CN110684371A - 一种Cr掺杂Bi24Al2O39金属氧化物混相红色无机颜料及制备方法 - Google Patents

一种Cr掺杂Bi24Al2O39金属氧化物混相红色无机颜料及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种Cr掺杂Bi24Al2O39金属氧化物混相红色无机颜料及制备方法，属于无机颜料技术领域。颜料化学组成通式为Bi24Al2‑ xCrxO39，其中0＜x≤0.5。通过高温固相法制备该颜料，将原料Bi2O3、Al2O3和Cr2O3研磨均匀后在5‑15MPa的压力下压制成型，在箱式炉中600‑800℃的温度下煅烧4‑10h，箱式炉的升温速率为5‑10℃/min，降温速率为5‑10℃/min。待样品冷却到室温后研磨得到新型红色无机颜料。本发明的红色无机颜料色泽鲜明，结构稳定，结晶度高无杂质，稳定性好，色度可调。本发明的制备工艺简单，对设备要求低，有望于工业化生产。

Description

一种Cr掺杂Bi24Al2O39金属氧化物混相红色无机颜料及制备 方法
技术领域
本发明属于无机颜料技术领域，具体涉及一种Cr掺杂Bi24Al2O39金属氧化物混相红色无机颜料以及该颜料的制备方法。
背景技术
颜料的发展体现了社会科技的进步和人们对美好精神生活的向往。颜料按组成可分为有机颜料和无机颜料，有机颜料色彩鲜艳，但稳定性差，难以应用到要求持久使用等较为苛刻的环境中，因此限制了它的应用。无机颜料凭借优异的稳定性、耐酸碱及耐候性等优点而广泛应用于涂料、塑料和陶瓷中。无机颜料中较为难合成的颜料为红色系颜料，且目前工业商用无机红色颜料为铅红，镉红和氧化铁红。铅红和镉红直接危害人类的健康，被法律禁止应用于人类日常生活接触的环境和装饰品中，氧化铁红虽然无毒，但色度不可调，颜色单一，难以满足人类的需求。研究发现，通过掺杂过渡金属元素微调氧化物的结构，使其氧化物内部分子发生荷质转移和过渡金属离子产生的晶体场跃迁(d-d跃迁)可以改变氧化物的颜色，且显色金属离子进入到氧化物基体的晶体结构中，不易流失，颜色稳定，相对于镉基等红色无机颜料对人类的健康危害较小。
发明内容
本发明的内容是以Bi2O3，Al2O3为基体原料，按照一定的摩尔比，通过掺杂Cr2O3合成一系列色度可调的金属氧化物混相红色无机颜料及其制备方法。
本发明制备的金属氧化物混相红色无机颜料通过以下技术方案实现。
一种Cr掺杂Bi24Al2O39金属氧化物混相红色无机颜料，其特征在于，结构为稳定的硅石型结构，通过调整铬的掺杂量制备出一系列色度可调的红色系颜料，其化学组成为Bi24Al2-xCrxO39，其中0＜x≤0.5。
进一步地，所述的Cr掺杂Bi24Al2O39金属氧化物混相红色无机颜料，其特征在于Bi为+3价，Al为+3价，Cr为+3价。
3.一种如权利要求1所述Cr掺杂Bi24Al2O39金属氧化物混相红色无机颜料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按照通式Bi24Al2-xCrxO39(0＜x≤0.5)化合物的摩尔比准确称量Bi2O3，Al2O3，Cr2O3原料，将各原料放到玛瑙研钵中，充分混合均匀；
(2)将步骤(1)混合均匀好的粉末原料放入不锈钢模具中，通过压力机将混合均匀的原料压制成块体；
(3)将步骤(2)制成的块体放到刚玉坩埚中，用箱式炉在600-800℃的温度下煅烧4-10h；
(4)待箱式炉降到室温后，将煅烧后的块体研磨成细粉，得到红色无机颜料。
进一步地，步骤(1)中所述的Bi2O3和Cr2O3原料为分析纯，Al2O3为特级纯，按化学计量比用电子分析天平称量各原料，称量误差为±0.0005g。
进一步地，步骤(1)中所述的在玛瑙研钵中研磨的时间为20-40min。
进一步地，步骤(2)中所述的不锈钢模具直径为10-20mm。
进一步地，步骤(2)中所述的样品压制压力为5-15MPa，保压时间为1-5min。
进一步地，步骤(3)中所述的箱式炉的升温速率为5-10℃/min，降温速率为5-10℃/min。
与现有的技术发明相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明的红色无机颜料色泽鲜明，色度可调。
(2)本发明的红色无机颜料结构稳定，结晶度高无杂质，稳定性好。
(3)本发明的制备工艺简单，对设备要求低，有望于工业化生产。
附图说明
图1为Bi24Al1.9Cr0.1O39和Bi24Al1.5Cr0.5O39的XRD图
图2为不同掺杂量Bi24Al2-xCrxO39的紫外可见光吸收光谱图
具体实施方式
以下结合具体实施例及附图对本发明技术方案进一步详细描述，但本发明的实施方式及保护范围不限于此。对本发明技术方案细节的修改和替换，均在本发明的保护范围之内。
实施例1：制备2g的Bi24Al1.9Cr0.1O39无机颜料
根据Bi24Al1.9Cr0.1O39的化学式，按照一定的化学计量比用电子分析天平分别称取Bi2O3(1.9633g)，Al2O3(0.0340g)，Cr2O3(0.0027g)，质量允许误差为±0.0005g。将称量好的原料倒入玛瑙研钵中，手工研磨20min后，将混合粉放入直径15mm的不锈钢模具中，通过压片机给模具加压，在10MPa的压力下保压1min。将压制好的圆柱形块体放入刚玉坩埚后置于箱式炉中，以5℃/min的升温速率将箱式炉升高到750℃，在750℃的温度下保温6h，保温结束后，以5℃/min的降温速率降到室温，最后取出样品研磨后得到稳定的红色无机颜料。
实施例2：制备2g的Bi24Al1.5Cr0.5O39无机颜料
根据Bi24Al1.5Cr0.5O39的化学式，按照一定的化学计量比用电子分析天平分别称取Bi2O3(1.9598g)，Al2O3(0.0268g)，Cr2O3(0.0133g)，质量允许误差为±0.0005g。将称量好的原料倒入玛瑙研钵中，手工研磨30min后，将混合粉放入直径15mm的不锈钢模具中，通过压片机给模具加压，在15MPa的压力下保压1min。将压制好的圆柱形块体放入刚玉坩埚后置于箱式炉中，以5℃/min的升温速率将箱式炉升高到750℃，在750℃的温度下保温4h，保温结束后，以5℃/min的降温速率降到室温，最后取出样品研磨后得到稳定的红色无机颜料。

