柠檬酸对溶胶凝胶法合成铬锡红色料的影响

第27卷第2期2006年6月

陶瓷学报

JOURNALOFCERAMICS

Vol.27,No.2Jun.2006

文章编号:1000-2278(2006)02-0197-04

柠檬酸对溶胶凝胶法合成铬锡红色料的影响

熊春华郑乃章陈礼彬莫云杰沈华荣曹春娥

(景德镇陶瓷学院,333001)

摘要

(TG-DSC)、色料前驱体干胶的红外光谱分析表探讨了加入柠檬酸对溶胶-凝胶法合成铬锡红色料的影响。通过热重-差热

明,金属离子在这种凝胶柠檬酸缩合形成高分子的网络结构中分布的均匀性比未加柠檬酸形成的要高,在热处理进行反应时,柠檬酸法合成色料的温度比未加柠檬酸的提前50℃。柠檬酸,铬锡红关键字:溶胶-凝胶法,中图法分类号:TQ174.4+3文献标识码:A

2.1原料及药品(见表1)

1前言

柠檬酸法实质上是金属鳌合凝胶法,其基本过程是在制备前驱液时加入鳌合剂,如柠檬酸或EDTA,通过控制一系列实验条件,如在溶液中鳌合剂与金属pH值、温度等,形成可溶性鳌合物,减少离子摩尔比、

前驱物中的自由离子,从而形成均匀、透明的溶胶,溶胶移去后形成凝胶。

溶胶-凝胶法制备陶瓷色料是一个广阔的研究领域,它在控制色料的粒度、化学均匀性、降低煅烧温度等方面显示了巨大的潜力。然而由于该工艺在制备色料过程中需要长时间搅拌,在实际操作中难以控制颗粒团聚等问题,造成工艺方法上不易于生产化而限制了其在普通陶瓷色料中的应用。为了解决上述问题,本课题研究了溶胶-凝胶法合成铬锡红色色料的工艺改进,探讨了加入柠檬酸后对溶胶-凝胶法合成铬锡红色料的影响。

(见图1)3实验工艺流程图2.2实验设备

电热恒温水浴锅,恒温磁力搅拌器,SX2系列箱式电阻炉,近红外光谱分析仪,电子精密天平,红外快速干燥器,综合热分析仪。

表1实验原料及药品

Table1Laboratoryfurnitureandmaterial名称纯度名称纯度

柠檬酸分析纯硝酸铬分析纯

正硅酸乙酯化学纯氯化亚锡分析纯

无水乙醇分析纯偏硼酸锂分析纯

4试验结果分析与讨论

2实验原料、药品及设备

4.1柠檬酸法制备铬锡红色料的热重-差热分析

收稿日期:2006-02-19作者简介:熊春华,男,讲师

198《陶瓷学报》2006年第2期

图3已加柠檬酸的凝胶前驱体的TG-DSC曲线Fig.3TheTG-DSCcurvesofgelwithCA

图1加柠檬酸的溶胶凝胶法的铬锡红色料的工艺流程图Fig.1Thetechnologicalprocessofpreparingpigmentby

sol-gelmethodwiththecitricacid

M-CA骨架,而不能与柠檬酸形成螯合物的离子如Na+等则吸附在其周围。此外,由于在柠檬酸中同时存在羟基和羧基,在溶液蒸发浓缩形成凝胶的过程中,柠檬酸缩合形成高分子的网络结构。而溶液的性质决定了金属离子在这种凝胶中分布的均匀性比未加柠檬酸形成的要高,几乎达到了原子水平的均匀。在热处理进行反应时,各种组分需要迁移的距离也要比未加柠檬酸短,所以柠檬酸和成色料的温度比未加柠檬螯合剂柠檬酸的加入使溶胶变酸的提前50℃。另外,

为稳定的凝胶,水解和缩聚反应后形成的金属离子胶体被有机物均匀的分隔,金属离子胶体粒子在加热的过程中难以靠近;再者柠檬酸的高温热分解,分解出来的气体再次发挥了位阻效应,使高温活性粉体不易于团聚,从而使最终色料的颗粒小,均匀,分布范围窄。

