片状铝粉作为一种重要的金属颜料,因具有优异的金属光泽和和良好的随角异色效应,在汽车油漆、印刷油墨和化工涂料等领域已经得到了越来越广泛的应用,同时,低发射率的铝粉颜料也是近年来报道最多的红外隐身颜料。传统的溶剂型铝粉颜料颜色单一,已经不能满足人们日益增长的审美及健康环保的追求,水性和彩色铝粉颜料得以发展推广。制备水性铝粉颜料的关键是提高其耐腐蚀性;而铝粉颜料对可见光的高反射限制了其在可见光波段的隐身。因此,使用金属氧化物对铝粉表面进行处理提高其耐腐蚀性的同时降低其反射率,制备多波段隐身的彩色水性铝粉颜料成为研究热点。所以本课题以H_2O_2为锚固剂,FeCl_2·4H_2O和无水SnCl_4为前驱体,分别制得了氧化铁包覆的水性铝粉颜料(Al@Fe_2O_3)和氧化锡包覆的水性铝粉颜料(Al@SnO_2)。主要做了如下工作:(1)铝粉的预处理:控制系统温度45℃,在弱酸性条件下H_2O_2氧化铝粉表面形成氢氧化铝作为锚固点;随着包覆介质pH的升高,氢氧化铝的结构由水铝石型向勃姆石型过渡;(2)Al@Fe_2O_3的制备:在弱酸性条件下,以FeCl_2·4H_2O溶液为前驱体,异丙醇/H_2O为介质,制备了Al@Fe_2O_3彩色水性铝粉颜料。通过X衍射、光学显微镜分析和耐腐蚀性测试等手段讨论了包覆介质的pH值和前驱体中n(Fe~(2+)):n(Fe~(3+))对包覆层物相和包覆效果的影响,并探讨了Fe~(3+)诱导Fe~(2+)的氧化-转化机理。结果表明包覆介质的pH过高以及过量的Fe~(3+),有利于Fe_2O_3晶种自聚成Fe_2O_3颗粒,不利于无定型Fe_2O_3锚固在铝粉表面。精准地控制包覆介质的pH=4.70,n(Fe~(2+)):n(Fe~(3+))=12:1,Fe~(3+)可诱导Fe~(2+)氧化-转化成Fe~(3+),有利于无定型Fe_2O_3锚固在铝粉表面形成致密的包覆层,所得产物Al@Fe_2O_3具有优异的耐腐蚀性、低光泽度、卡其色,可用做隐身颜料。(3)Al@SnO_2的制备:在弱酸条件下,以SnCl_4/异丙醇为前驱体,异丙醇/水为反应介质,制得了以铝片为核,SnO_2为壳,Al(OH)_3或Sn(OH)_2为桥的Al@SnO_2水性铝粉颜料。通过光学显微镜分析、耐腐蚀性测试和光催化降解测试等手段探讨了包覆介质pH以及M_(SnO2)/S_(Al)对Al@SnO_2包覆效果以及光催化活性的影响。结果说明:包覆介质pH过高或M_(SnO2)/S_(Al)过大,均可导致SnO_2晶种自聚成颗粒,不利于SnO_2在铝粉表面的锚固,耐腐蚀性降低。较低包覆介质pH,有利于SnO_2以Sn(OH)_2为桥锚固在铝粉表面,耐腐蚀性较好但不利于光催化活性的提高;当M_(SnO2)/S_(Al)过小,SnO_2包覆层不完整耐腐蚀性较差。精准地控制(M_(SnO2)/S_(Al))=(0.07-0.10)g·m~(-2),包覆介质的pH=5.0-5.8,以Al(OH)_3为桥在SnO_2壳和铝片核之间形成适量的Al(III)掺杂SnO_2,并锚固在铝粉表面形成均匀致密的SnO_2包覆层,所得产物Al@SnO_2具有优异的耐腐蚀性、低光泽度、卡其色和优异的光催化活性,可用作多波段的隐身颜料,且完成降解任务后的Al@SnO_2的耐腐蚀性和色相均变化不大,可以回收进一步作为水性铝粉颜料使用。(4)玻璃粉负载SnO_2光催化剂的制备:前人工作曾先在铝粉表面包覆一层SiO_2,再以SiO_2为桥制备了Al@SiO_2@Fe_2O_3,但以Al(OH)_3为桥的报道较少,所以在弱酸性介质中,以自制玻璃粉(Glass Powder,GP)为载体,Al(OH)_3为桥,以SnCl_4/异丙醇为前驱体制备合成了玻璃粉负载SnO_2(GP@SnO_2),通过光催化降解测试、PL和UV-Vis等途径探讨了介质pH、n[Al(OH)_3]/n(SnCl_4)和m(SnO_2):m(GP)对GP@SnO_2负载效果和光催化活性的影响。结果表明:n[Al(OH)_3]/n(SnCl_4)直接影响Al(III)掺杂SnO_2的量,随着n[Al(OH)_3]/n(SnCl_4)的增大,SnO_2壳和GP核之间形成Al(III)掺杂SnO_2的量增大;当介质的pH过高,SnO_2晶种的供给速率过快导致自聚成SnO_2大颗粒,当m(SnO_2):m(GP)过大,锚固面太少,二者均不利于SnO_2晶种锚固在玻璃粉表面。当m(SnO_2):m(GP)过低,GP表面的负载的SnO_2包覆层薄且稀疏,负载效果下降。当介质pH=5.8-6.0,m(SnO_2):m(GP)=0.17时,SnO_2晶种以玻璃粉表面的Al(OH)_3为核结晶,并在SnO_2壳和GP核之间形成适量的Al(III)掺杂SnO_2,提高了SnO_2表面的氧空位浓度,促进了光生电子与空穴的分离,有利于SnO_2光催化活性的提高。所以本文分别以Fe_2O_3和SnO_2为包覆层成功合成了具有优异耐腐蚀性和光学性质的多功能铝粉颜料,为今后大规模工业化生产奠定理论基础。
【学位单位】：河北大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ620.1
【部分图文】：
图 1-1 金属氧化物包覆铝粉流程图-1 Flow chart for encapsulation process of metal oxides coated on aluminum pigment FeCl2·4H2O 为前驱体，氨水为沉淀剂，制备 Al@Fe2O3铝粉颜料e3+)对包覆层物相和锚固效果的影响，包覆介质 pH 对 Al@Fe2O3耐腐
图 2-1 测试和观察的角度Fig. 2-1 The testing and observation angles色度系统，每种颜色可以由 L*、a*、b*按一定比例混合。其中 L*指明 b*值的大小变化分别代表红绿色相和黄蓝色相的变化，a*和 b*的值
第 2 章 氧化铁包覆铝粉颜料的制备与表征在 FeCl2·4H2O 前驱体中引入在 Fe3+制得的样品 A、B 和 C 系列只显示了金属铝的衍射峰，说明铝粉表面的氧化铁包覆层主要为无定型 Fe2O3，充分说明了引入 Fe3+有利于在铝粉表面形成无定型 Fe2O3包覆层。2.3.2 pH 对 Al@Fe2O3包覆效果的影响
【参考文献】
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