[发明专利]一种溶胶-凝胶自蔓延燃烧法制备铜铬黑颜料的方法

说明书

技术领域

本发明属于精细化工领域，涉及一种溶胶-凝胶自蔓延燃烧法制备铜铬黑颜料的方法。

背景技术

铜铬黑（CuCr₂O₄）颜料是一种具有尖晶石型晶体结构的金属氧化物混相颜料，具有优良的遮盖力、耐化学品性能、耐高温性能、户外稳定和不扩散等性能，常用于陶瓷、搪瓷、涂料和塑料等领域。铜铬黑在陶瓷和搪瓷中主要起着色和防腐蚀等作用。由于铜铬黑具有卓越的耐高温和耐候性能，被广泛应用于室外用的钢卷涂料，也用于氟树脂、有机硅、聚酯等耐热、耐候的涂料系统中，还可应用于长效涂料及工程塑料中。此外，铜铬黑还具有优良的可见光响应性和光化学稳定性，在光催化分解水制氢、光降解有机物等方面具有广阔的应用前景，如对甲基橙、酸性红B、活性艳红K-2G等有机染料的脱色降解。

制备铜铬黑的传统方法主要有固相法和氢氧化物共沉淀法。固相法常以纯度较高的固体碳酸铜和重铬酸钠，或氧化铜和三氧化二铬按一定比例混合，研磨成细粉，然后放入煅烧炉中煅烧一段时间，再经漂洗、过滤、干燥、研磨得成品。氢氧化物共沉淀法是以铜和铬的易溶性盐溶液按一定比例混合，然后加碱进行共沉淀，沉淀物经漂洗、过滤、干燥，再在煅烧炉中煅烧制成产品。此外，还有水热法、微乳液法和溶胶凝胶法等方法。固相法制备铜铬黑存在以下问题：（1）由于原料为固体，即使经较长时间的研磨混合也不均匀，导致反应物颗粒接触面积小，反应活性较低，反应不均匀、充分；（2）为使反应充分、均匀，反应温度较高，一般需达1200℃左右，能耗高，且使颜料结块严重，颗粒较粗且分布不均匀；（3）为满足应用的粒度要求，往往需再次研磨，易造成晶格破坏，带来杂质，降低其耐化学品性能。采用氢氧化物共沉淀法原料要求易溶性盐，如铜、铬的硝酸盐、硫酸盐等，要求较高；生产工序较复杂，产品颗粒粗大且颗粒分布不均匀，产品纯度不高。而其它化学方法，如水热法、微乳液法和溶胶凝胶法，对原料要求也较高，工艺过程复杂，常需高温高压，对设备的要求较高，反应时间较长，生产成本较高，不利于工业化生产。

发明内容

针对上述铜铬黑颜料现有制备方法存在的问题，本发明提供一种产品纯度高、颗粒较细、分布较均匀、晶形完整的溶胶-凝胶自蔓延燃烧法制备铜铬黑颜料的方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案为：一种溶胶-凝胶自蔓延燃烧法制备铜铬黑颜料的方法，其制备方法包括以下步骤：

（1）溶胶-凝胶的制备

按化学计量比n(Cu)∶n(Cr)=1∶2～2.20称取一定量的氧化铜和三氧化二铬，与氧化铜和三氧化二铬总质量5～6倍的水混合搅匀，再与硬脂酸和丙烯酸-苯乙烯嵌段共聚物混合溶液混合，保持温度85～90℃。在不断搅拌下缓慢加入盐酸维持pH值在3.5～4.5，至混合溶液逐渐变为绿色透明溶胶，然后蒸发水分转变成墨绿色凝胶。

（2）干凝胶前躯体的制备

将步骤（1）所得凝胶置于电热鼓风干燥箱中，在110～120℃下干燥1.5～2.5h制成干凝胶前驱体。

（3）自蔓延燃烧制备铜铬黑颜料

将步骤（2）所得干凝胶前躯体置于马弗炉中，在空气气氛下点燃燃烧成灰黑色粉末，再升温至600～1000℃，保温2～4h，出炉冷却得铜铬黑产品。

上述的溶胶-凝胶自蔓延燃烧法制备铜铬黑颜料的方法，所述步骤（1）中的硬脂酸与丙烯酸-苯乙烯嵌段共聚物的质量比为5～10∶1，硬脂酸对氧化铜的质量比为4～5∶1；丙烯酸-苯乙烯嵌段共聚物的相对分子质量为10000～100000。

本发明产品适于陶瓷、搪瓷、涂料、塑料、钢卷涂料，以及氟树脂、有机硅、聚酯等耐热、耐候的涂料系统中，还可应用于长效涂料及工程塑料中。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

（1）本发明通过加入硬脂酸和丙烯酸-苯乙烯嵌段共聚物混合溶液并加入盐酸，成功实现了以氧化物为原料制备溶胶-凝胶，克服了传统方法制备溶胶-凝胶需用可溶性盐的缺陷。

（2）本发明采用氧化铜和三氧化二铬等氧化物为原料，克服了以可溶性盐，如硝酸盐和盐酸盐为原料在高温燃烧时产生的大气污染，以及采用硫酸盐为原料需对产品洗涤带来的水污染。