CN110317485B - 一种镍掺杂多钛酸钡黄色太阳热反射颜料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种镍掺杂多钛酸钡黄色太阳热反射颜料，具体涉及化工新材料领域，颜料物相为BaTi5O11、BaTi4O9或Ba2Ti9O20中的一种或多种共混物；本发明还包括固相法制备镍掺杂多钛酸钡黄色太阳热反射颜料的方法，以及液相‑固相结合法制备镍掺杂多钛酸钡黄色太阳热反射颜料的方法。本发明颜料的物相组成为BaTi5O11、BaTi4O9或Ba2Ti9O20中的一种或多种共混物，这种物相中碱土金属Ba的含量较低，可以极大地降低碱土金属Ba的使用，因此可以减少制备过程中钡源的使用对环境的影响，并且在颜料物相中少量掺杂Ni，可以降低Ni元素在近红外光区的吸收，从而制备的颜料具有高的近红外反射率，可以应用于太阳热反射涂层的制备。
Description
技术领域
本发明涉及化工新材料技术领域，更具体地说，本发明涉及一种镍掺杂多钛酸钡黄色太阳热反射颜料。
背景技术
炎热的夏季，太阳热在建筑表面的累积将直接导致其表面温度升高，从而降低室内的舒适度。这将直接增加用于室内制冷的能源消耗，这与当今节能建筑理念相悖。“冷屋顶”技术，即在建筑物表面涂覆具有太阳热反射的涂层，可以减少太阳热的累积，从而降低表面温度。这一技术的应用可以使高温天气用于制冷的能源消耗大大降低。
基于太阳热反射颜料的“冷屋顶”可以减少太阳热的积累以降低表面温度。通常，白色颜料具有很高的太阳热反射率，而被用作冷色颜料。然而，从建筑美观而言，彩色颜料更符合人们的需求。黄色作为最常见的颜色之一，也被大量的研究与使用。传统的黄色颜料由于使用大量的铬，镉以及铅等有毒元素，其使用范围受到了极大的限制，这就要求开发新型环境友好的彩色颜料，因此现在亟需一种无毒的具有很高近红外反射率的颜料。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种镍掺杂多钛酸钡黄色太阳热反射颜料，本发明颜料的物相组成为BaTi5O11、BaTi4O9或Ba2Ti9O20中的一种或多种共混物，这种物相中碱土金属Ba的含量较低，可以极大的降低碱土金属Ba的使用，因此可以减少制备过程中钡源的使用对环境的影响，并且这种颜料不含以上有毒元素，由于只用少量的Ni掺杂，颜料具有很高的近红外反射率，可用作冷色颜料。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种镍掺杂多钛酸钡黄色太阳热反射颜料，所使用的物相为BaTi5O11、BaTi4O9或Ba2Ti9O20中的一种或多种共混物。
本发明还包括使用固相法加工镍掺杂多钛酸钡黄色太阳热反射颜料的方法，具体加工步骤如下：
步骤一、称取一定量的钡、钛以及镍前驱体，加入搅拌罐中混合均匀；
步骤二、将混合均匀的钡、钛以及镍前驱体高温煅烧一定时间，然后冷却，最后研磨，即可获得镍掺杂多钛酸钡黄色太阳热反射颜料。
在一个优选地实施方式中，所述固相法制备颜料的步骤中，所用钡、钛以及镍前驱体分别为：钡前驱体具体为碳酸钡、氧化钡或氢氧化钡；钛前驱体具体为二氧化钛；镍前驱体具体为氧化镍、氢氧化镍或碳酸镍。
在一个优选地实施方式中，所述固相法制备颜料的步骤一中，各种前驱体的比例为Ni：Ti＝0.005-0.2，Ba：Ti＝0.1-0.5。
在一个优选地实施方式中，所述固相法制备颜料的步骤二中，煅烧温度为600-1300℃，煅烧时间为0.5-12小时。
本发明还包括使用液相-固相结合法加工镍掺杂多钛酸钡黄色太阳热反射颜料的方法，具体制备步骤如下：
步骤一、将二氧化钛加入水中配成一定浓度分散液，然后加入镍和钡的可溶性前驱体，混合均匀；
步骤二、然后加入沉淀剂，沉淀后经离心罐进行离心、干燥、研磨，最后再进行煅烧、研磨，即可获得镍掺杂多钛酸钡黄色太阳热反射颜料。
在一个优选地实施方式中，所述液相-固相结合法制备颜料的步骤一中，镍的前驱体具体为硝酸镍、氯化镍或乙酸镍；钛前驱体具体为二氧化钛；钡的前驱体具体为氯化钡、硝酸钡或氢氧化钡。
在一个优选地实施方式中，所述液相-固相结合法制备颜料的步骤一中，各种前驱体的比例为Ni：Ti＝0.005-0.15，Ba：Ti＝0.1-0.5。
在一个优选地实施方式中，所述液相-固相结合法制备颜料的步骤二中，煅烧温度为600-1300℃,煅烧时间为0.5-12小时。
本发明的技术效果和优点：
