CN113072823A - 一种金属离子掺杂钒酸铋黄色颜料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种金属离子掺杂钒酸铋黄色颜料及其制备方法和应用，属于无机颜料技术领域。本发明提供的金属离子掺杂钒酸铋黄色颜料包括BiVO4和掺杂在所述BiVO4中的Li+、Gd3+和Mo6+。本发明利用锂离子和钆离子取代BiVO4中的部分铋离子，利用钼离子取代部分钒离子，能够减少Bi和V的用量，降低颜料中有毒金属元素含量，同时对BiVO4进行掺杂来调谐颜料的颜色，提高其近红外反射率。实施例的结果显示，本发明提供的金属离子掺杂钒酸铋黄色颜料在780～2500nm近红外波段内的反射率均在90％以上。

Description

一种金属离子掺杂钒酸铋黄色颜料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及无机颜料技术领域，尤其涉及一种金属离子掺杂钒酸铋黄色颜料及其制备方法和应用。
背景技术
具有高红外反射比的无机颜料主要通过反射阳光中的近红外线来降低涂层和被涂覆物体温度，将其添加到涂料、玻璃、塑料膜等产品中，制备出具有反射隔热功能的新产品，可应用在建筑物外体、汽车外壳涂层、海上钻井平台和储油罐隔热等方面，在反射太阳光热量的同时有效的降低表层温度，同时彩色涂层可满足人们日益增长的高品质生活需要，是一种极具应用前景的功能性颜料。常用的无机颜料有铅铬黄(PbCrO4)、镉黄(CdS)、锡酸镉(CdSnO3)等，但其金属毒性较大。钒酸铋(BiVO4)是一种新型品质优良的无机黄色颜料，具有色泽鲜艳明亮、遮盖力强、环境友好、耐候性好及独特的红外反射等性能优点，成为传统含铅、铬、镉等有毒重金属元素的黄色颜料的最有潜力的替代品，在高档涂料、环保工程塑料着色、油墨、陶瓷、搪瓷、玻璃等领域应用广泛。
但是，钒酸铋中的Bi、V元素还是具有一定毒性。目前，通常通过离子掺杂来降低有毒金属元素含量并提高其近红外反射率，现有技术如公开号为CN109911938A的发明专利中通过掺杂La和Na来提高其近红外反射率，但此种方法对提高钒酸铋的近红外反射率有限，其近红外反射比仅为72％。
因此，需要提供一种具有更高近红外反射率的钒酸铋黄色颜料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种金属离子掺杂钒酸铋黄色颜料及其制备方法和应用。本发明提供的金属离子掺杂钒酸铋黄色颜料具有更高的近红外反射率。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供了一种金属离子掺杂钒酸铋黄色颜料，包括BiVO4和掺杂在所述BiVO4中的Li+、Gd3+和Mo6+。
本发明提供了上述技术方案所述的金属离子掺杂钒酸铋黄色颜料的制备方法，包括：
将Bi2O3、Gd2O3、Li2CO3、MoO3和V2O5混合后进行煅烧，得到金属离子掺杂钒酸铋黄色颜料。
优选地，所述Bi2O3、Gd2O3、Li2CO3、MoO3和V2O5在原料中的质量含量分别为Bi2O340～67％、Gd2O32.5～16％、Li2CO30.5～3.2％、MoO34.5～25％、V2O515～26％。
更优选地，所述Bi2O3、Gd2O3、Li2CO3、MoO3和V2O5在原料中的质量含量分别为Bi2O345～60％、Gd2O37～10％、Li2CO31.0～2.5％、MoO310～15％、V2O520～23％。
优选地，所述煅烧的温度为650～800℃。
更优选地，所述煅烧的温度为700～750℃。
优选地，所述煅烧的时间为5～7h。
更优选地，所述煅烧的时间为6h。
优选地，所述煅烧后还包括对所述煅烧的产物进行研磨处理。
本发明还提供了上述技术方案所述的金属离子掺杂钒酸铋黄色颜料或按照上述技术方案所述制备方法制备的金属离子掺杂钒酸铋黄色颜料在隔热产品中的应用。
本发明提供了一种金属离子掺杂钒酸铋黄色颜料，包括BiVO4和掺杂在所述BiVO4中的Li+、Gd3+和Mo6+。本发明利用Li+和Gd3+取代BiVO4中的部分Bi3+，利用Mo6+取代BiVO4中的部分V5+，能够减少Bi和V的用量，降低颜料中有毒金属元素含量，同时采用Li+、Gd3+和Mo6+对BiVO4进行掺杂来调谐颜料的颜色，提高其近红外反射率。实施例的结果显示，本发明提供的金属离子掺杂钒酸铋黄色颜料具有更高的近红外反射率，在780～2500nm近红外波段内的反射率均在90％以上。
附图说明
图1为本发明实施例1～3的金属离子掺杂钒酸铋黄色颜料的XRD图；
图2为本发明实施例1～3的金属离子掺杂钒酸铋黄色颜料在780～2500nm近红外波段内的反射率图。
具体实施方式
本发明提供了一种金属离子掺杂钒酸铋黄色颜料，包括BiVO4和掺杂在所述BiVO4中的Li+、Gd3+和Mo6+。
本发明利用Li+和Gd3+取代BiVO4中的部分Bi3+，利用Mo6+取代BiVO4中的部分V5+，能够减少Bi和V的用量，降低颜料中有毒金属元素含量，同时采用Li+、Gd3+和Mo6+对BiVO4进行掺杂来调谐颜料的颜色，提高其近红外反射率。
