一种基于介孔塌陷的硅酸锆包裹炭黑制备方法及其制得的产品技术

本发明专利技术公开了一种基于介孔塌陷的硅酸锆包裹炭黑制备方法，以无机锆盐和模板剂为原料进行配制得到模板剂-氧化锆溶胶，经凝胶化后通过预烧使模板剂碳化而获得一次粉体；所述一次粉体加入硅溶胶混合后，经凝胶化而得到二次粉体；所述二次粉体在非氧化气氛下煅烧，即得到硅酸锆包裹炭黑色料。此外，还公开了利用上述制备方法制得的产品。本发明专利技术利用介孔结构的塌陷实现炭黑的致密包裹，为硅酸锆包裹炭黑的制备提供了新的途径，不仅有效提高了包裹率，而且能够防止炭黑的后续氧化问题，从而获得呈明显黑色的硅酸锆包裹炭黑产品。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及陶瓷色料
，尤其涉及一种硅酸锆包裹炭黑的制备方法及其制得的产品。
技术介绍
目前，喷墨打印已成为建筑陶瓷装饰的重要技术，而黑色是必须使用的陶瓷墨水之一，用作陶瓷墨水的黑色陶瓷色料需要具有较小的粒径以避免堵塞喷头。现有技术黑色陶瓷色料为采用固相法合成的含Fe、Co、Mn等元素的尖晶石型氧化物，这些具有一定配比的离子处于不同形状的配位场中时，产生了配位场效应，对光线产生互补性光吸收而实现黑色。但是，将这种黑色陶瓷色料研磨到适于制备陶瓷墨水所需的粒度时，会造成尖晶石型氧化物结构的破坏，从而影响对光的吸收导致颜色偏离，最终影响黑色呈色效果。炭黑具有纯正的黑色，但容易在高温状态下氧化，因此需要使用硅酸锆进行包裹，所获得的包裹型炭黑才能用作陶瓷色料。但制备硅酸锆包裹炭黑色料的核心问题是硅酸锆对炭黑的包裹率不高、包裹层不致密，此外炭黑不被水润湿、难以分散，从而影响包裹效率，这样便使得目前的产品通常只能得到灰色(色度中的明度值L*大于30)。因此，现有技术主要从以下两个方面加以解决：一是通过控制硅酸锆的生成条件，以获得致密的硅酸锆包裹层；二是以有机物前驱体如粉末热固性酚醛树脂为原料，通过原位合成形成炭黑，以解决炭黑难以均匀分散的问题。现有技术虽然在一定程度上改善了包裹问题，但对于硅酸锆包裹层的形成均需要加入氟化物矿化剂等，不仅影响了色料的黑色程度，而且色料包裹层的致密性及包裹率仍不理想，包裹率最高只有63％，表明所制备得到的硅酸锆包裹炭黑依然是灰色，并无有效地解决黑色包裹炭黑色料的制备问题。介孔材料是指孔径介于2～50nm的一类多孔材料，具有极高的比表面积、规则有序的孔道结构、狭窄的孔径分布、孔径大小连续可调等特点。介孔材料的介孔结构主要采用模板剂法来合成，通过煅烧或者清洗去除模板剂后而形成介孔结构。但是，当煅烧温度较高时(＞600℃)，介孔结构就会塌陷而变得致密，失去多孔性质。因此，目前关于介孔材料，其研究的重点是如何控制其结构在更高的温度下依然保持介孔结构。而关于通过破坏介孔结构、即利用介孔结构的塌陷来合成包裹陶瓷色料的方法，目前尚无报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于介孔塌陷的硅酸锆包裹炭黑制备方法，利用介孔结构的塌陷实现炭黑的致密包裹，而获得呈明显黑色的硅酸锆包裹炭黑，为硅酸锆包裹炭黑的制备提供新的途径。本专利技术的另一目的在于提供利用上述制备方法制得的产品。本专利技术的目的通过以下技术方案予以实现：本专利技术提供的一种基于介孔塌陷的硅酸锆包裹炭黑制备方法如下，以无机锆盐和模板剂为原料进行配制得到模板剂-氧化锆溶胶，经凝胶化后通过预烧使模板剂碳化而获得一次粉体；所述一次粉体加入硅溶胶混合后，经凝胶化而得到二次粉体；所述二次粉体在非氧化气氛下煅烧，即得到硅酸锆包裹炭黑色料。本专利技术以无机锆盐、模板剂和硅溶胶为原料，采用溶胶-凝胶法，利用有机模板剂形成介孔硅酸锆。通过在非氧化气氛下煅烧，有机模板剂缺氧裂解为炭黑，并被塌陷的介孔结构所封闭，从而获得硅酸锆包裹炭黑色料。本专利技术所述制备方法具体地包括以下步骤：(1)制备模板剂-氧化锆溶胶按照质量比模板剂∶氧化锆＝0.01～0.70∶1，将无机锆盐和模板剂溶解于水中，加入弱碱溶液，配制得到含Zr4+0.4～0.8mol/L的模板剂-氧化锆溶胶；(2)模板剂-氧化锆溶胶凝胶化所述模板剂-氧化锆溶胶通过加热凝胶化后，获得干燥的模板剂-氧化锆凝胶；(3)模板剂的碳化将所述干燥的模板剂-氧化锆凝胶在非氧化气氛下进行预烧，煅烧温度为300～350℃，保温1～2h；预烧后经研磨得到一次粉体；(4)氧化硅的引入按照质量比氧化硅∶氧化锆＝1.1～2.0∶1，将所述一次粉体在超声或搅拌条件下加入硅溶胶中，经凝胶化、并干燥后得到二次粉体；(5)介孔结构的塌陷及硅酸锆包裹层的制备所述二次粉体在非氧化气氛下煅烧，煅烧温度为1000～1250℃，保温10～120min；去除未包裹的炭黑后即得到硅酸锆包裹炭黑色料。进一步地，本专利技术所述无机锆盐为氧氯化锆(ZrOCl2·8H2O)、硝酸锆(Zr(NO3)4·5H2O)、氯化锆(ZrCl4)；所述弱碱为稀氨水、六亚甲基四胺、乙醇胺。所述模板剂为十六烷基溴化铵、十二烷基磺酸钠、三嵌段聚合物P123、三嵌段聚合物F127。进一步地，本专利技术所述步骤(2)的凝胶化为二段干燥过程，即首先将模板剂-氧化锆溶胶在40～60℃温度下烘干至呈果冻状而得到湿凝胶，进而在100～150℃温度下干燥，获得干燥的模板剂-氧化锆凝胶。或者，所述步骤(2)的凝胶化为快速加热过程，即将模板剂-氧化锆溶胶置于浅盘中，在100～150℃温度下凝胶化、干燥，获得干燥的模板剂-氧化锆凝胶。利用上述基于介孔塌陷的硅酸锆包裹炭黑制备方法制得的产品，其明度值L*＝20～29。本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术为硅酸锆包裹炭黑色料的制备提供了新的途径。利用模板剂、锆源、硅源原料形成介孔结构硅酸锆，炭黑来源于模板剂的裂解，通过煅烧使得介孔结构坍塌而将炭黑颗粒密闭于原有的介孔结构中，从而获得包裹致密的硅酸锆包裹炭黑色料，产品呈纯正的黑色，其明度值L*为20～29。(2)本专利技术采用溶胶-凝胶法制备硅酸锆，原料成本低，而且制备过程中无需清洗，从而有效降低了硅酸锆包裹色料的成本。(3)本专利技术采用溶胶-凝胶法有效提高了氧化硅与氧化锆的混合，无需添加氟化物矿化剂等来促进硅酸锆的生成，由此避免了氟化物矿化剂等所造成的色料黑度降低的问题。(4)本专利技术炭黑来源于模板剂的裂解(裂解温度约200～450℃)，而模板剂能够以分子级的形式分散在硅酸锆中，从而有效避免了炭黑不被水润湿所导致的团聚，很好地解决了包裹率不高的问题。(5)本专利技术利用介孔结构的塌陷(一般经过600℃煅烧就会出现坍塌)，能够将裂解的细小的炭黑颗粒密闭于原有的介孔结构中，介孔结构不仅构成了致密保护层，而且能够最大限度地保证炭黑颗粒被包裹，不仅有效提高了包裹率，而且能够防止炭黑的后续氧化问题。附图说明下面将结合实施例和附图对本专利技术作进一步的详细描述：图1是本专利技术实施例一所制备的硅酸锆包裹炭黑色料的透射电镜照片。具体实施方式实施例一：本实施例一种基于介孔塌陷的硅酸锆包裹炭黑制备方法，其步骤如下：(1)模板剂-氧化锆溶胶的制备将38.7gZrOCl2和6g三嵌段聚合物P123模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于介孔塌陷的硅酸锆包裹炭黑制备方法，其特征在于：以无机锆盐和模板剂为原料进行配制得到模板剂‑氧化锆溶胶，经凝胶化后通过预烧使模板剂碳化而获得一次粉体；所述一次粉体加入硅溶胶混合后，经凝胶化而得到二次粉体；所述二次粉体在非氧化气氛下煅烧，即得到硅酸锆包裹炭黑色料。

