銅硅酸鹽系列顏料不僅是高穩(wěn)定性的裝飾材料,近年來更因其呈現(xiàn)出較好的熒光性能而備受關(guān)注。但是傳統(tǒng)的固相法存在焙燒溫度過高,產(chǎn)物的微觀形貌難以控制的弊端,而單一的水熱法也存在水熱溫度過高和水熱時間過長的缺陷,這極大的限制了該系列顏料的應(yīng)用和發(fā)展。

因此如何采用低能高效的方法進行批量化合成,是實現(xiàn)顏料工業(yè)實用化的主要目標(biāo)。中國紫(Ba Cu Si_2O_6)、埃及藍(lán)(Ca Cu Si_4O_(1 0))、中國藍(lán)(Ba Cu Si_4O_(1 0))和中國深藍(lán)(Ba Cu_2Si_2O_7)在銅硅酸鹽系列顏料中占據(jù)較大的研究比重,同時能夠呈現(xiàn)出較好的發(fā)光性能,因而選擇這四種體系相似的顏料作為本文的研究對象。

本課題利用共沉淀-水熱法合成銅硅酸鹽系列顏料的前驅(qū)體,然后再經(jīng)過焙燒制得四種銅硅酸鹽顏料,有效的降低了反應(yīng)溫度,縮短了反應(yīng)時間。此外,借助XRD、色度儀等現(xiàn)代分析手段對所得樣品的物相結(jié)構(gòu)、形貌以及顏色特征進行表征,考察在反應(yīng)過程中,焙燒溫度、焙燒時間、水熱時間、不同硅質(zhì)原料和前驅(qū)體的酸堿性對四種銅硅酸鹽顏料的結(jié)構(gòu)和呈色性能的影響。

(1)分別以硅酸鈉(Na_2Si O_3)和泡花堿(模數(shù)M=2.1~2.2的速溶水玻璃)為硅源、硝酸銅為銅源、硝酸鋇為鋇源,利用共沉淀-水熱結(jié)合焙燒的方法制備中國紫顏料。探究焙燒溫度、焙燒時間、水熱時間和不同的硅質(zhì)原料對中國紫顏料結(jié)構(gòu)和呈色性能的影響。結(jié)果表明:硅酸鈉為硅源,180℃水熱處理20 h,700℃焙燒5 h時,中國紫顏料的呈色性能最好,L*值,a*值,b*值和c*值分別為60.8,10.91,-45.58和46.87,色度坐標(biāo)為x=0.22305,y=0.21299。同時,該中國紫顏料在500-800 nm區(qū)域呈現(xiàn)出較好的寬頻吸收特性,在800-1200 nm區(qū)域呈現(xiàn)出較好的發(fā)光性能,發(fā)光中心位于916 nm。

(2)分別以硅酸鈉和泡花堿為硅源、硝酸銅為銅源、硝酸鈣為鈣源,利用共沉淀-水熱結(jié)合焙燒的方法制備埃及藍(lán)顏料。探究焙燒溫度、焙燒時間、水熱時間、前驅(qū)體的酸堿性和不同的硅質(zhì)原料對埃及藍(lán)顏料結(jié)構(gòu)和呈色性能的影響。結(jié)果顯示:硅酸鈉為硅源,前驅(qū)體p H為9.5-10,180℃水熱處理24 h,800℃焙燒5 h時,埃及藍(lán)顏料的呈色性能最好,L*值,b*值和c*值分別為61.23,-23.57和24.93,色度坐標(biāo)為x=0.23277,y=0.26737。同時,該埃及藍(lán)顏料在500-800 nm區(qū)域呈現(xiàn)出較好的寬頻吸收特性,在800-1200 nm區(qū)域呈現(xiàn)出較好的發(fā)光性能,發(fā)光中心位于953 nm。

(3)分別以硅酸鈉和泡花堿為硅源、硝酸銅為銅源、硝酸鋇為鋇源,利用共沉淀-水熱結(jié)合焙燒的方法制備中國藍(lán)顏料。探究焙燒溫度、焙燒時間、水熱時間、前驅(qū)體的酸堿性和不同的硅質(zhì)原料對中國藍(lán)顏料結(jié)構(gòu)和呈色性能的影響。結(jié)果顯示:硅酸鈉為硅源,前驅(qū)體p H為11.5-12,180℃水熱處理20 h,800℃焙燒5 h時,中國藍(lán)顏料的呈色性能最好,L*值,b*值和c*值分別為63.75,-44.56和44.57,色度坐標(biāo)為x=0.2152,y=0.2248。該中國藍(lán)顏料在500-800 nm區(qū)域呈現(xiàn)出較好的寬頻吸收特性,在800-1200 nm區(qū)域呈現(xiàn)出較好的發(fā)光性能,發(fā)光中心位于980 nm。

(4)分別以硅酸鈉和泡花堿為硅源、硝酸銅為銅源、硝酸鋇為鋇源,利用共沉淀-水熱結(jié)合焙燒的方法制備中國深藍(lán)顏料。探究焙燒溫度、焙燒時間、水熱時間和不同的硅質(zhì)原料對中國深藍(lán)顏料結(jié)構(gòu)和呈色性能的影響。結(jié)果表明:硅酸鈉為硅源,180℃水熱處理20 h,800℃焙燒5 h時,中國深藍(lán)顏料的呈色性能最好,L*值,b*值和c*值分別為39.08,-17.65和18.49,色度坐標(biāo)為x=0.24059,y=0.27213。