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本课题首先对微乳液体系进行了初步研究,确定了TritonX-100/正己醇/环己烷/水体系形成油包水型(W/O)微乳液的稳定区域,并且还探讨了体系对不同浓度锆盐溶液的增溶性能,从而为利用该体系进行纳米粒子的制备提供了基础。通过碱性条件下正硅酸乙酯在W/O型微乳液中的受控水解反应,合成了无定型的球形SiO2纳米粒子,并且探讨了体系中TritonX-100的质量百分含量对SiO2纳米粒子制备的影响。混合两种增溶有不同反应物的微乳液,利用微乳液中发生的水解反应及沉淀反应,制备了锆铁红颜料的前驱体,经一定温度煅烧合成了锆铁红颜料,重点研究了煅烧温度、氨水浓度、表面活性剂含量及矿化剂等因素对颜料合成的影响。通过红外光谱(FT-IR)、X衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、差热分析(DTA)、能谱分析(EDS)及色度测试等手段分别对所制备的样品进行了表征和分析。
对微乳液体系的研究表明:室温下TritonX-100/正己醇/环己烷/水体系具有较宽的W/O型微乳液稳定区域。在一定配比下,随着体系溶水量的增多,体系电导率开始时增加缓慢,达到最大增溶水量时电导率突然增加,增加到一定程度后不再发生明显的变化;此后,若体系中的水含量进一步增加时电导率又呈现出下降的趋势。而且随着锆盐溶液浓度的增加,该体系对水相的增溶能力有所降低。
微乳液法制备SiO2纳米粒子的研究表明:该法所制备的SiO2前驱体中含有一定量的表面活性剂等有机物,在热处理过程中会发生约37%的失重。改变表面活性剂加入量可以得到不同粒径(50nm~110nm)、不同粒度分布及不同分散程度的球形SiO2纳米粒子。随着表面活性剂含量增加,SiO2纳米粒子的粒径先减小,后增大;团聚程度随表面活性剂含量增加也呈现先减小后增大的趋势。当表面活性剂的质量百分含量为24%时,所合成的SiO2纳米粒子粒径最小(50nm),粒度均匀且呈现出良好的分散性。
锆铁红颜料的研究表明:微乳液法所制备锆铁红颜料前驱体为无定型粉末,且残留有一定量的表面活性剂等有机物;该前驱体在600℃以前会发生约45%的质量损失,此后质量几乎不再发生改变。无矿化剂作用下,锆铁红陶瓷颜料的开始形成温度约为1100℃。XRD分析证实了锆铁红颜料的生成主要是通过四方相ZrO2与方石英发生固相反应形成ZrSiO4基体,与此同时完成了对α-Fe2O3颗粒的包裹。前驱体经1200℃煅烧并保温1小时后所制备的锆铁红颜料具有较大的红度值(α=28.95),TEM及EDS分析显示该颜料中绝大部分α-Fe2O3颗粒均被硅酸锆基体所包裹。氨水浓度的增大有利于正硅酸乙酯在微乳液中的水解,当氨水的质量百分比浓度为20%时,最终所制备的锆铁红颜料具有最大的红度值且粒度相对较细(d50=7.95μm)。当TritonX-100在微乳体系中的质量百分含量为22%时,所制备的锆铁红颜料的呈色效果最好,该条件下所制备的颜料具有最大的红度值、较小的黄度值及较大的色饱和度。NaF、LiF的加入可以显著降低硅酸锆的形成温度,但并不利于锆铁红颜料的生成。Na2SiF6可以作为微乳液法锆铁红颜料时较为理想的矿化剂,Na2SiF6的使用不仅降低了颜料的合成温度,而且有利于硅酸锆基体对α-Fe2O3的包裹。