Неорганический пигмент на основе молибдата
Владельцы патента RU 2369621:
Учреждение Российской академии наук Институт неорганической химии им. А.В. Николаева Сибирского отделения РАН (RU)
Изобретение может быть использовано в лакокрасочной промышленности, производстве керамики, пластмасс, строительных материалов. Неорганический пигмент на основе молибдата, влючающего щелочной металл, представляет собой двойной молибдат состава Me2Ni2(MoO4)3, где Me=Li, Na, К, Rb, Cs (1), или Me2Ni(MoO4)2, где Ме=К, Rb (2),
или Na3,86Ni1,07(MoO4)3 (3). Изобретение позволяет получить экологически безопасные, химически устойчивые и недорогие пигменты желтого цвета, обладающие высокой термической стабильностью на воздухе. 1 ил., 1 табл.
Изобретение относится к неорганическим красителям, а именно к неорганическим пигментам, в частности к составам для окрашивания на основе сложных молибдатов никеля и щелочных металлов, а именно лития, натрия, калия, рубидия и цезия с окраской от оранжево-желтого до желтого цвета, которые могут быть использованы в лакокрасочной промышленности, производстве пластмасс, керамики, строительных материалов.
Большинство минеральных пигментов, используемых в промышленности, содержит такие металлы, как кадмий, свинец, хром, кобальт, ванадий, которые обладают значительной токсичностью. При современных требованиях безопасности и экологии есть необходимость в получении менее токсичных пигментов с характеристиками не хуже ранее используемых.
При небольшом разнообразии желтых пигментов работы по получению новых пигментов в желто-оранжевой гамме продолжаются. Так, в работе [Shingo Ishida, Fend Rend and Nobuyuki Takeuchi. New Yellow Ceramic Pigment Based on Codoping Pyrochlore - type Y2Ti2O7 with V5+ and Ca2+ // J. Am. Ceram. Soc. 1993, V.76. N10. P.2644-48.] предложено использовать желтые пигменты со структурой пирохлора, например
CaxY2-xVxTi2-xO7. Однако он содержит токсичный ванадий, который сравним с токсичностью свинца и кадмия, и, кроме того, обладает нестойким цветом: пигмент обесцвечивается в стекле. Температуры его синтеза достаточно велики, что требует дополнительных затрат.
В работе [Leo J.H. Erkns and Ludo J. Vos. Bismuth Vanadate Pigments for High-Performance Leaf-Free Paints // The Bulletin of the Bismuth Institute. 1997, 70, P.1-7.] предложено использовать в качестве желтого пигмента ортованадат висмута. По оценкам авторов пигмент обладает хорошей укрывистостью, интенсивностью и химической устойчивостью. Однако, он содержит в своем составе токсичный ванадий и имеет невысокую чистоту цвета: в цвете присутствует зеленоватый оттенок.
Известны пигменты на основе свинцово-молибдатного крона, представляющего собой смесь хромата, сульфата и молибдата свинца. Эти кроны дают цвет от оранжевого до темно-красного. [Е.Ф.Беленький, И.В.Рискин. Химия и технология пигментов. 1974 г. изд. «Химия», стр.273.]. Они обладают достаточно высокими пигментными свойствами. Однако получение этих пигментов трудоемко и требует стабилизации пигмента для сохранения яркости цвета, кроме того, они токсичны, так как содержат значительное количество свинца. Довольно близким к заявленным пигментам является неорганический пигмент на основе молибдата металла, описанный в заявке FR 2750415 A1 (RHONE POULENC CHEMIE), 02.01.1998. Описанный пигмент представляет собой двойной молибдат на основе молибдата церия и щелочного металла или кальция. Описанные пигменты получены из растворов, что не гарантирует точного состава конечного продукта. Кроме того, невысока насыщенность пигментов: для натрийсодержащих 44,65-61,91%, для кальцийсодержащих - 47,56-63,51%.
Наиболее близким к предлагаемым пигментам является неорганический пигмент на основе тройного натрий-кальций-цериевого молибдата, описанный в патенте RU № 2315072, опубликованном 20.01.2008 г. Бюл. № 2. По цветовым характеристикам он высокого качества, но он недостаточно дешев, так как содержит редкоземельный элемент церий.