4.2柠檬酸法制备铬锡红色料前驱体干胶的红外光

谱分析

为了进一步探讨柠檬酸的作用以及凝胶转化为粉末的机理,对样品进行红外光光谱分析。图4和图5分别为未加柠檬酸和已加柠檬酸色料前驱体干胶的红外光光谱图。

由图4可知,干胶胶粒之间只有大量的吸附水(3431.31cm-1、1632.74cm-1及1097.52cm-1处的-O-H键伸缩振动)和少量的乙醇(474.03cm-1处的-C-O-H的弯曲振动)。而有加入柠檬酸的干胶胶粒之间除了有吸附水(3438.39cm-1及在1000cm-1右边的弱峰为-O-H键伸缩振动)之外还有

PEG

图2分别给出了未加柠檬酸合成色料与柠檬酸合成色料的TG-DSC图谱。

从图2可以看出,未加柠檬酸合成色料过程中,120℃~230℃左右区间对应于失去结晶水,并在此区间之后失重都不是很明显。但图3中加了柠檬酸合成色料的TG-DSC图谱则完全不同,在630℃之前有三个较明显的失重区间,分别对应于吸附水和无水乙醇(50℃~180℃和180℃~360℃)、PEG和柠檬酸热分解(380℃~640℃)。柠檬酸的结构决定了它是一个多齿配体,在液相法合成陶瓷粉体时,柠檬酸在溶液中

2+6+

Sn4+、、Cr3+、等形成螯合物可与金属离子Si4+、

图2未加柠檬酸的凝胶前驱体的TG-DSC曲线

Fig.2TheTG-DSCcurvesofgel

《陶瓷学报》2006年第2期199

铬锡红色料在1200℃下都具有良好的化学稳定性与颜色稳定性。加柠檬酸的铬锡红色料稳定呈色的温度高达可1320℃,要比未加柠檬酸的高出40℃。

5结论

(1)溶胶-凝胶法合成铬锡红色料引入柠檬酸比未引入具有很大的优点:一是无需长时间的剧烈搅拌

图4未加柠檬酸色料前驱体干胶的红外光谱图

Fig.4TheIRpatternofdriedgel

过程,二是易于形成透明均匀的凝胶,并且也易于得到颗粒分布均匀、窄的色料分体。

通过热重-差热(TG-DSC)、色料前驱体干(2)

胶的红外光谱表明,金属离子在这种凝胶柠檬酸缩合形成高分子的网络结构中分布的均匀性比未加柠檬酸形成的要高。

在热处理进行反应时,柠檬酸法合成色料的(3)

温度比未加柠檬酸的提前50℃,并且加柠檬酸的铬锡红色料呈色的温度可高达1320℃,要比未加柠檬酸的高出40℃。

参考文献

图5加柠檬酸色料前驱体干胶的红外光谱图Fig.5TheIRpatternofdriedgeladdedCA

1俞康泰编著.陶瓷色釉料与装饰导论.武汉工业大学出版社,1998

2岳振星,周济,张洪国等.柠檬酸盐凝胶的自燃烧与铁氧体纳米粉合成.硅酸盐学报,1998,27(4):466-470

3俞康泰.对我国陶瓷色釉料工业生产发展的几点建议.发展战4-6略:

4俞康泰.陶瓷色釉料研究开发的的现状及进展.佛山陶瓷,2000(4):1-4

5张宇宏,张鹏等.陶瓷色剂的应用及其最新发展.陶瓷,200025-27(5):

6张玉军.溶胶-凝胶技术及其在陶瓷色料制备中的应用研究.现代技术陶瓷,1994(2):32-36

7曾庆冰等.溶胶-凝胶法基本原理及其在陶瓷材料中的应1998.14(2):138-143用.高分子材料科学与工程,

8洪新华等.溶胶-凝胶(Sol-Gel)方法原理与应用.天津师范2001.21(1):5-8大学学报(自然科学版),

9RiccardoRicceietal.CeramicPigmentsObtainedbySol-gelTechniquesandbyMechanochemicalInsertionofColor2002,CentersinAl2O3HostMatrix.J.Europ.Ceram.Soc.,629-

627(22):

(1077.05cm-1为-C-O-C-的伸缩振动)。从图5可知,在图谱中间的一系列吸收峰2941.98cm、2888.40cm-1处为-C-O-O-H的伸缩振动,1383.89cm-1处为-C-O-O-

