NGHIÊN cứu TỔNG hợp CHẤT màu XANH CUXMG1 – XAL204 TRONG gốm sứ BẰNG PHƯƠNG PHÁP SOLGEL

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP CHẤT MÀU XANH CUXMG1 – XAL204 TRONG GỐM SỨ BẰNG PHƯƠNG PHÁP SOLGEL Người thực : Khóa năm: Người hướng dẫn khoa học: 1 PHẦN MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài - Trong gốm sứ, chất màu xanh CuxMg1 – xAL204 đóng vai trị quan trọng, định tính thẩm mỹ sản phẩm - Trong cơng nghiệp, Solgel CuxMg1 – xAL204 tổng hợp chủ yếu theo phương pháp gốm truyền thống, từ nguyên liệu oxit dạng rắn Phối liệu nghiền trộn học nên kích thước hạt lớn, độ đồng kém, nhiệt độ nung tạo pha Solgel cao ( ∼1300 °C), thời gian nung dài sản phẩm khơng có cấu trúc đơn pha - Chất màu xanh CuxMg1 – xAL204 (x = 0,1÷0,9) dùng gốm sứ theo phương pháp Solgel nhằm tạo chất màu xanh có cường độ màu khác nhau, có cấu trúc tinh thể vững, có độ bền cao Vì vậy, tác giả định lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp chất màu xanh CuxMg1 – xAL204 gốm sứ phương pháp Solgel” PHẦN MỞ ĐẦU 1.2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Sử dụng CuxMg1 – xAL204 gốm sứ phương pháp Solgel để tạo phẩm thu có pha đơn tinh thể độ kết tinh cao Cường độ màu xanh tăng dần theo hàm lượng thay Các mẫu men chảy đều, bóng láng, màu sắc tươi sang; khơng xuất bọt khí khuyết tật, đạt yêu cầu sản xuất gốm sứ 1.3 Mục tiêu nghiên cứu Xác định điều kiện thích hợp cho trình tổng hợp vật liệu màu xanh mạng tinh thể Solgel có chất lượng ổn định dùng cho gốm sứ 1.4 Đối tượng nghiên cứu - Đề tài tập trung nghiên cứu Chất màu xanh CuxMg1 – xAL204 gốm sứ Việt Nam PHẦN MỞ ĐẦU 1.5 Phạm vi nghiên cứu Chúng tiến hành làm đề tài 12 tháng để tổng hợp vật liệu màu xanh mạng tinh thể Solgel phịng thí nghiệm Các đặc trưng sản phẩm chất màu xác định phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD), phân tích nhiệt (TG–DSC), hiển vi điện tử quét (SEM), cường độ màu đo hệ tọa độ CIE L*a*b* Phối liệu chất màu CuxMg1 – xAL204 nung thiêu kết 1100 °C 60 phút Sản phẩm thu có pha đơn tinh thể độ kết tinh cao 2.TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 2.1 Chất màu cho gốm sứ - Về chất, chất màu cho gốm sứ khoáng vật tự nhiên hay nhân tạo có màu, có khả bền màu tác động nhiệt độ cao hay với tác nhân hóa học - Trong tự nhiên tồn nhiều khống vật có màu oxit muối kim loại chuyển tiếp, đất hiếm, khoáng vật có màu khác (opal, calcite, augite…) - Màu sắc mà khống vật có chúng có khả hấp thụ tồn ánh sáng cách có chọn lọc Nếu khống vật hấp thụ tồn ánh sáng trắng chiếu vào có màu đen, cịn phản xạ tất ánh sáng chiếu đến có màu trắng Khi hấp thụ tia sáng chùm ánh sáng trắng chùm tia ló có màu 2.TỔNG QUAN LÝ THUYẾT Bảng 1.1 Tia bị hấp thụ màu tia ló vùng khả kiến 2.TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 2.1 Chất màu cho gốm sứ - Về chất, chất màu cho gốm sứ khoáng vật tự nhiên hay nhân tạo có màu, có khả bền màu tác động nhiệt độ cao hay với tác nhân hóa học - Trong tự nhiên tồn nhiều khống vật có màu oxit muối kim loại chuyển tiếp, đất hiếm, khống vật có màu khác (opal, calcite, augite…) - Màu sắc mà khoáng vật có chúng có khả hấp thụ tồn ánh sáng cách có chọn lọc Nếu khống vật hấp thụ tồn ánh sáng trắng chiếu vào có màu đen, cịn phản xạ tất ánh sáng chiếu đến có màu trắng Khi