1、本发明颜料的物相组成为BaTi5O11、BaTi4O9或Ba2Ti9O20中的一种或多种共混物，这种物相中碱土金属Ba的含量较低，可以极大的降低碱土金属Ba的使用，因此可以减少制备过程中钡源的使用对环境的影响，并且这种特殊组成的颜料具有鲜艳的颜色，表现出优异的颜色性能；
2、通过在颜料物相中少量掺杂Ni，可以降低Ni元素在近红外光区的吸收，从而制备的颜料具有高的近红外反射率，可以应用于涂层的制备，制备的颜料不含有铬、镉以及铅等毒元素，由于只用少量的Ni掺杂，颜料具有很高的近红外反射率，可用作冷色颜料。
附图说明
图1为本发明制备的具有BaTi5O11物相的颜料的XRD。
图2为本发明制备的具有BaTi4O9物相的颜料的XRD。
图3为本发明制备的颜料的紫外可见近红外反射图谱。
图4为本发明制备的颜料涂背面温度与光照时间的变化曲线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
固相法实施例
一种镍掺杂多钛酸钡黄色太阳热反射颜料，所使用的物相为BaTi5O11、BaTi4O9或Ba2Ti9O20中的一种或多种共混物；
使用固相法加工镍掺杂多钛酸钡黄色太阳热反射颜料的方法，具体加工步骤如下：
步骤一、称取一定量的钡、钛以及镍前驱体，加入搅拌罐中混合均匀；
所用钡、钛以及镍前驱体分别为：钡前驱体具体为碳酸钡、氧化钡或氢氧化钡；钛前驱体具体为二氧化钛；镍前驱体具体为氧化镍、氢氧化镍或碳酸镍；
各种前驱体的比例为Ni：Ti＝0.005-0.2，Ba：Ti＝0.1-0.5；
步骤二、将混合均匀的钡、钛以及镍前驱体高温煅烧，煅烧温度为600-1300℃，煅烧时间为0.5-12小时，然后冷却，最后研磨，即可获得镍掺杂多钛酸钡黄色太阳热反射颜料。
实施例1：
而具体到本实施例中，使用固相法加工镍掺杂多钛酸钡黄色太阳热反射颜料的方法，具体加工步骤如下：
步骤一、取7.6克二氧化钛、3.94克碳酸钡以及0.375克氧化镍，球磨混合均匀；
步骤二、在1000℃煅烧4小时，然后冷却，最后研磨，即为5％Ni掺杂BaTi5O11黄色颜料；
图1为本实施例制备颜料的XRD图，颜料的物相为BaTi5O11；
图3为这种颜料的紫外可见近红外反射图，样品从在500-2500nm范围有强的反射率，表明可以用于太阳热反射颜料；
将样品分散到PU中在砖表面涂膜，经红外灯照30分钟后，涂有这种冷色颜料的砖的背面温度比没有涂颜料的对比样品的温度低接近10℃，具体见图4。
得到的颜料颜色性能见表1。
实施例2：
与上述实施:1不同的是，本实施例中使用固相法加工镍掺杂多钛酸钡黄色太阳热反射颜料的方法，具体加工步骤如下：
步骤一、取7.2克二氧化钛、3.07克氧化钡以及0.927克氢氧化镍，球磨混合均匀；
步骤二、在1100℃煅烧2小时，然后冷却，最后研磨，即为10％Ni掺杂BaTi5O11黄色颜料。
得到的颜料颜色性能见表1。
实施例3：
与上述实施例1-2不同的是，本实施例中使用固相法加工镍掺杂多钛酸钡黄色太阳热反射颜料的方法，具体加工步骤如下：
步骤一、取7.6克二氧化钛、4.3克氢氧化钡以及0.594克碳酸镍，球磨混合均匀；
步骤二、在1000℃煅烧4小时，然后冷却，最后研磨，即为5％Ni掺杂Ba2Ti9O20黄色颜料。
得到的颜料颜色性能见表1。
液相-固相法实施例
一种镍掺杂多钛酸钡黄色太阳热反射颜料，所使用的物相为BaTi5O11、BaTi4O9或Ba2Ti9O20中的一种或多种共混物；
使用液相-固相结合法加工镍掺杂多钛酸钡黄色太阳热反射颜料的方法，具体加工步骤如下：
步骤一、将二氧化钛加入水中配成一定浓度分散液，然后加入镍和钡的可溶性前驱体，混合均匀；
镍的前驱体具体为硝酸镍、氯化镍或乙酸镍；钛前驱体具体为二氧化钛；钡的前驱体具体为氯化钡、硝酸钡或氢氧化钡；
各种前驱体的比例为Ni：Ti＝0.005-0.15，Ba：Ti＝0.1-0.5；
步骤二、然后加入沉淀剂，沉淀后经离心罐进行离心、干燥、研磨，最后再进行煅烧，煅烧温度为600-1300℃,煅烧时间为0.5-12小时，煅烧后进行研磨，即可获得镍掺杂多钛酸钡黄色太阳热反射颜料。
实施例4：
而具体到本实施例中，使用液相-固相结合法加工镍掺杂多钛酸钡黄色太阳热反射颜料的方法，具体加工步骤如下：
步骤一、将7.8克二氧化钛加入到100毫升水中，搅拌20分钟，加入0.595克氯化镍和6.1克氯化钡，搅拌10分钟后混合均匀；
步骤二、用1M的碳酸铵调节pH致11-12，再搅拌30分钟后进行抽滤、洗涤，滤饼在100℃干燥2h，研磨，然后在900℃煅烧2h，即可获得2.5％Ni掺杂杂黄色颜料；
图2为颜料的XRD，其物相主要为BaTi4O9。
得到的颜料颜色性能见表1.