Задачей изобретения является расширение ассортимента пигментов.
Техническим результатом изобретения является получение более дешевого экологически безопасного желтого пигмента с высокой термической и химической устойчивостью.
Технический результат достигается тем, что неорганический пигмент представляет собой двойной молибдат никеля и щелочного металла состава: Ме2Ni2(МоO4)3, где Ме=Li, Na, К, Rb, Cs (1) или Ме2Li(MoO4)3, где Me=К, Rb (2) или Na3,86Ni1,07(МоO4)3 (3).
Отличительные признаки пигмента - состав пигментов.
Пигменты состава Ме2Ni2(МоO4)3, где Ме=Li, Na, а также составы Ме2Ni2(МоO4)3, где Ме=К, Rb имеют ромбическую структуру, Ме2Ni2(МоO4)3, где Ме=К, Rb и состав Na3,86Ni1,07(MoO4)3 имеют моноклинную структуру, Cs2Ni2(МоO4)3 - кубическую. Соединения и твердые растворы на их основе имеют разные структуры, но исследования показали, что все составы в этих системах имеют желтый или желтовато-оранжевый цвет.
Перечисленные составы выбраны в результате исследования систем NiMoO4 - Ме2МoO4, где Me=Li, Na, К, Rb, Cs. Системы изучены методом твердофазного синтеза. Образцы, в основном, приготовлены через 3-5 мол.%, при изучении областей гомогенности твердых растворов - через 0,05 мол.%. Все соединения, полученные в этих системах, имеют желтый цвет.Типичные спектры отражения (Cs2Ni2(MoO4)3 - 1 и Na3,86Ni1,07(MoO4)3 - 2) приведены на чертеже. Характеризация цветности образцов проводилась по методике CIELab - 76 [Sule A.D. The Lab system of specification of color // Colorage. 1992, №9, p.23-34]. Цветовые характеристики, рассчитанные по спектрам отражения, приведены в таблице. Параметрами цвета являются светлота - L, насыщенность - С, тон - Н.
Цвет пигментов изменяется от желтовато-оранжевого (тон 66 град. и выше) у Na2Ni2(MoO4)3 - 68,2 град. к оранжево-желтому (тон 73 град. и выше) у Na3,86Ni1,07(MoO4)3 - 74,5 град. до практически желтого (чисто желтому цвету отвечает значение тона 90 град.) у Cs2Ni2(MoO4)3 - 84,3 град. Наибольшей насыщенностью цвета обладают Na3,86Ni1,07(MoO4)3 и Cs2Ni2(MoO4)3.
Предлагаемые составы пигментов готовили из стехиометрической смеси NiMoO4 и Ме2МоO4 (Ме=Li, Na, К, Rb, Cs), которую гомогенизировали в фарфоровой ступке и отжигали в интервале температур 450-550°С. Время отжига 20-60 часов. Оно зависит от состава смеси и величины навески. В течение отжига образцы несколько раз перетирали. Полноту прохождения реакции оценивали методом рентгенофазного анализа (РФА). РФА показал, что все соединения и твердые растворы однофазны. Определены их температуры плавления или разложения в твердой фазе: 650-1060°С. Было установлено, что условия твердофазного синтеза и дисперсность полученных образцов влияют на улучшение цветовых характеристик.
Примеры получения пигментов иллюстрируют изобретение.
Пример 1: для синтеза 150 г Nа3,86Ni1,07(МоO4)3 берут 100,02 г Na2MoO4·2H2O и 49,98 г NiMoO4. Смесь тщательно перетирают в фарфоровой ступке и помещают в фарфоровый тигель. Шихту ставят в муфельную печь. Обжиг производят в несколько этапов при 450-550°С в течение 60 часов, перетирая после каждого обжига. Полученный продукт окрашен в оранжевато-желтый цвет с параметрами L=79,7; C=61,4; Н=74,1.
Пример 2: для синтеза 50 г Cs2Ni2(МоO4)3 берут 24,67 г Cs2МоO4 и 25,33 г NiMoO4. Смесь гомогенизируют и обжигают в интервале температур 450-550°С в течение 35 часов. Продукт окрашен в желтый цвет с параметрами: L=83,0; C=66,6; Н=84,0.
