矿化剂对磷酸锆基高温红色色料性能的影响

摘要

1、引言

2、实验

2.1 样品制备

以(NH4)2HPO4、ZrO2、Ni2O3为原料，按 (NH4)2HPO4 :ZrO2=4:3的摩尔比，并外加6 的Ni2O3，采用固相法制备出Ni0.5Zr2(PO4)3 红色色料。混合后的原料在1400~C 下烧成并保温60min，并将烧结后的色料经研磨过筛、 酸洗 、干燥后测试其性能。

2.2 矿化剂的选择

分别选择 NH4CI、CaCI2、NaCI、KNO3、H3BO3、ZnO这六种矿化剂并以相同的含量 1%加入Ni0.5 Zr2 ( PO4) 3 红色色料，实验编号分别为: 1-1(NH4Cl)、1-2(CaCl2)、1-3(NaCl)、1-4(KNO3 )、1-5(H3BO3)、1-6(ZnO);在Ni0.5Zr2(PO4)3红色色料中加入矿化剂ZnO的含量依次为 0%、0.5 %、1%、1.5 %、2% 、2.5 %、3% ，实验编号分别为 :2-1~ 2-7。

2.3 样品表征

利用 X射线衍射仪(XRD，德国 D8Advanced)分析样品相结构 ，采用白度色度仪(YT一48A)来测量样品的L*a*b*值 ，并且运用TU-1901 型紫外可见分光光度计来测量样品的吸光度。这里 L*、a*、b*为色度指数 ，分别表示明度值 、红色通道 (+表示红色 ，-表示绿色)、黄色通道(+表示黄色，-表示蓝色)。

3、结果与讨论

矿化剂对磷酸锆基色料影响的结果与分析

表1为Ni0.5Zr2(PO4)3红色色料分别加入NH4Cl、CaCl2、NaCl、KNO3、H3BO3、ZnO 后的L*a*b*色度值。在 Ni0.5Zr2(PO4)3红色色料中，以(a* 一b*)的值来表示色料的颜色是偏红还是偏黄，正数为偏红，负数为偏黄，具体如图1(a)和图1(b)所示。

将表1的数据绘制成图1中的 (a)和 (b)可 知 ，当在磷酸锆型镍红色料中加入几种矿化剂如:NH4Cl、CaCl2、NaCI、KNO3、H3BO3和 ZnO，其明度值 L 较未添加矿化剂的都有所降低 ，说明矿化剂的加入会使磷酸锆型色料的颜色加深。其中，KNO3的降低幅度最大，NH4CI的降低幅度最小，其余的按降低幅度从高到低依次是 ZnO、CaCl2、H3BO3、NaCl。从a*值来看 ，加入矿化剂后其值都为正数且增加幅度较大 ，这说明矿化剂能够使得色料更加偏红 ，且 b*值的增加幅度不大。故从(a*一b*)的值来看，较之未添加矿化剂，其值有明显的增加，这说明色料加入矿化剂后颜色变得更红更鲜艳 。总体分析表 明 ，矿化剂的添加有利于磷酸锆型镍红色料更红更鲜艳，六种矿化剂的作用效果为:ZnO>KNO3>NaCl>H3BO3>NH4Cl>CaCl2。

综合a*值和(a*一b*)的值来看，ZnO 较其它矿化剂使色料的发色更好 ，故选取 ZnO为代表深入探究其加入量对色料呈色性能的影响。表2为在Ni0.5Zr2(PO4)3红色色料加入矿化剂ZnO的含量依次为0% 、1%、2% 、4% 时测得的色度数据 。

将表 2数据绘成图 2可知 ，当 ZnO的加入量小于1%时，色料的明度值 L* 略有下降，说明色料颜色的深浅变化不大 ;a*值明显增加 ，说明色料变红 ;但 b*值变化不明显，故 (a*一b*)值也明显升高 ，色料呈现一种明亮的红色。但是当加入量达到1.5 %时，明度值开 始升高 ，说明色料颜色变亮，a*值开始逐渐减小，即色料的红色色调减弱 ，b*值有较大幅度的提高 ，即色料的黄色色调开始加强 ，色料颜色越来越黄。

将 2-1、2-3、2-5、2-7四个配方的衍射图谱绘制成图4，生成的产物为Ni0.5Zr2(PO4)3 (磷酸锆镍)和Zr2O (PO4 )2(磷酸氧锆 )。随 着ZnO添加量的增加，从Ni0.5Zr2(PO4)3的 晶面指数(002)、(440)、(420)处的峰高可以看出，Ni0.5Zr2(PO4)3的相对含量逐渐减小 ，而从磷酸氧锆晶面指数为(200)、(020)、(131)处的衍射峰高可以看出，Zr2O (PO4 )2的量开始增加。

根据以上的测试数据可以说明，当 ZnO添加量不超过1%时 ，Ni0.5Zr2(PO4)3的量减少但仍是主晶相，故色料的色相仍显现红色，并且 ZnO的加入量为 1 %时色料的红色最好(a* =26.06)，这可能是因为 Zr2O(PO4)2本身呈白色 ，在少量的Zr2O(PO4)2不会影响生成物中着色离子着色力的条件下 ，不仅不会影响色料的红色色调 ，反而因为白色磷酸氧锆 的加入使得色料的红色更红更明亮 。而当 ZnO的加入量超过 1%时 ，由于 ZnO 矿化作用促进更多量的Zr2O(PO4)2形成，当ZnO加入量达到3%时，Zr2O(PO4)2成为主晶相，磷酸氧锆相对量进一步增加，过多的 Zr2O(PO4)2导致色料吸收光的波长范围发生偏移，色料吸收435nm左右波长的光显现其补色—黄色 。综上所述，ZnO作为矿化剂加入磷酸锆型镍红色料的加人量为0%~1% 最适宜，能得到较好的红色色料。

4、结论

矿化剂的添加有利于磷酸锆镍型红色料更红更鲜艳 ，六种矿化剂的作用效果依次为:ZnO> KNO3>NaCl> H3BO3> NH4Cl> CaCI2。以ZnO为例，ZnO的加入会使得晶格活化，促 进晶体 Zr2O (PO4)2的生长，从而导致色料变黄，故ZnO作为矿化剂加入磷酸锆镍型红色料的加入量为0%~1% 最适宜，能得到较好的红色色料，其中当ZnO的加入量为1%时，L*=61.27，a*= 26.06，b*=9.3。

END