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钴蓝颜料是一种性能优异,应用前景广阔的尖晶石型颜料。通常方法下制备的钴蓝颜料无法达到喷墨打印装饰技术的要求。纳米陶瓷颜料由于高度微细而具有很好的流动性和润滑性,可达到更好的分散悬浮和稳定,使用时颜料用料减少,而且呈色性能好,印刷图像更加清晰。在玻璃陶瓷的装饰中,纳米级的陶瓷颜料能节省大量原料并印制出更精美,质量更高的图像。
本实验采用复合表面活性剂Span80-Tween60助表面活性剂正己醇,溶剂120#汽油,以CoCl2和Al(NO3)3溶液为前驱液,建立了稳定的反向微乳液法体系,并制备了20nm左右呈色性能良好的CoAl2O4天蓝纳米陶瓷颜料。
本实验包括三部分:首先,实验利用电导率测定法研究了Span80-Tween60/正己醇/120#汽油体系反向微乳液的最大水增溶性能,分析了体系结构,如复合表面活性剂的配比,表面活性剂含量,助表面活性剂,前驱液浓度,及其它因素如温度对微乳液体系的影响。当复合表面活性剂中Span80含量为40%的时候,表面活性剂/油相为21Wt%时,微乳液可以增溶最多水含量,过量则会降低水增溶性能。少量正己醇即可大幅度增加微乳液的水增溶能力,超过9.3%的助表面活性剂则会引起破乳而降低水增溶能力。电解质的加入也会显著降低微乳液的水增溶性能,且随前驱液浓度的增加(从0到1mol·L-1),最大水增溶量减少(从14.3%到6.0%)。温度对微乳液的最大水增溶水量影响不大。
第二,通过XRD、TEM和色度计等对Span80-Tween60/正己醇/120#汽油反相微乳液法制备的纳米陶瓷颜料进行了表征,研究了微乳液工艺参数对纳米颜料的晶相,显微结构,呈色性能的影响。实验表明,微乳液的组成对颜料晶体影响不大,均表现出CoAl2O4的6条特征峰,仅晶面间距有所不同。助表面活性剂和表面活性剂的配比通过调整界面膜性质影响颜料的均匀性,团聚程度,增加表面活性剂含量和前驱液浓度均能降低颜料晶体尺寸。实验证实可以通过改变微乳液体系组成调节晶体尺寸大小,均匀性和团聚程度,从而对颜料的呈色性能产生一定的影响。
最后,通过差热分析研究了CoAl2O4的前驱粉体的合成动力学机理。DTA分析表明,不同的烧结速率会影响CoAl2O4晶体的晶型。微乳液法可以比固相烧结法更加容易的生成CoAl2O4晶体,反应符合Arrhenius关系。与固相烧结法相比,活化能从763.8kJ·mol-1降低到微乳液法的161kJ·mol-1CoAl2O4的合成活化能降低比较明显。而且随着前驱液离子浓度的升高,烧结温度和活化能的继续降低。