本发明提供了上述技术方案所述金属离子掺杂钒酸铋黄色颜料的制备方法，包括：
将Bi2O3、Gd2O3、Li2CO3、MoO3和V2O5混合后进行煅烧，得到金属离子掺杂钒酸铋黄色颜料。
如无特殊说明，本发明对所述各组分的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。
在本发明中，所述Bi2O3在原料中的质量含量优选为40～67％，进一步优选为45～60％，更优选为50～55％。在本发明中，所述Bi2O3用于提供Bi元素。
在本发明中，所述Gd2O3在原料中的质量含量优选为2.5～16％，进一步优选为5～13％，更优选为8～10％。本发明将Gd2O3的质量含量限定在上述范围内，能够取代BiVO4中的部分Bi3+，降低产物中有毒金属元素含量，并能够控制产物中Gd3+的掺杂量，调谐颜料的颜色，进一步提高产物的近红外反射率。
在本发明中，所述Li2CO3在原料中的质量含量优选为0.5～3.2％，进一步优选为0.8～3.0％，更优选为1.0～2.5％，最优选为1.5～2.0％。本发明将Li2CO3的质量含量限定在上述范围内，能够取代BiVO4中的部分Bi3+，降低产物中有毒金属元素含量，并能够控制产物中Li+的掺杂量，调谐颜料的颜色，进一步提高产物的近红外反射率，同时Li2CO3能够作为矿化剂，降低反应温度。
在本发明中，所述MoO3在原料中的质量含量优选为4.5～25％，进一步优选为10～20％，更优选为12～16％。本发明将MoO3的质量含量限定在上述范围内，能够取代BiVO4中的部分V5+，降低产物中有毒金属元素含量，并能够控制产物中Mo6+的掺杂量，进一步提高产物的近红外反射率。
在本发明中，所述V2O5在原料中的质量含量优选为15～26％，进一步优选为18～23％，更优选为20～22％。在本发明中，所述V2O5用于提供V元素。
本发明对所述Bi2O3、Gd2O3、Li2CO3、MoO3和V2O5的混合的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的物料混合的技术方案即可。在本发明中，所述混合优选为研磨；所述研磨优选为湿法球磨；所述湿法球磨的球料比优选为4:1；所述湿法球磨的溶剂优选为丙酮；所述湿法球磨的时间优选为1～5h。在本发明中，所述研磨能够使各组分混合更加均匀。本发明对所述研磨的设备没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的研磨设备即可。在本发明中，所述研磨优选在行星球磨机中进行。
在本发明中，所述煅烧的温度优选为650～800℃，更优选为700～750℃；所述煅烧的时间优选为5～7h，更优选为6h。本发明将煅烧的温度和时间限定在上述范围内能够使各组分充分反应得到目标产物，又能避免温度过高出现烧结和结块现象。在本发明中，所述煅烧过程中发生固相反应，得到BiVO4，同时Li+、Gd3+和Mo6+掺杂进入BiVO4中。
本发明对所述煅烧的设备没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的煅烧的设备即可。在本发明中，所述煅烧优选在高温炉中进行。
煅烧完成后，本发明优选将所述煅烧的产物冷却后进行研磨，得到金属离子掺杂钒酸铋黄色颜料。
在本发明中，所述冷却优选为自然冷却，所述冷却的终点优选为室温。
在本发明中，所述研磨优选为湿法球磨；所述湿法球磨的球料比优选为4:1；所述湿法球磨的溶剂优选为丙酮；所述湿法球磨的时间优选为0.5～5h。在本发明中，所述研磨后产物的粒径优选为200～300目。本发明对所述研磨的设备没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的研磨设备即可。在本发明中，所述研磨优选在行星球磨机中进行。
本发明直接采用固相反应，制备工艺简单，添加Li2CO3不仅能够降低产物中有毒金属元素含量，提高产物的近红外反射率，同时Li2CO3能够作为矿化剂，降低反应温度，使得反应在较低温度下即可进行；控制各组分的用量及煅烧温度、时间等工艺参数，提高产物的近红外反射率。
本发明还提供了上述技术方案所述金属离子掺杂钒酸铋黄色颜料或按照上述技术方案所述制备方法制备的金属离子掺杂钒酸铋黄色颜料在隔热产品中的应用。
本发明对所述金属离子掺杂钒酸铋黄色颜料在隔热产品中的应用没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的颜料在隔热产品中的应用的技术方案即可。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明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。
实施例1