的伸缩振动,

1718.60cm-1、1645.10cm-1为四元环、五元环、六元环等结构。这中间3000cm-1~1300cm-1吸收特征峰进一步证明了加柠檬酸后的络合作用,络合后形成的网状结构包裹了金属阳离子,金属阳离子处于络合物结构的中心,最终形成包裹体。PEG的适量引入提高了溶液的粘度,阻碍了水解缩聚反应,延长了聚沉时间,使PEG有充分时间吸附在胶粒包裹体的表面上,从而进一步增强了胶粒间的位阻效应,达到了更好的分散作用。

4.3色料的高温稳定性

将所制备的最佳配方的色料应用在釉中进行釉烧实验,经实验发现,未加柠檬酸的和加入柠檬酸的

-1

200《陶瓷学报》2006年第2期

THEINFLUENCESOFTHECITRICACIDINTHECHROME-TIN

PINKPIGMENTSYNTHESISBYSOL-GELMETHOD

XiongChunhuaZhengNaizhangChenLibingMoyunjieSHenHuarongCaoChune

(JingdezhenceramicinstituteJiangxiJingdezhencity333001)

Abstract

Inthispaper,Theinfluenceofchrome-tinpinkpigmentsynthesizedaremainlyresearchedbysol-gelmethodwithcit-ricacid.Invirtueofscanelectronmicroscope(SEM)and(BET),itwasconfirmedthatthemoleratioofC/Mn+(citricacidvs.metalion)was1:2,andthevolumeratioofTEOS/EtOH/H2Owas1:6:2,stirringatthetemperatureof70℃for30minutes.ViatheTG-DSCandtheinfrared(IR)spectroscopyonthedriedgelofpigmentprecursors,metalioninthemacromoleculenetworkstructureformedbythecitricaciddistributedmoreuniformly,.Andthesynthesizingtemperaturewiththecitricacidmovedup50℃.

Keywords:sol-gelmeyhod,citricacid,chrome-tinpinkpigment

Receiveddate:Fed.19,2006

Abouttheauthor:XiongChunhua,male,lecturer

第27卷第2期2006年6月

陶瓷学报

JOURNALOFCERAMICS

Vol.27,No.2Jun.2006

文章编号:1000-2278(2006)02-0197-04

柠檬酸对溶胶凝胶法合成铬锡红色料的影响

熊春华郑乃章陈礼彬莫云杰沈华荣曹春娥

(景德镇陶瓷学院,333001)

摘要

(TG-DSC)、色料前驱体干胶的红外光谱分析表探讨了加入柠檬酸对溶胶-凝胶法合成铬锡红色料的影响。通过热重-差热

明,金属离子在这种凝胶柠檬酸缩合形成高分子的网络结构中分布的均匀性比未加柠檬酸形成的要高,在热处理进行反应时,柠檬酸法合成色料的温度比未加柠檬酸的提前50℃。柠檬酸,铬锡红关键字:溶胶-凝胶法,中图法分类号:TQ174.4+3文献标识码:A

2.1原料及药品(见表1)

1前言

柠檬酸法实质上是金属鳌合凝胶法,其基本过程是在制备前驱液时加入鳌合剂,如柠檬酸或EDTA,通过控制一系列实验条件,如在溶液中鳌合剂与金属pH值、温度等,形成可溶性鳌合物,减少离子摩尔比、

前驱物中的自由离子,从而形成均匀、透明的溶胶,溶胶移去后形成凝胶。

溶胶-凝胶法制备陶瓷色料是一个广阔的研究领域,它在控制色料的粒度、化学均匀性、降低煅烧温度等方面显示了巨大的潜力。然而由于该工艺在制备色料过程中需要长时间搅拌,在实际操作中难以控制颗粒团聚等问题,造成工艺方法上不易于生产化而限制了其在普通陶瓷色料中的应用。为了解决上述问题,本课题研究了溶胶-凝胶法合成铬锡红色色料的工艺改进,探讨了加入柠檬酸后对溶胶-凝胶法合成铬锡红色料的影响。

