铜硅酸盐系列颜料不仅是高稳定性的装饰材料,近年来更因其呈现出较好的荧光性能而备受关注。但是传统的固相法存在焙烧温度过高,产物的微观形貌难以控制的弊端,而单一的水热法也存在水热温度过高和水热时间过长的缺陷,这极大的限制了该系列颜料的应用和发展。

因此如何采用低能高效的方法进行批量化合成,是实现颜料工业实用化的主要目标。中国紫(Ba Cu Si_2O_6)、埃及蓝(Ca Cu Si_4O_(1 0))、中国蓝(Ba Cu Si_4O_(1 0))和中国深蓝(Ba Cu_2Si_2O_7)在铜硅酸盐系列颜料中占据较大的研究比重,同时能够呈现出较好的发光性能,因而选择这四种体系相似的颜料作为本文的研究对象。

本课题利用共沉淀-水热法合成铜硅酸盐系列颜料的前驱体,然后再经过焙烧制得四种铜硅酸盐颜料,有效的降低了反应温度,缩短了反应时间。此外,借助XRD、色度仪等现代分析手段对所得样品的物相结构、形貌以及颜色特征进行表征,考察在反应过程中,焙烧温度、焙烧时间、水热时间、不同硅质原料和前驱体的酸碱性对四种铜硅酸盐颜料的结构和呈色性能的影响。

(1)分别以硅酸钠(Na_2Si O_3)和泡花碱(模数M=2.1~2.2的速溶水玻璃)为硅源、硝酸铜为铜源、硝酸钡为钡源,利用共沉淀-水热结合焙烧的方法制备中国紫颜料。探究焙烧温度、焙烧时间、水热时间和不同的硅质原料对中国紫颜料结构和呈色性能的影响。结果表明:硅酸钠为硅源,180℃水热处理20 h,700℃焙烧5 h时,中国紫颜料的呈色性能最好,L*值,a*值,b*值和c*值分别为60.8,10.91,-45.58和46.87,色度坐标为x=0.22305,y=0.21299。同时,该中国紫颜料在500-800 nm区域呈现出较好的宽频吸收特性,在800-1200 nm区域呈现出较好的发光性能,发光中心位于916 nm。

(2)分别以硅酸钠和泡花碱为硅源、硝酸铜为铜源、硝酸钙为钙源,利用共沉淀-水热结合焙烧的方法制备埃及蓝颜料。探究焙烧温度、焙烧时间、水热时间、前驱体的酸碱性和不同的硅质原料对埃及蓝颜料结构和呈色性能的影响。结果显示:硅酸钠为硅源,前驱体p H为9.5-10,180℃水热处理24 h,800℃焙烧5 h时,埃及蓝颜料的呈色性能最好,L*值,b*值和c*值分别为61.23,-23.57和24.93,色度坐标为x=0.23277,y=0.26737。同时,该埃及蓝颜料在500-800 nm区域呈现出较好的宽频吸收特性,在800-1200 nm区域呈现出较好的发光性能,发光中心位于953 nm。

(3)分别以硅酸钠和泡花碱为硅源、硝酸铜为铜源、硝酸钡为钡源,利用共沉淀-水热结合焙烧的方法制备中国蓝颜料。探究焙烧温度、焙烧时间、水热时间、前驱体的酸碱性和不同的硅质原料对中国蓝颜料结构和呈色性能的影响。结果显示:硅酸钠为硅源,前驱体p H为11.5-12,180℃水热处理20 h,800℃焙烧5 h时,中国蓝颜料的呈色性能最好,L*值,b*值和c*值分别为63.75,-44.56和44.57,色度坐标为x=0.2152,y=0.2248。该中国蓝颜料在500-800 nm区域呈现出较好的宽频吸收特性,在800-1200 nm区域呈现出较好的发光性能,发光中心位于980 nm。

(4)分别以硅酸钠和泡花碱为硅源、硝酸铜为铜源、硝酸钡为钡源,利用共沉淀-水热结合焙烧的方法制备中国深蓝颜料。探究焙烧温度、焙烧时间、水热时间和不同的硅质原料对中国深蓝颜料结构和呈色性能的影响。结果表明:硅酸钠为硅源,180℃水热处理20 h,800℃焙烧5 h时,中国深蓝颜料的呈色性能最好,L*值,b*值和c*值分别为39.08,-17.65和18.49,色度坐标为x=0.24059,y=0.27213。