鈷藍影響硅酸鋯發色的實驗研究

付 強

(吉林省建筑材料工業設計研究院 長春 130062)

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鈷藍影響硅酸鋯發色的實驗研究

付 強

(吉林省建筑材料工業設計研究院 長春 130062)

針對鈷藍在不同添加量和不同細度對硅酸鋯發色的影響進行實驗，確定了添加量、細度與硅酸鋯發色的關系。結果表明：鈷藍能顯著改變硅酸鋯的色調，使黃白色硅酸鋯呈青白色，但卻不能增加其白度，添加量過多反而會使亮度下降，影響白度；鈷藍細度的變化對硅酸鋯發色無明顯影響。添加微量的鈷藍可改變其色調，可拓寬硅酸鋯的應用范圍。

硅酸鋯 發色 鈷藍

鈷藍也叫帝王藍、天藍色素，呈鮮艷的藍色，其色調飽和，是一種高性能的無毒環保無機顏料。該顏料呈粉末狀，具有極好的遮蓋力、較強的著色力和分散性，因此被廣泛應用于耐高溫涂料、陶瓷、搪瓷、玻璃、耐高溫工程塑料等的著色以及美術顏料等領域。

硅酸鋯(ZrSO4)化學性能穩定，是一種優質、價廉的乳濁劑，被廣泛應用于建筑陶瓷、日用陶瓷、衛生陶瓷，在釉料或坯體中起遮蓋及增白作用。

目前含硅酸鋯的白瓷大部分呈象牙白色，但部分陶瓷企業希望含鋯白瓷，呈青白色。據文獻報道[1]：采用硅酸鋯(ZrSO4)、石英粉(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)為原料，通過對硅酸鋯的摻雜嫁接，得到合成鋯，能增加其白度。硅酸鋯的增白作用是它在陶瓷燒成后可形成斜鋯石等，從而對入射光波形成散射。該合成鋯只是通過氧化鋁增加“硅酸鋯”粉的表觀白度，降低其含鋯量，因而可大幅減弱其乳濁效果和提高釉面白度。中國專利“一種陶瓷增白劑的制造方法”[2]中公開了一種將鋯英石與磷酸鋁或磷酸鋯混合制備陶瓷增白劑的方法。該方法與上述合成鋯類似，其混合物并不是真正意義上的硅酸鋯。目前市場上也有使用煅燒高嶺土、高白氧化鋁、煅燒煤矸石等一種或多種粉體與硅酸鋯粉進行簡單復配改性而成的“硅酸鋯”，這種“硅酸鋯”同樣由于鋯含量低，乳濁效果差，僅能用于低端陶瓷坯料，無法使用在陶瓷釉料。本研究希望在不影響硅酸鋯乳濁度的前提下，通過鈷藍改變原有色調來滿足客戶的需求。

1 實驗

1.1 實驗原理

在L*，a*，b*顏色系統中，明度值L*對應亮度(L=0=黑暗，L=100=白光)，a*用來描述紅綠軸，b*用來描述黃藍軸。試樣與標準版比較之后用△L、△a、△b表示，△L+表示偏白，△L-表示偏黑；△a+表示偏紅，△a-表示偏綠；△b+表示偏黃，△b-表示偏藍。根據上述原理，通過添加鈷藍顏料，增加藍度值，對硅酸鋯在坯體和釉料中發色進行實驗研究。

1.2 實驗用原料

鈷藍顏料(325目)產地為江西，其性狀見表1；透明熔塊及陶瓷坯料來自廣東某廠；硅酸鋯粉(D50=1.0 μm)由蚌埠華洋公司采用澳大利亞澳祿卡資源有限公司Eucla優級鋯英砂制得，其化學成分見表2。

表1 鈷藍性狀簡介

表2 實驗用硅酸鋯化學成分(質量%)

1.3 實驗設備與儀器

1 L3快速研磨機、高溫煅燒爐、激光粒度分析儀、電子天平(精度0.000 1 g)、DN-B型白度儀、日本柯尼卡美能達CM-2500d型分光測色計。

1.4 實驗方法

將325目鈷藍0.1 wt‰～0.5 wt‰按不同質量比例加入硅酸鋯干粉中，用快速磨濕法混合5 min，得到復配硅酸鋯粉Zr1～Zr5。烘干后，將復配硅酸鋯粉分別按2%均勻加入到坯料中進行模壓成形，得到試樣ZP1.1～ZP1.5。將復配硅酸鋯粉分別按15%均勻加入到透明熔塊中制成釉漿，在素坯上刮釉，得到試樣ZY1.1～ZY1.5。將ZP和ZY試樣在同一條件下(溫度為1 200 ℃)煅燒，保溫2 h后取出測量白度、色差。

顏料經研磨處理后，顏料顆粒的表面積增大，著色能力增強[3]。對鈷藍顏料先進行預處理，用硅酸鋯研磨球將325目鈷藍濕法研磨后，再過1 250目篩，經烘干處理后，再重復上述步驟，用此方法研究鈷藍細度對硅酸鋯發色的影響。