(见图1)3实验工艺流程图2.2实验设备

电热恒温水浴锅,恒温磁力搅拌器,SX2系列箱式电阻炉,近红外光谱分析仪,电子精密天平,红外快速干燥器,综合热分析仪。

表1实验原料及药品

Table1Laboratoryfurnitureandmaterial名称纯度名称纯度

柠檬酸分析纯硝酸铬分析纯

正硅酸乙酯化学纯氯化亚锡分析纯

无水乙醇分析纯偏硼酸锂分析纯

4试验结果分析与讨论

2实验原料、药品及设备

4.1柠檬酸法制备铬锡红色料的热重-差热分析

收稿日期:2006-02-19作者简介:熊春华,男,讲师

198《陶瓷学报》2006年第2期

图3已加柠檬酸的凝胶前驱体的TG-DSC曲线Fig.3TheTG-DSCcurvesofgelwithCA

图1加柠檬酸的溶胶凝胶法的铬锡红色料的工艺流程图Fig.1Thetechnologicalprocessofpreparingpigmentby

sol-gelmethodwiththecitricacid

M-CA骨架,而不能与柠檬酸形成螯合物的离子如Na+等则吸附在其周围。此外,由于在柠檬酸中同时存在羟基和羧基,在溶液蒸发浓缩形成凝胶的过程中,柠檬酸缩合形成高分子的网络结构。而溶液的性质决定了金属离子在这种凝胶中分布的均匀性比未加柠檬酸形成的要高,几乎达到了原子水平的均匀。在热处理进行反应时,各种组分需要迁移的距离也要比未加柠檬酸短,所以柠檬酸和成色料的温度比未加柠檬螯合剂柠檬酸的加入使溶胶变酸的提前50℃。另外,

为稳定的凝胶,水解和缩聚反应后形成的金属离子胶体被有机物均匀的分隔,金属离子胶体粒子在加热的过程中难以靠近;再者柠檬酸的高温热分解,分解出来的气体再次发挥了位阻效应,使高温活性粉体不易于团聚,从而使最终色料的颗粒小,均匀,分布范围窄。

4.2柠檬酸法制备铬锡红色料前驱体干胶的红外光

谱分析

为了进一步探讨柠檬酸的作用以及凝胶转化为粉末的机理,对样品进行红外光光谱分析。图4和图5分别为未加柠檬酸和已加柠檬酸色料前驱体干胶的红外光光谱图。

由图4可知,干胶胶粒之间只有大量的吸附水(3431.31cm-1、1632.74cm-1及1097.52cm-1处的-O-H键伸缩振动)和少量的乙醇(474.03cm-1处的-C-O-H的弯曲振动)。而有加入柠檬酸的干胶胶粒之间除了有吸附水(3438.39cm-1及在1000cm-1右边的弱峰为-O-H键伸缩振动)之外还有

PEG

图2分别给出了未加柠檬酸合成色料与柠檬酸合成色料的TG-DSC图谱。

从图2可以看出,未加柠檬酸合成色料过程中,120℃~230℃左右区间对应于失去结晶水,并在此区间之后失重都不是很明显。但图3中加了柠檬酸合成色料的TG-DSC图谱则完全不同,在630℃之前有三个较明显的失重区间,分别对应于吸附水和无水乙醇(50℃~180℃和180℃~360℃)、PEG和柠檬酸热分解(380℃~640℃)。柠檬酸的结构决定了它是一个多齿配体,在液相法合成陶瓷粉体时,柠檬酸在溶液中

2+6+

Sn4+、、Cr3+、等形成螯合物可与金属离子Si4+、

图2未加柠檬酸的凝胶前驱体的TG-DSC曲线

Fig.2TheTG-DSCcurvesofgel

《陶瓷学报》2006年第2期199

铬锡红色料在1200℃下都具有良好的化学稳定性与颜色稳定性。加柠檬酸的铬锡红色料稳定呈色的温度高达可1320℃,要比未加柠檬酸的高出40℃。

5结论

(1)溶胶-凝胶法合成铬锡红色料引入柠檬酸比未引入具有很大的优点:一是无需长时间的剧烈搅拌

图4未加柠檬酸色料前驱体干胶的红外光谱图

Fig.4TheIRpatternofdriedgel

过程,二是易于形成透明均匀的凝胶,并且也易于得到颗粒分布均匀、窄的色料分体。

通过热重-差热(TG-DSC)、色料前驱体干(2)

