tổng hợp chất màu đen cho gốm sứ trên nền tinh thể spinel

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HCM KHOA HÓA  KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH: HÓA VÔ CƠ Đề tài: TỔNG HỢP CHẤT MÀU ĐEN CHO GỐM SỨ TRÊN NỀN TINH THỂ SPINEL GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh SVTH: Đinh Thị Thu Thảo THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH THÁNG NĂM 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HCM KHOA HÓA  KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH: HÓA VÔ CƠ Đề tài: TỔNG HỢP CHẤT MÀU ĐEN CHO GỐM SỨ TRÊN NỀN TINH THỂ SPINEL GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh SVTH: Đinh Thị Thu Thảo THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH THÁNG NĂM 2013 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, xin chân thành cảm ơn thầy cô Khoa Hóa học trường Đại học Sư phạm Tp Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy, giúp đỡ năm tháng học tập trường Tôi xin chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm Khoa, cán tổ Bộ môn Hóa Lý, Khoa Hóa, Trường Đại học Sư phạm Tp Hồ Chí Minh nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho trình nghiên cứu, thực đề tài Đặc biệt xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến TS Phan Thị Hoàng Oanh, người tận tình hướng dẫn, tận tình bảo, giúp đỡ tạo điều kiện cho hoàn thành khóa luận Sự động viên cô lúc khó khăn động lực để cố gắng phấn đấu hoàn thành tốt khóa luận Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình chỗ dựa tinh thần giúp vượt qua lúc khó khăn xin gửi lời cảm ơn đến bạn cho lời khuyên chân thành, động viên, chia vui buồn Cảm ơn tất người bên cạnh tôi, cho niềm tin để tiếp đường mà chọn Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2013 Đinh Thị Thu Thảo MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .2 MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH DANH MỤC CÁC BẢNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .10 1.1 Chất màu cho gốm sứ 10 1.1.1 Bản chất màu sắc 10 1.1.2 Nguyên nhân gây màu khoáng vật 11 1.1.3 Chất màu cho gốm sứ 13 1.2 1.1.3.1 Chất tạo màu 13 1.1.3.2 Chất gây đục 14 1.1.3.3 Chất khoáng hóa 14 1.1.3.4 Chất 14 Một số oxit gây màu thông dụng 15 1.2.1 Oxit coban .15 1.2.2 Oxit crom 15 1.2.3 Oxit nhôm .16 1.2.4 Oxit sắt 16 1.2.5 Oxit Magie 17 1.2.6 Oxit kẽm .17 1.3 Phân loại màu theo vị trí trang trí men màu 17 1.3.1 Chất màu men 17 1.3.2 Chất màu men .17 1.3.3 Màu men 18 1.4 Các phương pháp tổng hợp chất màu 18 1.4.2 Phương pháp đồng kết tủa 19 1.4.3 Phương pháp sol-gel .19 1.4.4 Phương pháp phân tán rắn lỏng 20 1.5 Cơ chế phản ứng pha rắn .20 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24 2.1 Đối tượng nghiên cứu 24 2.2 Nội dung nghiên cứu 24 2.2.1 Nghiên cứu tổng hợp chất spinel 24 2.2.2 Khảo sát ảnh hưởng nguyên liệu đầu đến tạo pha spinel 24 2.2.3 Nghiên cứu tổng hợp chất màu spinel 25 2.2.4 Đánh giá chất lượng sản phẩm bột màu .25 2.3 2.2.5.1 Thử màu sản phẩm men gốm 25 2.2.5.2 Khảo sát cường độ màu, khả phát màu men 25 Các phương pháp nghiên cứu 25 2.3.1 Phương pháp