В ТНЦ СО РАН создали новую технологию получения востребованных пигментов
Отечественную, экономичную технологию получения тонкодисперсных неорганических пигментов востребованных цветов — синего, зеленого и хаки, разработали специалисты Томского научного центра (ТНЦ) СО РАН, 18 июля сообщает пресс-служба ТНЦ.
Неорганические пигменты широко востребованы в производстве надглазурных и подглазурных красок для керамических, фаянсовых и фарфоровых изделий, а также лакокрасочных материалов и отделочных и строительных смесей. Их добавляют в порошковые краски для окрашивания металла и цветные наполнители полимерных чернил при 3D-печати.
Создание пигментов шпинельного типа методом томских ученых производится за счет самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Полученные в результате продукты не токсичны, стойки, а процесс их получения идет всего несколько минут, не требуя дорогостоящего оборудования.
Результаты исследования новой технологии ученые представили в статье «Получение цветных шпинелей на основе триады железа методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза», опубликованной в журнале Ceramics International.
Старший научный сотрудник лаборатории гетерогенных металлических систем ТНЦ СО РАН Нина Радишевская пояснила:
«Одним из преимуществ нового метода является возможность исключить из производственного процесса весьма трудоемкую стадию измельчения, необходимую для получения частиц нужного размера. В обычных условиях это может занять длительное время, ведь пигменты шпинельного типа имеют твердость немногим меньше твердости алмаза. Нам же удалось добиться получения частиц нужного размера благодаря использованию специальных газифицирующих добавок, помогающих предотвратить спекание и рост кристаллов».
Авторы так кратко характеризуют новую технологию получения пигментов: очень горячо и очень быстро! Синтез, хотя и требует температур от 1200 до 1600 °С, но длится не больше минуты, поэтому не требует значительного расхода электроэнергии.
Младший научный сотрудник лаборатории Олег Львов рассказал о том, как протекает самораспространяющийся высокотемпературный синтез шпинели: в специальный стакан насыпают исходную смесь — шихту, в состав которой входят: алюминиевая пудра (АСД-4), служащая горючим в данной химической реакции, оксиды кобальта, цинка, никеля, железа или хрома и газифицирующая добавка — гидроксид алюминия Al (OH)₃.
Осуществление СВС в режиме послойного горения происходит за счет двух параллельных экзотермических реакций — окисления алюминия и алюмотермической реакции, при которых выделяется тепло, достаточное для нагрева шихты до температур, требуемых для синтеза шпинелей.
При нагревании структура гидроксида алюминия быстро разрушается с образованием газообразных продуктов реакции, препятствующих спеканию образующихся в процессе синтеза шпинелей.
Активный оксид алюминия (Al₂O₃), получившийся при термическом разложении гидрооксида алюминия, вступает в реакцию с оксидами металлов в шихте, образуя пигменты с размером частиц 1–5 мкм. Их структуру исследователи изучили с помощью рентгеноструктурного анализа, ИК-спектроскопии, а микроструктуру проверили на оптическом и сканирующем электронном микроскопах.
Как показали исследования, пигменты, созданные по технологии ученых ТНЦ СО РАН, обладают высокой химической, атмосферной и температурной стойкостью, а сама технология их создания предполагает использование местного сырья, экологически безопасна и энергоэффективна.