按照质量含量称取反应原料：Bi2O366.18％、Gd2O32.86％、Li2CO30.58％、MoO34.54％和V2O525.84％共100g，放入行星球磨机中，以丙酮为溶剂，球料比为4:1球磨2h，将研磨好的粉末放入高温炉中800℃煅烧5h，自然冷却至室温后再放入行星球磨机中，以丙酮为溶剂，球料比为4:1球磨4h，得到金属离子掺杂钒酸铋黄色颜料。
利用X射线粉末衍射法对所得颜料的晶体结构进行表征，结果如图1所示，将所得谱图与标准卡片进行对比，结果显示所得颜料为白钨矿结构的晶体。
使用UV-vis-NIR分光光度计对颜料的紫外可见近红外反射率进行测量，所得颜料的紫外可见光及近红外反射光谱图如图2所示，采用中国建筑工业行业标准《JG/T 235-2014》在780～2500nm近红外波段内对所得颜料进行近红外反射性能检测，所得颜料的近红外反射比为91.24％。
实施例2
按照质量含量称取反应原料：Bi2O353.88％、Gd2O38.98％、Li2CO31.83％、MoO314.27％和V2O521.04％共100g，放入行星球磨机中，以丙酮为溶剂，球料比为4:1球磨2h，将研磨好的粉末放入高温炉中700℃煅烧6h，自然冷却至室温后再放入行星球磨机中，以丙酮为溶剂，球料比为4:1球磨5h，得到金属离子掺杂钒酸铋黄色颜料。
利用X射线粉末衍射法对所得颜料的晶体结构进行表征，结果如图1所示，将所得谱图与标准卡片进行对比，结果显示所得颜料为白钨矿结构的晶体。
使用UV-vis-NIR分光光度计对颜料的紫外可见近红外反射率进行测量，所得颜料的紫外可见光及近红外反射光谱图如图2所示，采用中国建筑工业行业标准《JG/T 235-2014》在780～2500nm近红外波段内对所得颜料进行近红外反射性能检测，所得颜料的近红外反射比为93.60％。
实施例3
按照质量含量称取反应原料：Bi2O340.38％、Gd2O315.71％、Li2CO33.2％、MoO324.95％和V2O515.76％共100g，放入行星球磨机中，以丙酮为溶剂，球料比为4:1球磨2h，将研磨好的粉末放入高温炉中650℃煅烧7h，自然冷却至室温后再放入行星球磨机中，以丙酮为溶剂，球料比为4:1球磨0.5h，得到金属离子掺杂钒酸铋黄色颜料。
利用X射线粉末衍射法对所得颜料的晶体结构进行表征，结果如图1所示，将所得谱图与标准卡片进行对比，结果显示所得颜料为白钨矿结构的晶体。
使用UV-vis-NIR分光光度计对颜料的紫外可见近红外反射率进行测量，所得颜料的紫外可见光及近红外反射光谱图如图2所示，采用中国建筑工业行业标准《JG/T 235-2014》在780～2500nm近红外波段内对所得颜料进行近红外反射性能检测，所得颜料的近红外反射比为95.53％。
综上，本发明提供的金属离子掺杂钒酸铋黄色颜料具有更高的近红外反射率，在780～2500nm近红外波段内的近红外反射率均在90％以上。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种金属离子掺杂钒酸铋黄色颜料，包括BiVO4和掺杂在所述BiVO4中的Li+、Gd3+和Mo6+。
2.权利要求1所述金属离子掺杂钒酸铋黄色颜料的制备方法，包括：
将Bi2O3、Gd2O3、Li2CO3、MoO3和V2O5混合后进行煅烧，得到金属离子掺杂钒酸铋黄色颜料。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述Bi2O3、Gd2O3、Li2CO3、MoO3和V2O5在原料中的质量含量分别为Bi2O340～67％、Gd2O32.5～16％、Li2CO30.5～3.2％、MoO34.5～25％、V2O515～26％。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述Bi2O3、Gd2O3、Li2CO3、MoO3和V2O5在原料中的质量含量分别为Bi2O345～60％、Gd2O37～10％、Li2CO31.0～2.5％、MoO310～15％、V2O520～23％。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧的温度为650～800℃。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧的温度为700～750℃。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧的时间为5～7h。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧的时间为6h。
9.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧后还包括对所述煅烧的产物进行研磨处理。
10.权利要求1所述的金属离子掺杂钒酸铋黄色颜料或权利要求2～9任意一项所述制备方法制备的金属离子掺杂钒酸铋黄色颜料在隔热产品中的应用。
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