hấp thụ tia sáng chùm ánh sáng trắng chùm tia ló có màu 2.TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 2.2 Một số tiêu chuẩn để đánh giá chất màu tổng hợp cho gốm sứ - Gam màu hay sắc thái màu: tính đơn màu màu sắc xanh, đỏ, tím, vàng… Nó xác định dễ dàng trực quan - Tông màu: biến đổi xung quanh đơn màu, ví dụ màu xanh gồm xanh lục, xanh dương, xanh chàm… - Cường độ màu: khả phát màu hay khiết đơn màu, phụ thuộc vào hàm lượng chất màu - Độ bền màu: khả chống chịu chất màu trước tác động nhiệt độ cao, tác nhân hóa học thể hệ gốm sứ Độ bền màu so sánh cách nung mẫu hai nhiệt độ cách từ 30oC đến 50oC - Độ phân tán (độ đồng đều): khả phân bố hạt chất màu bề mặt sản phẩm gốm sứ Nó góp phần lớn định tính thẩm mỹ sản phẩm Kích thước hạt màu yếu tố quan trọng định tính chất này, chất màu cho gốm sứ thường có kích thước nhỏ 50 µm 2.TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 2.3 Cơ sở hóa lý tổng hợp chất màu cho gốm sứ - Chất màu cho gốm sứ thường chất màu tổng hợp nhân tạo Chúng tổng hợp dựa sở việc đưa ion kim loại chuyển tiếp đất (ion gây màu) vào mạng lưới tinh thể chất Việc đưa ion gây màu vào mạng lưới tinh thể thực phản ứng pha rắn oxit muối - Ion gây màu tinh thể dạng dung dịch rắn xâm nhập, dung dịch rắn thay tồn dạng tạp chất Do đó, cấu trúc chất màu khơng hồn chỉnh, thơng số mạng lưới tinh thể bị sai lệch… Cấu trúc lớp vỏ điện tử nguyên tố gây màu bị biến dạng tác động trường tinh thể Sự suy biến lượng số phân lớp điện tử làm cho ion gây màu hấp thụ ánh sáng cách chọn lọc tạo màu sắc Bảng 1.2 trình bày số mạng lưới tinh thể thường sử dụng để tổng hợp chất màu cho gốm sứ 2.TỔNG QUAN LÝ THUYẾT Bảng 1.2 Một số mạng tinh thể thông dụng 2.TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 2.4 Các nguyên tố gây màu xanh số oxit tạo màu phổ biến Các nguyên tố gây màu khoáng vật dạng oxi hóa khác nguyên tố kim loại chuyển tiếp đất có phân lớp d f chưa điền đầy đủ Trong tổng hợp chất màu, kim loại chuyển tiếp đất đưa vào phối liệu dạng oxit muối dễ phân hủy Sự có mặt chúng mạng lưới tinh thể làm cho điện tử phân lớp d bị suy biến, obitan d bị tách mức lượng Điều làm cho ánh sáng hấp thụ cách chọn lọc, khống vật có màu Một số oxit tạo màu phổ biến : - Nhôm oxit Al2O3 - Crôm oxit Cr2O3 - Coban oxit CoO 2.TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 2.5 Phân loại màu theo vị trí trang trí men màu - Màu men: màu men hỗn hợp gồm chất màu, chất chảy, phụ gia Màu phủ lên bề mặt men, nung chảy lỏng bám dính lên bề mặt men thấm sâu vào lớp men Màu men nung nhiệt độ thấp, khoảng 600-850oC Chất màu nhiệt độ có màu sắc phong phú, có tính thẩm mỹ cao độ bền hoá, bền nhiệt bền kém.Chất chảy phải đảm bảo láng chảy đều, đẹp có khả bám dính tốt với lớp men nền, chúng thường thuỷ tinh, frit dễ chảy hợp chất chì Màu men: thành phần màu men hoàn toàn giống với màu men Màu đưa lên mộc, sau phủ men lên đem nung Nhiệt độ nung cao màu men, khoảng 1175-1220oC Khi nung, chất màu cứng lại, bám chặt vào lớp mộc men Tuy nhiên phải đảm bảo chất màu không bị phản ứng tạo màu phụ Màu men lớp men bảo vệ nên bền trước tác nhân học, hoá học đồng màu cao 2.TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 2.5 Phân loại màu theo vị trí trang trí men màu (tiếp) Màu men: chất màu bền nhiệt tổng