[发明专利]一种绿相亮黄色无机纳米颜料及其制备方法

说明书

本发明公开一种绿相亮黄色无机纳米颜料及其制备方法，通过络合法与均匀沉淀相结合的方法并采用少量金属离子掺杂同时取代BiVO₄中的Bi和V制备黄色颜料，有助于抑制颜料晶相结构向四方相转变，获得纯的单斜晶系白钨矿型晶相颜料，同时通过不同晶格位置离子共同掺杂，也可更有效调控颜料组成晶体的电子结构，提高晶体对黄光的反射率和增加对蓝光的吸收，使颜料呈现鲜艳的绿相黄色调，其L*值、a*值、b*值分别为90～92、‑3～‑6和90～92.5。本发明提供的环保无毒、稳定性好的高性能黄色无机颜料在涂料、塑料和油墨等领域有着良好的应用前景，可取代有毒的黄色有机颜料。

技术领域

本发明属于无机颜料领域，具体涉及一种绿相亮黄色无机纳米颜料及其制备方法。

背景技术

作为一种重要的无机复合氧化物颜料，钒酸铋（BiVO₄）黄色颜料由于其具有耐候性强、绿色环保无毒等特点，可望取代传统的铅铬黄、镉黄和锌铬黄等含铅、铬、镉有毒重金属的黄色颜料，具有耐候、耐热、着色力强和使用寿命长及独特的红外反射等优点，在涂料、塑料、化妆品及油墨等行业获得广泛应用。特别是呈现绿相的BiVO₄黄色颜料，具有明亮鲜艳、醒目、高色调和遮盖力强特点，其呈色效果接近同类外观的高性能黄色有机色料，更是受到行业的青睐。钒酸铋存在四种不同晶型，即四方晶系白钨矿型晶体、四方晶系硅酸锆型晶体、正交晶系晶体和单斜晶系白钨矿型晶体，其中只有单斜晶系的钒酸铋能呈现亮黄色调，适合作为无机黄色颜料的主晶相。文献报道的BiVO₄颜料的制备方法有沉淀法、水热法、熔盐法、溶剂热法、喷雾热解法和固相法等，其中沉淀法在色料制备方面具有色料颗粒细小和分散性好、制备过程简单、成本低等优点，是工业化生产中普遍采用的方法。现有技术采用沉淀法制备BiVO₄黄色颜料一般采用硝酸铋和钒的可溶性盐（如偏钒酸铵和偏钒酸钠等）作为主要原料，先分别制备含铋和含钒的溶液，再将两者以一定方式混合进行沉淀反应合成颜料前驱体，并通过硝酸和氢氧化钠或氨水等调控原料溶液和反应过程溶液的pH值。但由于沉淀反应速度快，过程难以控制，反应物浓度、溶液pH值、反应温度和反应物混合方式等条件对反应产物的影响非常敏感，沉淀反应所需VO₃^-离子容易发生向多聚钒酸根离子（如V₂O₇^4-、V₃O₉^3-等）的转变，导致制备的BiVO₄颜料在晶相组成方面往往难以得到高纯的单斜晶系BiVO₄，产物含有一定量的四方晶系BiVO₄或完全为四方晶系结构，有时甚至生成多钒酸铋（如Bi₄V₂O₁₁），并且合成颜料颗粒大小不均，容易产生团聚现象。受晶相组成的影响，得到的颜料产物呈色可从红相黄到橙色、绿相黄等变化，难以获得呈色稳定的绿相亮黄色BiVO₄颜料。为了获得稳定的绿相黄颜料，有研究报道引入适量钼、钨，生成第二相Bi₂MoO₆和Bi₂WO₆等，即实际颜料产物为BiVO₄与Bi₂MoO₆或Bi₂WO₆的混合物，如BiVO₄∙nBi₂MoO₆（n=0.2～2，其中n=0.75被认为效果最佳）。颜料的颜色性能可通过CIE L*a*b*体系来表示，其中L*值（0～100）代表颜料明度、a*值（-100～100）代表红——绿色（正值越大，红色度越高，负值绝对值越大，绿色度越高），b*值（-100～100）代表黄——蓝色（正值越大，黄色度越高，负值绝对值越大，蓝色度越高）。Bi₂MoO₆和Bi₂WO₆的引入虽可使颜料呈现稳定的绿相黄（a*值为-5左右），但却会导致颜料的黄色色度值（b*值）下降至80以下，大大影响了颜料的呈色效果。采用少量金属离子掺杂也可调控和改变BiVO₄颜料的颜色性能，如采用Nb部分取代V，制备得到的组成为BiV_1-xNb_xO₄（x=0～0.1）的颜料，但其a*值为10左右，呈现红相黄颜色，且L*值和b*值也相对较低（小于80）。