实施例5：
与实施例4不同的是，本实施例中使用液相-固相结合法加工镍掺杂多钛酸钡黄色太阳热反射颜料的方法，具体加工步骤如下：
步骤一、将7.6克二氧化钛加入到100毫升水中，搅拌20分钟，加入0.91克硝酸镍和5.22克硝酸钡，搅拌10分钟后混合均匀；
步骤二、用1M的碳酸铵调节pH致11-12，再搅拌30分钟后进行抽滤、洗涤，滤饼在100℃干燥2h，研磨，然后在1100℃煅烧1h，即可获得5％Ni掺杂黄色颜料。
得到的颜料颜色性能见表1。
实施例6：
与实施例4不同的是，本实施例中使用液相-固相结合法加工镍掺杂多钛酸钡黄色太阳热反射颜料的方法，具体加工步骤如下：
步骤一、将7.2克二氧化钛加入到100毫升水中，搅拌20分钟，加入2.49克乙酸镍和5.2克氢氧化钡，搅拌10分钟后混合均匀；
步骤二、取与乙酸镍与氢氧化钡等摩尔量的碳酸铵配成1M溶液，滴加入步骤一的混合溶液中，再搅拌30分钟后进行抽滤、洗涤，滤饼在100℃干燥2h，研磨，然后在1000℃煅烧3h，即可获得黄色颜料。
得到的颜料颜色性能见表1。
表1
最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种镍掺杂多钛酸钡黄色太阳热反射颜料，其特征在于：颜料的物相为BaTi5O11、BaTi4O9或Ba2Ti9O20中的一种或多种共混物。
2.根据权利要求1所述的一种镍掺杂多钛酸钡黄色太阳热反射颜料，其特征在于：还包括使用固相法制备镍掺杂多钛酸钡黄色太阳热反射颜料的方法，具体加工步骤如下：
步骤一、称取一定量的钡、钛以及镍前驱体，加入搅拌罐中混合均匀；
步骤二、将混合均匀的钡、钛以及镍前驱体高温煅烧一定时间，然后冷却，最后研磨，即可获得镍掺杂多钛酸钡黄色太阳热反射颜料。
3.根据权利要求2所述的一种镍掺杂多钛酸钡黄色太阳热反射颜料，其特征在于：所述固相法制备颜料的步骤中，所用钡、钛以及镍前驱体分别为：钡前驱体具体为碳酸钡、氧化钡或氢氧化钡；钛前驱体具体为二氧化钛；镍前驱体具体为氧化镍、氢氧化镍或碳酸镍。
4.根据权利要求2所述的一种镍掺杂多钛酸钡黄色太阳热反射颜料，其特征在于：所述固相法制备颜料的步骤一中，各种前驱体的比例为Ni：Ti＝0.005-0.2，Ba：Ti＝0.1-0.5。
5.根据权利要求2所述的一种镍掺杂多钛酸钡黄色太阳热反射颜料，其特征在于：所述固相法制备颜料的步骤二中，煅烧温度为600-1300℃，煅烧时间为0.5-12小时。
6.根据权利要求1所述的一种镍掺杂多钛酸钡黄色太阳热反射颜料，其特征在于：还包括使用液相-固相结合法制备镍掺杂多钛酸钡黄色太阳热反射颜料的方法，具体加工步骤如下：
步骤一、将二氧化钛加入水中配成一定浓度分散液，然后加入镍和钡的可溶性前驱体，混合均匀；
步骤二、然后加入沉淀剂，沉淀后经离心罐进行离心、干燥、研磨，最后再进行煅烧、研磨，即可获得镍掺杂多钛酸钡黄色太阳热反射颜料。
7.根据权利要求6所述的一种镍掺杂多钛酸钡黄色太阳热反射颜料，其特征在于：所述液相-固相结合法制备颜料的步骤一中，镍的前驱体具体为硝酸镍、氯化镍或乙酸镍；钛前驱体具体为二氧化钛；钡的前驱体具体为氯化钡、硝酸钡或氢氧化钡。
8.根据权利要求6所述的一种镍掺杂多钛酸钡黄色太阳热反射颜料，其特征在于：所述液相-固相结合法制备颜料的步骤一中，各种前驱体的比例为Ni：Ti＝0.005-0.15，Ba：Ti＝0.1-0.5。
9.根据权利要求6所述的一种镍掺杂多钛酸钡黄色太阳热反射颜料，其特征在于：所述液相-固相结合法制备颜料的步骤二中，煅烧温度为600-1300℃,煅烧时间为0.5-12小时。
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