胶的红外光谱表明,金属离子在这种凝胶柠檬酸缩合形成高分子的网络结构中分布的均匀性比未加柠檬酸形成的要高。

在热处理进行反应时,柠檬酸法合成色料的(3)

温度比未加柠檬酸的提前50℃,并且加柠檬酸的铬锡红色料呈色的温度可高达1320℃,要比未加柠檬酸的高出40℃。

参考文献

图5加柠檬酸色料前驱体干胶的红外光谱图Fig.5TheIRpatternofdriedgeladdedCA

1俞康泰编著.陶瓷色釉料与装饰导论.武汉工业大学出版社,1998

2岳振星,周济,张洪国等.柠檬酸盐凝胶的自燃烧与铁氧体纳米粉合成.硅酸盐学报,1998,27(4):466-470

3俞康泰.对我国陶瓷色釉料工业生产发展的几点建议.发展战4-6略:

4俞康泰.陶瓷色釉料研究开发的的现状及进展.佛山陶瓷,2000(4):1-4

5张宇宏,张鹏等.陶瓷色剂的应用及其最新发展.陶瓷,200025-27(5):

6张玉军.溶胶-凝胶技术及其在陶瓷色料制备中的应用研究.现代技术陶瓷,1994(2):32-36

7曾庆冰等.溶胶-凝胶法基本原理及其在陶瓷材料中的应1998.14(2):138-143用.高分子材料科学与工程,

8洪新华等.溶胶-凝胶(Sol-Gel)方法原理与应用.天津师范2001.21(1):5-8大学学报(自然科学版),

9RiccardoRicceietal.CeramicPigmentsObtainedbySol-gelTechniquesandbyMechanochemicalInsertionofColor2002,CentersinAl2O3HostMatrix.J.Europ.Ceram.Soc.,629-

627(22):

(1077.05cm-1为-C-O-C-的伸缩振动)。从图5可知,在图谱中间的一系列吸收峰2941.98cm、2888.40cm-1处为-C-O-O-H的伸缩振动,1383.89cm-1处为-C-O-O-

的伸缩振动,

1718.60cm-1、1645.10cm-1为四元环、五元环、六元环等结构。这中间3000cm-1~1300cm-1吸收特征峰进一步证明了加柠檬酸后的络合作用,络合后形成的网状结构包裹了金属阳离子,金属阳离子处于络合物结构的中心,最终形成包裹体。PEG的适量引入提高了溶液的粘度,阻碍了水解缩聚反应,延长了聚沉时间,使PEG有充分时间吸附在胶粒包裹体的表面上,从而进一步增强了胶粒间的位阻效应,达到了更好的分散作用。

4.3色料的高温稳定性

将所制备的最佳配方的色料应用在釉中进行釉烧实验,经实验发现,未加柠檬酸的和加入柠檬酸的

-1

200《陶瓷学报》2006年第2期

THEINFLUENCESOFTHECITRICACIDINTHECHROME-TIN

PINKPIGMENTSYNTHESISBYSOL-GELMETHOD

XiongChunhuaZhengNaizhangChenLibingMoyunjieSHenHuarongCaoChune

(JingdezhenceramicinstituteJiangxiJingdezhencity333001)

Abstract

Inthispaper,Theinfluenceofchrome-tinpinkpigmentsynthesizedaremainlyresearchedbysol-gelmethodwithcit-ricacid.Invirtueofscanelectronmicroscope(SEM)and(BET),itwasconfirmedthatthemoleratioofC/Mn+(citricacidvs.metalion)was1:2,andthevolumeratioofTEOS/EtOH/H2Owas1:6:2,stirringatthetemperatureof70℃for30minutes.ViatheTG-DSCandtheinfrared(IR)spectroscopyonthedriedgelofpigmentprecursors,metalioninthemacromoleculenetworkstructureformedbythecitricaciddistributedmoreuniformly,.Andthesynthesizingtemperaturewiththecitricacidmovedup50℃.

Keywords:sol-gelmeyhod,citricacid,chrome-tinpinkpigment

Receiveddate:Fed.19,2006

Abouttheauthor:XiongChunhua,male,lecturer


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