tổng hợp spinel bột màu 25 2.3.2 Phương pháp phân tích nhiệt 25 2.3.3 Phương pháp XRD 27 2.4 Dụng cụ, thiết bị hóa chất .28 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN .29 3.1 Nghiên cứu tổng hợp spinel 29 3.1.1 Phương pháp gốm truyền thống 29 3.1.2 Phương pháp sol- gel 35 3.1.3 Phương pháp đồng kết tủa 35 3.1.4 Khảo sát ảnh hưởng phương pháp tổng hợp đến tạo pha spinel36 3.2 Nghiên cứu tổng hợp chất màu spinel 39 3.3 Đánh giá khả phát màu sản phẩm 47 3.3.1 Thử sản phẩm men gốm 47 3.3.2 Khảo sát hình thành pha thủy tinh sau tráng men 58 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 61 4.1 Kết luận 61 4.2 Kiến nghị .62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 PHẦN PHỤ LỤC 64 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 3.1: Giản đồ TGA- DSC mẫu M1 30 Hình 3.2: Giản đồ DTG mẫu M1 31 Hình 3.3: Giản đồ phổ XRD mẫu CoFe O 1100 32 Hình 3.4: Giản đồ phổ XRD mẫu CoFe O M1 33 Hình 3.5: Giản đồ phổ XRD mẫu M2 34 Hình 3.6: Giản đồ phổ XRD mẫu M1 M2 34 Hình 3.7: Giản đồ phổ XRD so sánh mẫu M3 37 Hình 3.8: Giản đồ phổ XRD mẫu M4 37 Hình 3.9: Giản đồ phổ XRD mẫu M1, M3, M4 38 Hình 3.10: Giản đồ TGA-DSC mẫu M6 40 Hình 3.11 : Giản đồ DTG mẫu M6 41 Hình 3.12: Giản đồ TGA-DSC mẫu M7 41 Hình 3.13: Giản đồ DTG mẫu M7 43 Hình 3.14: Giản đồDTG-DSC mẫu M9 43 Hình 3.15: Giản đồ phổ XRD mẫu M7 43 Hình 3.16: Giản đồ phổ XRD mẫu M8 44 Hình 3.17: Giản đồ phổ XRD mẫu M9 44 Hình 3.18: Hình ảnh sản phẩm bột màu đen nung 12000C, lưu 46 Hình 3.19: Men 47 Hình 3.20: Giãn đồ phổ XRD mẫu men CoFe O M1-0,25 58 Hình 3.21: Giãn đồ phổ XRD mẫu men CoFe O M1-0,5 58 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Mối quan hệ bước sóng ánh sáng bị hấp thụ màu sắc vật thể 11 Bảng 1.2: Một số chất dùng tổng hợp màu cho gốm sứ 14 Bảng 3.1: Thành phần mẫu phối liệu 29 Bảng 3.2: Công thức hợp thức spinel mang màu đen 39 Bảng 3.3: Thành phần phối liệu spinel mang màu đen 39 MỞ ĐẦU Ngày nay, gốm sứ không xa lạ với người Các sản phẩm gốm sứ có mặt khắp nơi đời sống hàng ngày từ gốm sứ dân dụng tới gốm sứ mỹ nghệ, gốm sứ công nghiệp, gạch ốp lát Ở nước ta, có nhiều làng nghề lâu đời tiếng sản xuất đồ gốm như: Bát tràng, Đông Triều, Hương Canh, Chu Đậu,… Những năm gần đây, ngành công nghiệp sản xuất gốm sứ có bước phát triển mạnh mẽ toàn giới nói chung Việt Nam nói riêng Với yêu cầu cao, chọn lọc người tiêu dùng sản phẩm gốm sứ phải đa dạng phong phú chủng loại mẫu mã, kiểu dáng chất lượng cao mà phải đa dạng màu sắc, sản phẩm phải đảm bảo hình ảnh trang trí có độ bền vĩnh cữu Khác với chất màu hữu cơ, chất màu gốm sứ đòi hỏi phải bền nhiệt, bền hóa cao để chống lại tác động ánh sáng, nhiệt độ, môi trường, bền với thời gian, làm cho giá trị thẩm mỹ chủng loại sản phẩm nâng cao Vì vậy, chất màu trang trí đóng vai trò quan trọng Song chi phí cho chất màu sản xuất gốm sứ lớn, nước ta đa số phải nhập ngoại với giá thành cao khoáng tự nhiên không ổn định, lẫn nhiều tạp chất, gây cản trở khó khăn cho việc tổng hợp sử dụng Vì thế, việc nghiên cứu tổng hợp chất màu nhân tạo quan trọng cần thiết Hiện nay, chất màu gốm sứ sử dụng phổ biến có nguồn gốc cấu trúc mạng lưới tinh thể bền chủ yếu là: spinel, zircon, corundum, cordierite, mullite Người ta thay phần ion M2+, M3+ mạng cấu trúc lưới chất ion có khả phát màu Cu2+, Co2+,Cr3+… để tạo nhiều chất màu chịu nhiệt, bền màu Trong chất màu gốm sứ chất màu mang hệ tinh thể spinel (AB O ) nghiên cứu kỹ lưỡng Để điều chế spinel người ta thường sử dụng phương pháp khác như: phương pháp gốm truyền thống, phương pháp đồng kết tủa, phương pháp solgel phổ biến phương pháp gốm truyền thống, tổng hợp spinel nhiệt độ cao Phương pháp tổng hợp spinel pha rắn có ý nghĩa đặc biệt dễ dàng thu chất dạng hoàn toàn tạp chất, màu sắc tươi sáng, độ phát màu mạnh, bền môi trường Rất gặp spinel tự nhiên Chính mà việc tổng hợp spinel đối tượng nhiều công trình nghiên cứu Với lý trên, xin chọn đề tài “Tổng hợp chất màu đen cho gốm sứ tinh thể Spinel” Phụ lục 5: Giản đồ phổ XRD mẫu M2 Phụ lục 6: Giản đồ phổ XRD so sánh mẫu M1 M2 Phụ lục 7: Giản đồ phổ XRD mẫu M3 Phụ lục 8: Giản đồ phổ XRD mẫu M4 Phụ lục 9: Giản đồ phổ XRD so sánh mẫu M1, M3,M4 Phụ lục 10: Giản đồ TGA-DSC mẫu M6 Phụ lục 11: Giản đồ DTG mẫu M6 Phụ lục 12: Giản đồ TGA-DSC mẫu M7 Phụ lục 13: Giản đồ DTG mẫu M7 Phụ lục14: Giản đồ DTG-DSC mẫu M9 Phụ lục 15: Giản đồ phổ XRD mẫu M7 Phụ lục 16: Giản đồ phổ XRD mẫu M8 Phụ lục 17: Giản đồ phổ XRD mẫu M9 Phụ lục 18: Giãn đồ phổ XRD mẫu men CoFe O M1-0,25 Phụ lục 19: Giãn đồ phổ XRD mẫu men CoFe O M1-0,5 [...]... tượng nghiên cứu 2.1 Ở nước ta, chất màu dùng cho công nghiệp gốm sứ đa số là hàng nhập từ Trung Quốc, Anh, Đức… Vì vậy, chất màu dùng cho gốm sứ là một vấn đề rất được sự quan tâm, chú ý hiện nay Thời gian qua, đã có nhiều nghiên cứu thực nghiệm chất màu gốm sứ cho kết quả tốt Chất màu được tổng hợp bằng nhiều phương pháp, cho nhiều sản phẩm màu bền nhiệt với nhiều màu sắc khác nhau, phong phú và... phần chất màu gốm sứ ở dạng bột kẽm trắng và cacbonat kẽm Bột kẽm trắng thu được từ kim loại hoặc từ quặng kẽm bằng cách nung chúng ở nhiệt độ cao 1.3 Phân loại màu theo vị trí trang trí giữa men và màu [3] Theo đặc tính sử dụng các chất màu gốm sứ được chia thành 3 loại: chất màu trên men (dễ chảy hoặc được gọi là chất màu nhẹ lửa), chất màu dưới men (khó chảy hoặc là chất màu nặng lửa) và chất màu. .. tổng hợp chất màu trên nền spinel Chúng tôi tiến hành thay thế một phần ion Fe3+ trong mạng tinh thể bằng ion Ni3+, Cr3+ để khảo sát khả năng tạo màu đen và cường độ màu 2.2.4 Đánh giá chất lượng sản phẩm bột màu 2.2.5.1 Thử màu trên sản phẩm men gốm Bột màu thu được sẽ được pha với men sau đó quét lên xương gốm, nung xương gốm ở cùng nhiệt độ và thời gian lưu giống nhau 2.2.5.2 Khảo sát cường độ màu, ... 