2 結果及分析

鈷藍耐溫性達1 200～1 400 ℃，它除具有良好的耐光性、折光性、耐酸性和耐堿性，且無毒，除此之外，鈷藍還具有很好的防紅外線的功能。因此，可以運用于各種需要高著色力、高耐溫、不遷移、不滲色、高保色和高抗老化等領域。本實驗中，由于鈷藍添加量十分微量，所以對陶瓷坯體和釉面的燒成溫度基本無影響。

2.1 不同添加量的鈷藍對硅酸鋯發色的影響

表3 不同鈷藍添加量比例對坯體發色的影響

從表3可知，在對坯體發色影響方面，鈷藍添加量對a+影響較小，對b+影響較大。鈷藍添加比例越高，試樣b+越小，隨著鈷藍添加比例的增加，試樣的亮度逐漸降低，添加量達到0.5‰時，樣品表面明顯發暗。

從表4可以看出，鈷藍對釉面發色和對坯體發色影響的規律基本一致。鈷藍添加量對a+影響較小，對b+影響較大。鈷藍添加比例越高，試樣的b+越小，即偏離黃調，偏向藍調，肉眼看呈青白色。隨著鈷藍添加比例的增加，試樣的亮度逐漸降低，添加量為0.5‰時，釉面明顯發暗。部分試樣釉面出現了藍色小點，分析是由于鈷藍沒有分散均勻造成的。

表4 不同鈷藍添加量比例對釉面發色的影響

2.2 鈷藍細度對硅酸鋯發色的影響

經驗得知，鋯鐠黃、鋯釩藍研磨后發色會明顯減弱，鮮艷的色調會變得暗淡。本實驗中，鈷藍研磨細化后，其色澤依然鮮艷、飽滿。初步分析是因為機械研磨破壞了鋯鐠黃、鋯釩藍晶體機構，而鈷藍是具有尖晶石結構的混相金屬氧化物顏料，這種結構特點反映在形態上呈完好的立方晶形，晶胞體積大，晶胞高度對稱，晶體結構穩定[4]。

根據表3、表4分析結果得出，選取最佳添加比例為0.3 wt‰，做不同細度影響對比。表5和表6分別為不同細度鈷藍對坯體發色釉面發色的影響。從表5、表6可以看出，鈷藍細度對硅酸鋯粉在坯體及釉面中發色無明顯影響。研磨細化處理后，釉面無可見藍點，釉面更加柔和美觀。

表5 不同細度鈷藍對坯體發色的影響

表6 不同細度鈷藍對釉面發色的影響

3 結論

鈷藍顏料是一種優良的著色劑，作為表面調色劑能顯著改變硅酸鋯的色調，使黃白色硅酸鋯呈青白色，且其細度越細越好，但并不能增加硅酸鋯的白度值，添加量過多反而會使亮度下降，影響白度。質量穩定是硅酸鋯生產中的重要技術指標，高檔硅酸鋯的穩定應包括砂源、生產成品粉體性能的穩定化處理。由于鈷藍顏料著色能力極強，為保證產品質量，在生產中要嚴格控制其添加量，添加比例在0.2 wt‰～0.3 wt‰為宜，且將其均勻分散于硅酸鋯中，避免坯體及釉面出現小藍點。由于鈷藍并沒有進入到硅酸鋯晶格，該方法只是簡單利用了三原色的混合調色原理。

1 郝小勇.合成鋯簡介[J].全國性建材核心期刊——陶瓷，2012(5):9～11

2 徐明晗，鞠銀燕，宋杰光，等.濕法球磨制備超細鈷藍粉體的研究[J].硅酸鹽通報，2014，33(10)：2 716～2 719

3 況學成.一種陶瓷增白劑的制造方法:中國專利，2011103284571[P].2011-11-25

4 劉竹波，葉明泉，韓愛軍.尖晶石型鈷藍顏料的研究進展[J].化工進展，2008，27(4)：483～487

(續上期)

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(未完待續)

Experimental Study on Effect of Cobalt on Zirconium Silicate Color

Fu Qiang

(Jilin Province Building Materials Industry Design and Research Institute,Changchun,130062)

This paper for cobalt blue in different adding amount and fineness of zirconium silicate color was affected by test to determine the adding amount, fineness and zirconium silicate color. The results show that: cobalt blue can significantly change the zirconium silicate color tone, yellow white zirconium silicate was bluish white, but actually cannot increase zirconium silicate whiteness value, adding too much but will make the brightness down, affecting the whiteness; changes in cobalt blue fineness of zirconium silicate color has no obvious influence. Trace cobalt blue can change the tone of zirconium silicate, and expanded the scope of application of zirconium silicate.

Zirconium silicate; Color; Cobalt blue

付強(1964～)，本科，高級工程師；主要從事建筑材料的研究工作。

TU522

A

1002-2872(2016)11-0040-03