hợp riêng đưa trực tiếp vào men Sự tạo màu men xảy cách phân bố hạt màuvào men chất màu hòa tan vào men nóng chảy Đối với màu men, kích thước hạt chất màu có ảnh hưởng lớn đến cường độ màu, kích thước hạt nhỏ cường độ màu độ 2.6 Phản ứng pha rắn 2.7 Dung dịch rắn thay dung dịch rắn xâm nhập 2.8 Cấu trúc mạng tinh thể Solgel 2.9 Các phương pháp tổng hợp Solgel 2.10 Tình hình tổng hợp chất màu mạng lưới tinh thể Solgel NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Nội dung nghiên cứu Để góp phần tìm quy trình điều chế chất màu có chất lượng ổn định dùng cho gốm sứ, tiến hành khảo sát điều kiện để tổng hợp chất màu xanh mạng Solgel Trước hết tơi nghiên cứu điều kiện hình thành Solgel CuxMg1 – xAL204 từ nguyên liệu khác Từ tiến hành tổng hợp chất màu Solgel thay phần Mg2+ Co2+ theo công thức 1− 4; phần Al3+ Cr3+ theo công thức 2− 3.1.1 Nghiên cứu tổng hợp chất Solgel 3.1.1.1 Chuẩn bị phối liệu 3.1.1.2 Khảo sát ảnh hưởng dạng nguyên liệu đến tạo pha Solgel 3.1.1.3 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ nung đến tạo pha Solgel 3.1.1.4 Khảo sát ảnh hưởng thời gian lưu đến tạo pha Solgel 3.1.2 Nghiên cứu tổng hợp chất màu Solgel 3.1.3 Đánh giá chất lượng sản phẩm bột màu NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1.3.1 Thử màu sản phẩm men gốm 3.1.3.2 Khảo sát cường độ màu, khả phát màu men 3.1.4 Đánh giá độ bền nhiệt sản phẩm màu thu 3.1.5 Khảo sát khả thay đồng hình cation Co2+, Cr3+ cho Mg2+ Al3+ mạng lưới tinh thể Solgel 3.2 Phương pháp nghiên cứu 3.2.1 Phương pháp tổng hợp Solgel bột màu 3.2.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X 3.2.3 Phương pháp phân tích nhiệt 3.2.4 Phương pháp đo màu 3.2.5 Phương pháp đánh giá chất lượng bột màu qua thử nghiệm men màu 3.2.6 Phương pháp đơn biến 3.2.7 Phương pháp chuẩn độ complexon DỤNG CỤ, THIẾT BỊ VÀ HÓA CHẤT 4.1 Dụng cụ - Bình định mức, cốc chịu nhiệt (100 mL, 250 mL, 500 mL, 1000 mL) - Bình nón, bình tia, bình hút ẩm, ống đong, buret, pipet, đũa thủy tinh - Bếp điện, chén sứ - Cân phân tích, cân kỹ thuật, cối sứ - Dụng cụ kéo men - Phễu lọc, giấy lọc, rây 4900 lỗ… 4.2 Thiết bị - Lò nung, tủ sấy, máy nghiền hành tinh - Thiết bị phân tích nhiệt DTG-DSC - Thiết bị nhiễu xạ tia X - Thiết bị đo màu men (Phịng thí nghiệm Cơng ty Cổ phần Frit Huế) 4 DỤNG CỤ, THIẾT BỊ VÀ HÓA CHẤT 4.3 Hoá chất - Oxit: MgO (P), Cr2O3 (PA) - Hydroxyt: Al(OH)3 (P), NaOH (P), dd NH3 (P) - Axit: HCl (P) - Muối: 4MgCO3.Mg(OH)2.6H2O (P), CoSO4.7H2O (PA), CuSO4 (PA), MgSO4 (PA) - Dung dịch EDTA, nước cất - Đệm amoni, đệm acetat, PAN, ET00, murexit, metyl đỏ, metyl da cam Xin cảm ơn! KÍNH CHÚC CÁC THẦY CÔ SỨC KHỎE VÀ HẠNH PHÚC 18 ... tinh thể Solgel 3.2 Phương pháp nghiên cứu 3.2.1 Phương pháp tổng hợp Solgel bột màu 3.2.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X 3.2.3 Phương pháp phân tích nhiệt 3.2.4 Phương pháp đo màu 3.2.5 Phương pháp. .. đề tài - Trong gốm sứ, chất màu xanh CuxMg1 – xAL204 đóng vai trị quan trọng, định tính thẩm mỹ sản phẩm - Trong công nghiệp, Solgel CuxMg1 – xAL204 tổng hợp chủ yếu theo phương pháp gốm truyền... hóa lý tổng hợp chất màu cho gốm sứ - Chất màu cho gốm sứ thường chất màu tổng hợp nhân tạo Chúng tổng hợp dựa sở việc đưa ion kim loại chuyển tiếp đất (ion gây màu) vào mạng lưới tinh thể chất