一种具有高太阳光反射比的蓝色陶瓷颜料及其制备方法与流程

【技术领域】

本发明属于无机金属氧化物颜料技术领域，具体涉及一种具有高太阳反射比的蓝色陶瓷颜料及其制备方法。

背景技术：

随着能源的枯竭以及日益增长的需求，其使用成本不断上涨，节约能源、提高利用效率便成为推动新技术的发展的重要手段。现广泛采用的近红外反射颜料被运用于反射隔热涂料中，当被涂覆基层暴露于阳光下时，涂层中的颜料反射太阳光波，减少电磁波在被辐照表面的蓄积与热能转化，从而减少热量蓄积，最终致使冷却系统荷载的减小而达到节能目的。如果采用含有这种颜料的涂料装饰建筑屋顶，将会反射更多的太阳辐照从而降低室内温度。

co²⁺掺杂铝酸锌基颜料作为无机混相颜料，具有突出的热化学，物理和光学性质，能够代替近年来广泛使用的价格昂贵的钴蓝及钴铝蓝颜料，在反射隔热涂料中发挥运用价值。目前用于制备znxco1-xal2o4型颜料的典型方法有：燃烧合成法、共沉淀法、聚合物前躯体法(pechini法)、热溶胶法及喷雾热解法；然而这些制备方法因其所需的苛刻条件，如高温高压、长时间浸泡、原材料昂贵等，从而带来了高能耗与环境污染问题，与制备具有太阳光反射比的颜料的初衷是背道而驰。

鉴于目前钴系蓝色颜料存在着价格高昂、具有一定毒性、反射率欠佳等问题，研发出具有低成本、低钴掺杂及高太阳光反射比的蓝色颜料便成为专业人员亟须解决的问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种具有高太阳光反射比的蓝色陶瓷颜料及其制备方法。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：

一种具有高太阳光反射比的蓝色陶瓷颜料，其晶型结构为晶尖石型，且该蓝色陶瓷颜料的化学分子式为zn0.9co0.1al2o4。

同时提供了所述具有高太阳光反射比的蓝色陶瓷颜料的制备方法，该制备方法具体包括如下操作步骤：

步骤(1)、制备原料混合液：取四水合硝酸锌、六水合硝酸钴、九水合硝酸铝、甘氨酸，分别用去离子水溶解为饱和溶液并将各饱和溶液与尿素混合，控制四水合硝酸锌、六水合硝酸钴、九水合硝酸铝、甘氨酸与尿素的摩尔比为81:9:180:100:675；在80℃下搅拌30-40分钟，得到原料混合液；

步骤(2)、产品合成：将所得原料混合液加热至300℃以上，体系发生自蔓延燃烧反应，反应结束后待自然冷却至室温即得粗品；

步骤(3)、产品纯化：将所得粗品依次经研磨、蒸馏水洗涤、及干燥，得到最终产品，即所述蓝色陶瓷颜料。

进一步地，所述步骤(3)中，干燥温度为110℃、干燥时间为3h。

本发明的有益效果在于：

提供一种具有高太阳反射比、低钴掺量且成本更为经济的蓝色陶瓷颜料，同时提供了该蓝色陶瓷颜料的制备方法，该制备方法制备工艺简单、易于操作，且制备成本更为经济。

【附图说明】

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的描述。

图1是本发明一种具有高太阳光反射比的蓝色陶瓷颜料的xrd衍射谱图。

图2是本发明一种具有高太阳光反射比的蓝色陶瓷颜料的uv-vis-ir反射谱图。

【具体实施方式】

本发明一种具有高太阳光反射比的蓝色陶瓷颜料的制备方法，该制备方法具体包括如下操作步骤：

步骤(1)、制备原料混合液：取四水合硝酸锌、六水合硝酸钴、九水合硝酸铝、甘氨酸，分别采用去离子水溶解为饱和溶液并将各饱和溶液与尿素混合，控制四水合硝酸锌、六水合硝酸钴、九水合硝酸铝、甘氨酸与尿素的摩尔比为81:9:180:100:675；80℃下搅拌30-40分钟，得到原料混合液；

步骤(2)、产品合成：将所得原料混合液加热至300℃以上，体系发生自蔓延燃烧反应，反应结束后待自然冷却至室温即得粗品；

步骤(3)、产品纯化：将所得粗品依次研磨、蒸馏水洗涤、及干燥，所得最终产品即所述蓝色陶瓷颜料。

其中，干燥时采用的具体干燥温度为110℃、干燥时间为3h。

为了更好的对本发明进行阐述说明，例举了如下实施例。

实施例1

按照如下质量称取各物质并配成相应饱和溶液：

235.3gzn(no3)2·4h2o，溶解于421g去离子水；

29.1gco(no3)2·6h2o，溶解于33.5g去离子水；

750.3gal(no3)3·9h2o，溶解于963.7g去离子水；

甘氨酸84.1g，溶解于336.3g去离子水；

将所配制的以上饱和溶液与450.5g尿素置于2.5混合升玻璃器皿中，并于80℃下以300rpm转速搅拌30分钟，得到原料混合液；

将所得原料混合液进行加热，在加热过程中，随着温度上升原料混合液中水分挥发，体系粘度上升，当加热至290℃时原料混合液被点燃而发生自蔓延燃烧反应，期间伴随大量反应热与巨量气体释放，反应温度峰值达到1300℃以上，反应最终自行结束，反应所得产物为大量海绵状蓝色粉末，自然冷却至室温即得粗品；

收集粗品，并置于行星球磨机中使用湿法研磨，之后采用蒸馏水洗涤，然后在110℃下干燥3小时，即得180g最终产品。

实施例2

将实施例1制备产品经x射线衍射，得到该产品的xrd谱图，如图1所示；将图1和znal2o4的标准图谱01-070-8181对比，发现产品具有晶体znal2o4的所有衍射峰，因此，产品具有znal2o4(01-070-8181)的晶尖石晶型；且由于图1中只有铝酸锌的衍射峰而没有其他杂峰，说明co已经良好的掺杂进znal2o4晶体中，产品分子构成为zn0.9co0.1al2o4。

实施例3

将实施例1所制得的产品采用测色仪进行测定，可知，产品的l^*＝67.8、a^*＝-3.7、b^*＝-39，从而表明产品在可见光区域呈蓝相；同时对该产品进行uv-vis-ir光谱反射分析，得到产品的uv-vis-ir反射谱图如图2所示，由图2可知，产品在250-2500nm波长范围内的太阳光反射率为63％。

需要说明的是，本发明中自蔓延燃烧反应可自发产生大量的反应热，有助于晶尖石型产物的形成；同时，由于大量气体在自蔓延燃烧反应过程中产生，使所得产物具有更小的粒径(经测定，d0.1＝1.0μm，d0.5＝10μm，d0.9＝20μm)，这与近红外反射性材料在700-1100nm波段所具有的粒径要求是相匹配的，从而使本发明制备所得的蓝色陶瓷颜料具有近红外反射特性：经测定可知，在1100nm光波段下，使用本发明制备的蓝色陶瓷颜料制备反射隔热涂料，在相同配方与制备条件下与现有钴系蓝色颜料相比，具有更高的反射率，具体高达58％。另外，还需要强调的是，本发明经由自蔓延燃烧反应所制备的蓝色陶瓷颜料，并不需要额外的退火来重整晶体形貌，节约了能源，这是现有铝酸锌颜料制备方法所不具备的。

综上，本发明蓝色陶瓷颜料不仅制备过程简单、易于操作，即具有便捷性，而且制备成本低，另外，所制得的蓝色陶瓷颜料钴的含量低、且具有高太阳反射比。