Пример 3: для синтеза 100 г K2Ni(MoO4)2 берут 53,13 г К2МоO4 и 47,87 г NiMoO4. Компоненты смешивают и обжигают в интервале температур 450-550°С в течение 50 часов. Полученный продукт окрашен в желтый цвет с параметрами L=84,1; C=56,2; Н=83,1.
Пример 4: для синтеза 30 г Na2Ni2(MoO4)3 берут 9,61 г Na2Ni2MoO4 г и 20,39 г. NiMoO4.
Исходную смесь гомогенизируют и отжигают в интервале температур 450-650°С в течение 25 часов. Продукт окрашен в желтовато-оранжевый цвет с параметрами L=68,9; С=77,6; Н=70,1.
Пример 5: для синтеза 50 г Rb2Ni2(MoO4)3 берут 23,56 г Rb2МоO4 и 26,44 NiMoO4. Смесь гомогенизируют и с промежуточными перетираниями отжигают в интервале температур 450-550°С в течение 35 часов. Полученный продукт окрашен в желтый цвет с параметрами L=83,4; C=58,6; Н=83,1.
Пример 6: для синтеза 20 г К2Ni2(МоO4)3 берут 7,05 г К2MoO4 и 12,95 г NiMoO4.. Смесь перетирают и отжигают в интервале температур 450-550°С в течение 24 часов. Продукт окрашен в желтый цвет и имеет параметры L=82,9; C=49,5; Н=79,5.
Пример 7: для синтеза 30 г Li2Ni2(MoO4)3 берут 8,53 г Li2MoO4 и 21,47 г NiMoO4. Смесь тщательно перемешивают и отжигают в интервале температур 450-550°С в течение 30-35 часов, периодически перетирая спек. Полученный продукт окрашен в желтый цвет. Его параметры цвета L=84,6; C=50,8 Н=81,4.
Пример 8: для синтеза 20 г Rb2Ni(MoO4)2 берут 12,04 г Rb2MoO4 и 7,96 NiMoO4. Смесь гомогенизируют и отжигают в интервале температур 450-550°С в течение 24 часов. За этот период необходимо несколько перетираний керамического образца. Полученный образец окрашен в желтый цвет с параметрами L=83,5; C=54,6; Н=82,5. Таким образом, полученные пигменты имеют достаточно хорошие цветовые характеристики, экологически безопасны (не содержат токсичных элементов в своем составе), имеют высокую термическую стабильность на воздухе (до 650°С), которая является особенно важной характеристикой при окрашивании пластмасс. Соединения устойчивы к растворам минеральных кислот, щелочей, к спиртам. Кроме того, отсутствие в составе пигментов дорогостоящих реактивов и невысокие температуры обжига позволяют получать дешевый пигмент.
Неорганический пигмент на основе молибдата никеля и щелочного металла
| Таблица | |||
| Соединение | Параметры цвета | ||
| Светлота L, % | Насыщенность С, % | Тон Н, град. | |
| Li2Ni2(MoO4)3 | 84,6 | 50,8 | 81,4 |
| Na2Ni2(MoO4)3 | 67,7 | 59,2 | 68,2 |
| Na3,86Ni1,07(MoO4)3 | 79,9 | 61,4 | 74,5 |
| K2Ni2(MoO4)3 | 82,9 | 49,5 | 79,5 |
| K2Ni(MoO4)2 | 84,1 | 56,2 | 83,1 |
| Rb2Ni2(MoO4)3 | 83,4 | 58,6 | 83,1 |
| K2Ni(MoO4)2 | 83,5 | 54,6 | 82,5 |
| Cs2Ni2(MoO4)3 | 83,3 | 66,8 | 84,3 |
Неорганический пигмент на основе молибдата, влючающего щелочной металл, отличающийся тем, что он представляет собой двойной молибдат состава
Ме2Ni2(MoO4)3, где Me=Li, Na, K, Rb, Cs (1), или Ме2Ni(MoO4)2, где Ме=K, Rb (2), или Na3,86Ni1,07(MoO4)3 (3).
