[01166438]包裹炭黑陶瓷色料的关键制备技术开发

黑色陶瓷色料以其纯正、凝重的装饰效果而倍受人们的青睐,是一类最重要的陶瓷装饰色料,约占陶瓷色料市场份额的25%。现有黑色色料主要为混合尖晶石型材料,一般由Cr2O3,Co2O3,Fe2O3,MnO2等合成,通过Co2+、Cr3+和Fe3+离子的光谱吸收与互补,实现可见光的全部吸收而呈黑色,因此,Cr、Co和Fe被认为是黑色色料不可或缺的组成元素。然而,重金属对人体健康的伤害促使人们对应用材料中重金属的含量进行严格限制。黑色陶瓷色料市场的巨大需求迫切需要研究发展新型环境友好和对人体健康无害的黑色陶瓷色料,以替代现有含Co、Cr元素的黑色色料。显然,受尖晶石型材料的呈色原理的影响,难以利用其他元素替代Co、Cr离子来寻求新的黑色色料。具有核-壳结构的包裹型炭黑材料成为无毒黑色陶瓷色料发展的方向。本项目重点研究ZrSiO4包裹炭黑黑色陶瓷色料的关键制备技术及相关科学问题。 本项目由江西省科技厅于2013年12月批准立项,依托单位为景德镇陶瓷学院（现景德镇陶瓷大学）,项目经费10万元。 本课题重点研究Zr（OH）4+Si（OH）4胶粒在快速脱除溶剂过程中的凝胶化过程及ZrSiO4前驱体（炭黑颗粒表面的Zr（OH）4+Si（OH）4凝胶层）转变为ZrSiO4包裹层的相关科学问题,掌握制备包裹炭黑色料的关键技术。主要研究内容包括：（1）ZrSiO4前驱体（Zr（OH）4+Si（OH）4胶粒）完全包裹炭黑的关键制备技术研究：研究胶粒在炭黑颗粒表面的吸附-脱附过程及其影响因素;快速去除溶剂过程中胶粒的凝胶化过程;研究上述过程对凝胶化包裹层的微结构与致密性之间的影响。（2）ZrSiO4完全包裹炭黑过程的研究：研究凝胶化ZrSiO4前驱体的分解、晶化、固相反应过程及其影响因素;上述过程对包裹层的微结构与致密性的影响;单层致密SiO2或ZrO2包裹层的制备工艺研究;SiO2与ZrO2包裹层间的固相反应的影响因素及其对包裹层的微结构和完整性的影响。通过上述过程,阐明溶剂快速去除过程中胶粒的凝胶化过程和ZrSiO4前驱体（炭黑颗粒表面的Zr（OH）4+Si（OH）4-凝胶层）转变为ZrSiO4包裹层的过程及其影响规律,掌握ZrSiO4包裹炭黑色料的关键制备技术,最终研发出ZrSiO4包裹炭黑黑色陶瓷色料。 其性能指标如下： （1）制备的ZrSiO4包裹炭黑色料的色度值：L* = 19.27,a* = 0.29,b* = ?0.49,目测呈明显的黑色; （2）将ZrSiO4包裹炭黑色料混入透明釉中,所得釉面的色度值：L* = 33.47, a* = 0.34,b* =?0.78; （3）ZrSiO4包裹炭黑色料的一次粒径为400nm,团聚粒径最大为3μm,无需后续处理,可直接应用于釉料中。 项目研究过程培养硕士研究生1名;基于上述研究成果,已发表论文4篇,其中SCI或EI收录论文2篇。授权发明专利5项。 本课题的顺利实施,提供了一种新的环境友好,对人体健康无害,价格相对低廉的黑色陶瓷色料,以替代现有黑色色料,具有较好的经济效益。项目所形成的包裹色料制备技术,为进一步开发新的包裹色料奠定基础,如包裹有机颜料,会进一步丰富陶瓷色料的呈色种类,具有良好的社会效益。 项目组今后将通过技术转让、与相关企业合作或自主开发等,优选在以下几方面推广本项目研究开发的ZrSiO4包裹炭黑色料的应用： （1） 进一步优化ZrSiO4包裹炭黑色料的粒径分布,使其能够直接应用于喷墨打印墨水的制备,从而发挥本陶瓷色料的技术优势,获得显著的经济效益。 （2） 利用项目所形成的包裹色料制备技术,为进一步开发新的包裹色料奠定基础,如包裹有机颜料,会进一步丰富陶瓷色料的呈色种类。