Claims (7)

1.一种Cr掺杂Bi24Al2O39金属氧化物混相红色无机颜料，其特征在于，结构为稳定的硅石型结构，通过调整铬的掺杂量制备出一系列色度可调的红色系颜料，其化学组成为Bi24Al2-xCrxO39，其中0＜x≤0.5。
2.根据权利要求1所述的Cr掺杂Bi24Al2O39金属氧化物混相红色无机颜料，其特征在于Bi为+3价，Al为+3价，Cr为+3价。
3.一种如权利要求1所述Cr掺杂Bi24Al2O39金属氧化物混相红色无机颜料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按照通式Bi24Al2-xCrxO39(0＜x≤0.5)化合物的摩尔比准确称量Bi2O3，Al2O3，Cr2O3原料，将各原料放到玛瑙研钵中，充分混合均匀；
(2)将步骤(1)混合均匀好的粉末原料放入不锈钢模具中，通过压力机将混合均匀的原料压制成块体；
(3)将步骤(2)制成的块体放到刚玉坩埚中，用箱式炉在600-800℃的温度下煅烧4-10h；
(4)待箱式炉降到室温后，将煅烧后的块体研磨成细粉，得到红色无机颜料。
4.如权利要求3所述Cr掺杂Bi24Al2O39金属氧化物混相红色无机颜料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的Bi2O3和Cr2O3原料为分析纯，Al2O3为特级纯，按化学计量比用电子分析天平称量各原料，称量误差为±0.0005g。
5.如权利要求3所述Cr掺杂Bi24Al2O39金属氧化物混相红色无机颜料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的在玛瑙研钵中研磨的时间为20-40min。
6.如权利要求3所述Cr掺杂Bi24Al2O39金属氧化物混相红色无机颜料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的样品压制压力为5-15MPa，保压时间为1-5min。
7.如权利要求3所述Cr掺杂Bi24Al2O39金属氧化物混相红色无机颜料的制备方法，其特征在于步骤(3)中箱式炉的升温速率为5-10℃/min，降温速率为5-10℃/min。
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