包裹型稀土硫化物色料的制备工艺及性能研究

作     者：程思睿 

作者单位：景德镇陶瓷大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李月明

授予年度：2024年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：γ-Ce2S3红色色料 γ-(CeLa)2S3橙红色色料 硅酸锆包裹 Stober法 包裹 溶胶凝胶法 

摘      要：随着人们对环境保护的认识不断提高,对某些有毒的无机红色色料的使用受到限制。需要研发一种全新的环保无机红色颜料,以满足市场的需求。γ-CeS是一种无毒的材料,具有饱和的颜色且可以有效抵御紫外线辐射,因此被认为是一种非常有前景的环保颜料。然而,γ-CeS在含氧气氛下只能稳定到350℃,这限制了它在高温装饰领域的应用。为了提高γ-CeS的热稳定性,通常我们在色料表面包裹一层透明、耐高温且耐受性好的物质。因此,本研究主要探讨了对硫化物色料进行硅酸锆与氧化硅包覆的工艺,并主要对包覆后色料的温度稳定性与耐酸性进行了深入研究。主要研究内容如下:（1）首先采用溶胶-凝胶法结合硫化升温工艺制备Zr Si O包裹的γ-CeS大红色料,以Ce（NO）·6HO为铈源,Zr Cl为锆源,TEOS为硅源,EDTA为络合剂,HNO为氧化剂,去离子水为共溶剂,Li F为矿化剂,NH·HO为p H调节剂,采用溶胶凝胶法制备Ce-Si-Zr-O前驱体粉体,以CS为硫源,将前驱体硫化并升温制备Zr Si O包裹型γ-CeS大红色料,研究了前驱体粉体的不同铈锆比以及不同硫化温度对色料形貌的影响。结果表明:当前驱体溶液中Ce﹕Zr=1﹕1,矿化剂Li F的存在降低了Zr Si O的生成温度,促进了其在700℃下形成Zr Si O包裹晶体。前驱体粉体在900℃硫化时可将Ce O硫化成α-CeS,进一步在Ar的保护气氛下升温至1300℃转变为γ-CeS,最终制备出抗氧化温度为610.3℃、色泽鲜艳（L*=30.26、a*=37.71、b*=29.24）的γ-CeS@Zr Si O包裹型大红色料。（2）γ-（Ce La）S是一种新型的无机橙红色色料,该色料色泽鲜艳,呈明亮的橙红色,并且不含有重金属元素,更易分散在溶剂中。但由于γ-（Ce La）S在温度高于350℃后容易被氧化分解,因此限制了该色料在高温塑料、玻璃等领域的应用。为了使γ-（Ce La）S颜料能够在高温下稳定呈色,研究了采用St（?）ber法,以市售γ-（Ce La）S为被包裹体,TEOS为硅源,CTAB为分散剂,制备无机橙红色包裹色料γ-（Ce La）S@Si O,研究不同固含量对包裹色料的影响,深入探讨了包裹色料的形貌、耐温性、耐酸性以及包覆结构,发现在水醇含量与比例不变的情况下,当固体含量为100 g时,保持溶液总量不变,此条件下制备的包裹色料,呈现优异的耐酸性与抗氧化性能,包裹色料经1.0 M盐酸浸泡12 h色度几乎无明显变化;在空气中煅烧至450℃,也依旧保持良好的橙红色:L*=45.40,a*=35.21,b*=47.80,ΔE=3.31。（3）在上述研究的基础上,将实验室研究成果进入企业中试放大试验。试验结果表明:在固体含量为100 g的基础上放大300倍,将30 kg的γ-（Ce La）S市售色料分散于225 L乙醇与75 L的水的混合溶液中,以及3 kg分散剂CTAB与10.5 kg硅源TEOS,制得前驱体色料,置于700℃下保护气氛下煅烧,获得了耐温性能良好的亮橙色包裹色料（L*=49.88,a*=37.04,b*=49.22）,并且包裹后色料耐温提高到482.9℃,相对于未包裹色料的350℃,提高约为130℃。