| 黏土矿物基黄色无机杂化颜料的构筑及其应用研究 | |
| Alternative Title | 无 |
| 王晓雯 | |
| Thesis Advisor | 王爱勤 |
| 2019-05-20 | |
| Degree Grantor | 中国科学院大学 |
| Place of Conferral | 北京 |
| Degree Name | 工学博士 |
| Department | 环境材料与生态化学研究发展中心 |
| Degree Discipline | 材料学 |
| Keyword | 黏土矿物 CdS BiVO4 杂化颜料 呈色机理 Clay minerals CdS BiVO4 Hybrid pigments Coloring mechanism |
| Abstract | 黄色是所有色相中最能发光的颜色，给人轻快、透明、辉煌、充满希望和活力的色彩印象，因此被广泛应用于涂料、塑料、油墨和陶瓷等行业。但随着国内外环保法规的日益严厉和人们环保意识的增强，如何降低有毒金属元素含量和开发低成本高性能的黄色无机颜料显得尤为重要。近年来，基体型环保无机杂化颜料引起了学者们的广泛关注。黏土矿物储量丰富、价廉、绿色环保，是构筑无机-无机杂化颜料的理想基体之一。因此，本论文基于黏土矿物的组成和结构特点，通过液相法制备了高性能黄色无机杂化颜料，通过探讨不同黏土矿物对镉黄和铋黄颜料颜色性能的影响，揭示了黏土矿物基镉黄和铋黄无机杂化颜料可能的呈色机理，并探索了杂化颜料在不同树脂体系和工程塑料中的应用。取得的主要研究结果如下： 1．通过引入凹凸棒石和热解金属复合物[Cd(NH2CSNH)2]Cl2，利用水热法成功制备了凹凸棒石/硫化镉杂化颜料。研究表明引入凹凸棒石不仅可以有效降低镉黄颜料中镉含量，还可实现镉黄颜料从橘红色到黄色的精准调控，主要归因于凹凸棒石各组分的协同作用。同时还可改变硫化镉的带隙能，使其杂化颜料的颜色和催化性能存在密切联系。 2．以凹凸棒石、硝酸铋、偏钒酸铵为原料，采用溶胶-凝胶法成功制备了凹凸棒石/钒酸铋杂化颜料。通过引入凹凸棒石可以有效控制钒酸铋纳米粒子的粒径及粒径分布，大幅降低铋黄颜料的制备成本。基于凹凸棒石各组分的掺杂作用，可改变杂化颜料的带隙能，从而通过凹凸棒石调控杂化颜料的颜色。所制备的杂化颜料作为一种低成本的着色剂能够同时应用于疏水性高分子聚合物和亲水性树脂中。 3．溶胶凝胶法一般涉及有机溶剂，以凹凸棒石、硝酸铋、偏钒酸铵为原料，采用水相化学沉淀法，选取六种不同的pH调节剂制备了凹凸棒石/钒酸铋杂化颜料，包括Na2CO3、NaHCO3、NaOH、NH3·H2O、Na3PO4和Na2HPO4。考察了不同pH和煅烧温度对凹凸棒石/钒酸铋杂化颜料颜色性能的影响。研究表明，选用Na2CO3作为pH调节剂制备的杂化颜料具有最佳的颜色性能（L*=76.81，a*=4.64，b*=81.16，C*=81.29，hº=86.73）。在制备过程中，钒酸铋晶体生长经历了一个溶解重结晶的过程。凹凸棒石的引入不仅为钒酸铋纳米粒子提供了一种天然载体，防止其发生团聚，同时凹凸棒石各组分作为一种天然掺杂剂在煅烧过程中可进入钒酸铋晶体晶格中。 4．不同黏土矿物具有不同的组成和结构，通过引入不同类型黏土矿物成功制备了黏土矿物/钒酸铋杂化颜料。结果表明，以埃洛石和高岭石为基体制备的杂化颜料的颜色性能和耐热性优于海泡石和蒙脱石基钒酸铋杂化颜料。黏土矿物不仅调控钒酸铋纳米粒子的尺寸大小和分散性能，其各组成还作为天然掺杂剂影响铋黄的颜色性能。杂化颜料的呈色机理可能是黏土矿物各组分协同调控作用的结果，其中杂化颜料的黄色主要由SiO2和Al2O3调控，特别是Al元素发挥着关键性的作用。基于杂化颜料体系中黏土矿物和钒酸铋粒子的协同效应，将其应用于工程塑料和表面涂层中，发现杂化颜料不仅可以改善聚丙烯的力学性能，还明显提高聚丙烯塑料的耐热性，同时采用黏土矿物基杂化颜料聚乙烯醇涂层包覆聚氨酯泡沫塑料具有优异的阻燃性能。 5．基于黏土矿物/钒酸铋杂化颜料的粗糙表面结构，采用低表面能的十六烷基三乙基硅烷修饰制备了仿生高岭石/钒酸铋超疏水无机杂化颜料。考察了十六烷基三乙基硅烷对高岭石/钒酸铋杂化颜接触角和滚动角的影响。研究表明，高岭石/钒酸铋超疏水无机杂化颜料具有良好自清洗性能和耐化学稳定性。基于以上研究，制备了一系列黏土矿物基无机杂化超疏水黄色、红色和蓝色颜料。 6．基于黏土矿物的组分掺杂作用，选取与其组成相似的氧化硅、氧化铝、氧化镁为原料，采用水相沉淀法制备了新型环保型氧化物基铋黄杂化颜料，利用上述氧化物的掺杂作用，可有效调控铋黄颜料的颜色性能，其杂化颜料色度参数b*可达+92.07。同时制备的杂化颜料与纯的铋黄颜料相比，具有较优的化学稳定性和悬浮性能。 |
| Other Abstract | 无 |
| Document Type | 学位论文 |
| Identifier | http://ir.licp.cn/handle/362003/26306 |
| Collection | 环境材料与生态化学研究发展中心 |
| Affiliation | 1.中国科学院兰州化学物理研究所; 2.中国科学院大学 |
| Recommended Citation GB/T 7714 | 王晓雯. 黏土矿物基黄色无机杂化颜料的构筑及其应用研究[D]. 北京. 中国科学院大学,2019. |
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