Ученые Томского научного центра СО РАН разработали инновационную технологию для создания тонкодисперсных неорганических пигментов трех популярных цветов: синего, зеленого и хаки.
Пигменты на основе железной триады, синтезируемые методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), являются нетоксичными и чрезвычайно стойкими. Весь процесс их производства занимает всего несколько минут и не требует дорогостоящего оборудования. Эти впечатляющие результаты опубликованы в журнале первого квартиля Ceramics International.
«Одним из ключевых преимуществ нашего метода является возможность исключить трудоемкую стадию измельчения, необходимую для получения частиц нужного размера. В традиционных условиях это может занимать значительное время, поскольку пигменты шпинельного типа имеют твердость, близкую к твердости алмаза. Нам удалось достичь нужного размера частиц благодаря использованию специальных газифицирующих добавок, предотвращающих спекание и рост кристаллов», — объясняет старший научный сотрудник лаборатории гетерогенных металлических систем ТНЦ СО РАН Нина Радишевская.
Процесс получения пигментов можно описать как очень быстрый и чрезвычайно горячий! Синтез проходит при температурах от 1200 до 1600 °С и занимает менее минуты, не требуя большого расхода электроэнергии. Младший научный сотрудник Олег Львов поясняет, что в специальный стакан засыпается исходная смесь, состоящая из алюминия, который играет роль горючего, и оксидов кобальта, цинка, никеля, железа или хрома, а также газифицирующей добавки — гидроксида алюминия. Две параллельные экзотермические реакции — окисление алюминия и алюмотермическая реакция — выделяют тепло, необходимое для синтеза шпинелей.
Структура гидроксида алюминия в исходной смеси быстро разрушается при нагревании, что приводит к образованию газообразных продуктов реакции, препятствующих спеканию шпинелей. Активный оксид алюминия, полученный в результате термического разложения гидроксида алюминия, вступает в реакцию с оксидами переходных металлов, образуя пигменты с размером частиц 1-5 микрометров. Исследователи изучили их структуру с помощью рентгеноструктурного анализа и ИК-спектроскопии, а микроструктуру проверили с использованием оптического и сканирующего электронного микроскопов.
Неорганические пигменты широко применяются в надглазурных и подглазурных красках для керамики, фаянса и фарфора, в лакокрасочных материалах, отделочных и строительных смесях, порошковых красках для металлов, а также в цветных наполнителях полимеров для 3D-печати. Разработанные в ТНЦ СО РАН пигменты обладают высокой химической, атмосферной и температурной стойкостью, а их производство экологически безопасно, энергоэффективно и базируется на местном сырье.