1.3.1 Chất màu trên men Các chất màu trên men sử dụng để trang trí cho các sản phẩm gốm xốp và sứ Màu trên men gồm hỗn hợp chất màu, chất chảy và phụ gia Chúng được phủ lên trên bề mặt sản phẩm đã phủ men Chúng chảy lỏng gắn chặt với bề mặt xương gốm khi nung ở nhiệt độ 600oC đến 900oC tạo nên độ bóng rất đẹp và tông màu rất sáng Nhưng về mặt hóa học và cơ học chúng kém bền hơn so với các chất màu dưới... trong men có thể xảy ra bằng cách phân bố các hạt màu vào trong men hoặc chất màu hòa tan lẫn vào trong men nóng chảy Đối với màu trong men thì kích thước hạt chất màu có ảnh hưởng rất lớn đến cường độ màu, kích thước hạt càng nhỏ thì cường độ màu và độ đồng đều màu cao 1.4 Các phương pháp tổng hợp chất màu [6, 8] 1.4.1 Phương pháp gốm truyền thống Chất màu thường được tổng hợp theo phương pháp gốm truyền... tạo màu và duy trì cân bằng hóa học Trong chất màu gốm sứ, Al 2 O 3 sẽ làm tăng mạnh độ bền vững ở nhiệt độ cao và các dung dịch của men gốm sứ Al 2 O 3 có thể kết hợp các oxit CeO, CoO, Cr 2 O 3 tạo thành các spinel mang màu. Dựa vào chất màu gốm sứ thường sử dụng oxit nhôm sạch, cao lanh, fenspat và pecmatit 1.2.4 Oxit sắt Fe 2 O 3 dạng bột màu nâu đỏ không tan trong nước Các hợp chất sắt là các chất. .. tiêu của khóa luận là sự nghiên cứu tổng hợp chất màu đen dùng cho gốm sứ trên nền spinel CoFe 2 O 4 với các phương pháp khác nhau gồm có phương pháp gốm truyền thống, phương pháp sol- gel, phương pháp đồng kết tủa 2.2 Nội dung nghiên cứu 2.2.1 Nghiên cứu tổng hợp chất nền spinel − Nguyên liệu ban đầu của phương pháp gốm truyền thống gồm có Co 2 O 3 , Fe 2 O 3 , Co(CH 3 CHOO) 2 4H 2 O được trộn đều theo... boric, oxit bo 1.1.3.4 Chất nền Để tăng độ bền màu ở nhiệt độ cao, việc chọn chất rắn làm nền thích hợp là điều cần thiết Thường chất nền là chất có nhiệt độ nóng chảy và chỉ số khúc xạ cao Bảng 1.2: Một số chất nền có thể được dùng trong tổng hợp màu cho gốm sứ Hợp chất tinh thể Chỉ số khúc xạ Nhiệt độ nóng chảy, oC Spinel (MgAl 2 O 4 ) 1,8 1850 Zircon (ZrSiO 4 ) 1,9 1750 Canxiterit (CaO.SnO 2 ) 1,659... chủng loại các chất màu trên men rất phong phú 1.3.2 Chất màu dưới men Các chất màu dưới men thường được phủ trực tiếp lên các sản phẩm gốm xốp đã nung sơ bộ hoặc đã sấy khô, sau đó phủ men và nung sản phẩm gốm ở nhiệt độ 17 cao hơn nhiệt độ nung của màu trên men, khoảng 1175oC đến 1220oC Vì có lớp men bóng che phủ trên lớp chất màu nên các chất màu này bám rất chặt trên bề mặt sản phẩm và có màu rất đẹp... kiện cho màu xuất hiện hay màu sâu hơn) Sự khác nhau về năng lượng các các orbitan này quyết định màu của hợp chất chứa các ion tương ứng 1.1.3 Chất màu cho gốm sứ [3] 1.1.3.1 Chất tạo màu Các oxit mang màu thường là oxit của nguyên tố d như coban, đồng, crom, sắt, niken, mangan.Ngoài ra còn có oxit của các nguyên tố đất hiếm.Các oxit không mang màu như Al 2 O 3 , ZnO, PbO, CaO… được dùng làm chất tổ hợp ... Với lý trên, xin chọn đề tài Tổng hợp chất màu đen cho gốm sứ tinh thể Spinel CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Chất màu cho gốm sứ 1.1.1 Bản chất màu sắc [2] Màu sắc vật chất có chúng có khả hấp thụ... cứu tổng hợp chất màu spinel Để tổng hợp chất màu đen bền màu nhiệt độ cao cho công nghiệp gốm sứ, tiến hành thay phần ion Fe3+ mạng tinh thể spinel Cr3+, Ni3+ Và để tăng độ đẹp cho chất màu. .. chất màu gốm sứ chia thành loại: chất màu men (dễ chảy gọi chất màu nhẹ lửa), chất màu men (khó chảy chất màu nặng lửa) chất màu men 1.3.1 Chất màu men Các chất màu men sử dụng để trang trí cho