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《陕西理工大学》 2019年
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高近红外反射颜料粉体的制备与性能研究

张少丹  
【摘要】:环境友好型高近红外反射颜料的使用可以有效缓解全球能源危机和城市“热岛效应”,有利于推动绿色建筑节能产业发展,具有重大的环保意义和应用价值。科技的日益创新也使得建筑材料不断改进,单一色彩低性能的颜料已经很难满足人们的美好生活需求,开发一类新型无毒且颜色可控,同时具有高反射率的颜料已成为目前国内外研究的热点课题。离子掺杂是实现高近红外反射功能颜料呈色多样性的重要手段,为改善传统颜料含有有毒重金属元素的缺点,本实验采用溶胶凝胶法通过双离子协同掺杂合成了Cu~(2+)、Tb~(3+)共掺杂的Ba_(1-x)Cu_xZr_(1-y)Tb_yO_3颜料以及Mg~(2+)、Al~(3+)双掺杂的Co_(1-x)Mg_xCr_(2-y)Al_yO_4高近红外反射颜料粉体,同时采用固相法制备了[(Na_(0.5)Y_(0.5))_xBi_(1-x)][Mo_xV_(1-x)]O_4型高近红外功能颜料。利用热重差示扫描量热仪(TG-DSC),X-射线衍射仪(XRD),扫描电子显微镜(SEM),紫外/可见/近红外分光光度计(UV-vis-NIR)和CIE 1976 L~*a~*b~*色度坐标等分析测试仪器对所制备的颜料前驱体的热分解情况进行分析,并对颜料样品的热稳定性、晶体结构、粒径尺寸、反射性能、颜色性能和化学稳定性等进行研究。实验结果表明:(1)Ba_(1-x)Cu_xZr_(1-y)Tb_yO_3复合颜料粒子的最佳煅烧温度为1100℃,Cu~(2+)、Tb~(3+)离子的掺杂并未改变颜料基体BaZrO_3的立方钙钛矿晶体结构,同时离子半径差异使得颜料晶胞体积呈有规律地缩小;合成样品的紫外-可见光反射率随着铜及铽离子掺杂量的增加而增大;通过在锆酸钡基体中引入过渡金属离子Cu~(2+)及稀土离子Tb~(3+)使得颜料的颜色由白色变为灰色再变为黄色,同时颜料的禁带宽度Eg减小;Cu~(2+)离子及Tb~(3+)离子的掺杂充分显示了离子掺杂对颜料颜色的可调谐性,此外所制备的Ba_(1-y)Cu_yZr_(1-x)Tb_xO_3颜料粉体的近红外太阳光反射率最高可达到80.1%;同时所合成的颜料样品具有良好的热稳定性,可应用于隔热涂层领域。(2)Co_(1-x)Mg_xCr_(2-y)Al_yO_4复合粒子的最佳烧结条件为900℃/6 h,所得颜料样品均具有立方尖晶石结构,掺杂的Mg~(2+)和Al~(3+)离子完全进入铬酸钴基体晶格中取代Co~(2+)和Cr~(3+)位;同时Mg~(2+)离子的掺杂使得样品颜色由墨绿色渐变为蓝绿色,最终呈现出浅黄色;而Al~(3+)离子的掺杂使得样品颜色中的绿色组分逐渐降低,蓝色组分逐渐加强,最终颜料呈现出亮蓝色;金属离子的掺杂,不仅降低了成本而且提高了颜料的近红外太阳光反射率,所制备的Co_(1-x)Mg_xCr_(2-y)Al_yO_4系列颜料具有较高的近红外太阳光反射率(R*51%);同时所得颜料样品具有很好的化学稳定性和耐高温性能,在热反射建筑涂料领域具有广阔的应用前景。(3)[(Na_(0.5)Y_(0.5))_xBi_(1-x)][Mo_xV_(1-x)]O_4颜料粒子均具有单斜晶系白钨矿钒酸铋结构,空间群为I2/a(15),且无其他杂峰存在,表明BiVO_4和(NaY)_(1/2)MoO_4化合物最终形成了有效的固溶体;颜料样品粒子具有不规则形状,且出现轻微团聚,掺杂离子使得颜料粒子尺寸更加均匀;颜料[(Na_(0.5)Y_(0.5))_xBi_(1-x)][Mo_xV_(1-x)]O_4样品展现出橙黄色到黄色不等的颜色特性;分析发现颜料样品的近红外太阳光反射率R~*最高可达到97.71%,说明颜料粉体具有优异的隔热性能;此外,所制备的颜料样品具有良好的热稳定性,可应用于毒性较低的隔热涂料及塑料制品等领域。本文所合成的复合颜料粉体在新型建筑节能环保材料领域具有一定的基础研究价值,同时为建筑物装饰、化工、汽车等领域能够更好地选材提供了一定的参考。
【学位授予单位】:陕西理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TQ620.7

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