将混合物b中加582g入锌铝混合液并保温10min，得混合物c；
(6)继续维持温度，将混合物c中加入0.5mol/L的焦磷酸钠溶液90ml并保温35min，得混合物d；
(7)继续维持温度，加入氢氧化钠溶液调解体系pH为7.2，然后过滤弃去滤液，将滤渣洗涤后在85℃条件下烘干10h，完毕后进行粉碎，得半成品；
(8)将半成品在400℃条件下进行煅烧1.5h，得钒酸铋黄色颜料。
实施例3
本实施例提供一种钒酸铋黄色颜料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将20g七水硫酸锌、24g十八水硫酸铝与500g水混合后待用，得锌铝混合液；
(2)配制0.5mol/L硝酸钙溶液和0.5mol/L钼酸铵溶液各500ml，并加至500ml纯水中，再加入0.2mol/L的催化剂多磷酸钠溶液50ml进行搅拌，得母液；
(3)配制1mol/L硝酸铋溶液和1mol/L偏钒酸铵溶液各1000ml，并将两者以40ml/min的速率同时滴加至母液中，滴加过程控制体系pH为1.2～1.4，温度为9～11℃，完毕后，加入30wt.％的氢氧化钠溶液调节体系pH为3.0，再加入50wt.％的催化剂四氯化钛溶液10ml进行搅拌，并加热至90℃，得混合物a；
(4)维持温度，继续加入氢氧化钠溶液调节体系pH为6.0，完毕后加入2.5g催化剂十二烷基苯磺酸钠并保温60min，得混合物b；
(5)继续维持温度，将混合物b中加入544g锌铝混合液并保温15min，得混合物c；
(6)继续维持温度，将混合物c中加入0.4mol/L的焦磷酸钠溶液100ml并保温30min，得混合物d；
(7)继续维持温度，加入氢氧化钠溶液调解体系pH为7.0，然后过滤弃去滤液，将滤渣洗涤后在90℃条件下烘干8h，完毕后进行粉碎，得半成品；
(8)将半成品在350℃条件下进行煅烧2h，得钒酸铋黄色颜料。
为验证所述钒酸铋黄色颜料的环保性能，进行第三方(SGS)检测，检测结果报告如表1所示。
表1钒酸铋黄色颜料的检测结果报告
注：
1：限值为欧盟RoHS指令2011/65/EU附录II的修正指令(EU)2015/863的限值要求。
2：MDL为所用仪器的检测下限值。
结论：钒酸铋黄色颜料中的镉、铅、汞、六价铬、多溴联苯之和与多溴二苯醚之和的测试结果符合RoHS标准，达到国际环保要求。
为验证所述钒酸铋颜料的性能，经国家涂料质量监督检测中心检测，结果如表2所示。
其中样品概况：样品为钒酸铋黄色颜料粉末，约1kg；参比样为市售钒酸铋黄色颜料粉末，约20g。
表2钒酸铋黄色颜料样品性能
结论：本发明所述钒酸铋黄色颜料各检测结果优异，其中相对着色力和遮盖力均达到较高标准。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种钒酸铋黄色颜料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)分别配制硝酸钙溶液和钼酸铵溶液，并加至纯水中，再加入催化剂多磷酸钠溶液进行搅拌，得母液；
(2)分别配制硝酸铋溶液和偏钒酸铵溶液并滴加至母液中，滴加过程控制体系pH为0.5～2，温度为0～20℃，完毕后，加入氢氧化钠溶液调节体系pH为2.8～3.2，再加入催化剂四氯化钛溶液进行搅拌并加热，得混合物a；
(3)维持温度，向混合物a中继续加入氢氧化钠溶液调节体系pH为5.8～6.2，完毕后加入催化剂十二烷基苯磺酸钠并保温，得混合物b；
(4)继续维持温度，并另将七水硫酸锌、十八水硫酸铝与水混合后待用，得锌铝混合液，将混合物b中加入锌铝混合液并保温，得混合物c；
(5)继续维持温度，将混合物c中加入焦磷酸钠溶液并保温，得混合物d；
(6)继续维持温度，向混合物c中加入氢氧化钠溶液调解体系pH为6.8～7.2，然后过滤弃去滤液，将滤渣洗涤后烘干并粉碎，得半成品；
(7)将半成品进行煅烧，得钒酸铋黄色颜料。
2.根据权利要求1所述的钒酸铋黄色颜料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述硝酸钙溶液和所述钼酸铵溶液的浓度均为0.4～0.6mol/L；所述多磷酸钠溶液的浓度为0.1～0.3mol/L；所述硝酸钙溶液、钼酸铵溶液、纯水和多磷酸钠溶液的体积比为1:1:0.8～1.2:0.08～0.12。
3.根据权利要求1所述的钒酸铋黄色颜料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述硝酸铋溶液和所述偏钒酸铵溶液的浓度均为0.8～1.2mol/L；所述硝酸铋溶液、偏钒酸铵溶液、四氯化钛溶液和硝酸钙溶液的体积比为1.8～2.2:1.8～2.2:0.018～0.022:1；所述氢氧化钠溶液的浓度为25～35wt.％；所述四氯化钛溶液浓度为45～55wt.％；所述滴加速率为30～50ml/min；所述加热至温度为85～95℃。
4.根据权利要求1所述的钒酸铋黄色颜料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述十二烷基苯磺酸钠与硝酸钙溶液的重量比为0.004～0.005:1；所述保温时间为50～70min。
5.根据权利要求1所述的钒酸铋黄色颜料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述七水硫酸锌、十八水硫酸铝与水的重量比为1:1～1.4:20～30。
6.根据权利要求1所述的钒酸铋黄色颜料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述锌铝混合液与硝酸钙溶液的重量比为0.9～1.1:1；所述保温时间为10～20min。
7.根据权利要求1所述的钒酸铋黄色颜料的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，所述焦磷酸钠溶液的浓度为0.3～0.5mol/L；所述焦磷酸钠溶液与硝酸钙溶液的体积比为0.18～0.22:1；所述保温时间为25～35min。
8.根据权利要求1所述的钒酸铋黄色颜料的制备方法，其特征在于，步骤(6)中，所述烘干的温度为85～95℃，烘干的时间为6～10h。
9.根据权利要求1所述的钒酸铋黄色颜料的制备方法，其特征在于，步骤(7)中，所述煅烧温度为300～400℃，所述煅烧时间为1.5～2.5h。
10.权利要求1～9任一项所述方法制备得到的钒酸铋黄色颜料。
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