【技术特征摘要】
1.一种基于介孔塌陷的硅酸锆包裹炭黑制备方法，其特征在于：以无机锆盐和
模板剂为原料进行配制得到模板剂-氧化锆溶胶，经凝胶化后通过预烧使模板剂碳化
而获得一次粉体；所述一次粉体加入硅溶胶混合后，经凝胶化而得到二次粉体；所
述二次粉体在非氧化气氛下煅烧，即得到硅酸锆包裹炭黑色料。
2.根据权利要求1所述的基于介孔塌陷的硅酸锆包裹炭黑制备方法，其特征在
于包括以下步骤：
(1)制备模板剂-氧化锆溶胶
按照质量比模板剂∶氧化锆＝0.01～0.70∶1，将无机锆盐和模板剂溶解于水中，
加入弱碱溶液，配制得到含Zr4+0.4～0.8mol/L的模板剂-氧化锆溶胶；
(2)模板剂-氧化锆溶胶凝胶化
所述模板剂-氧化锆溶胶通过加热凝胶化后，获得干燥的模板剂-氧化锆凝胶；
(3)模板剂的碳化
将所述干燥的模板剂-氧化锆凝胶在非氧化气氛下进行预烧，煅烧温度为300～
350℃，保温1～2h；预烧后经研磨得到一次粉体；
(4)氧化硅的引入
按照质量比氧化硅∶氧化锆＝1.1～2.0∶1，将所述一次粉体在超声或搅拌条件
下加入硅溶胶中，经凝胶化、并干燥后得到二次粉体；
(5)介孔结构的塌陷及硅酸锆包裹层的制备
所述二次粉体在非氧化气氛下煅烧，煅烧温度为1000～1250℃，保温10～

【专利技术属性】
技术研发人员：常启兵，汪其堃，汪永清，周健儿，王霞，杨柯，
申请(专利权)人：景德镇陶瓷学院，
类型：发明
国别省市：江西;36