Учёные Томского научного центра СО РАН разработали технологию получения тонкодисперсных неорганических пигментов трёх цветов — синего, зелёного и хаки.

Пигменты на основе триады железа, полученные методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), не токсичны, обладают высокой стойкостью, а весь процесс их получения занимает считанные минуты и не требует применения дорогостоящего оборудования. Результаты исследования опубликованы в журнале первого квартиля Ceramics International.

«Одним из преимуществ нового метода является возможность исключить из производственного процесса весьма трудоёмкую стадию измельчения, необходимую для получения частиц нужного размера. В обычных условиях это может занять длительное время, ведь пигменты шпинельного типа имеют твёрдость немногим меньше твёрдости алмаза. Нам же удалось добиться получения частиц нужного размера благодаря использованию специальных газифицирующих добавок, помогающих предотвратить спекание и рост кристаллов», — объясняет старший научный сотрудник лаборатории гетерогенных металлических систем ТНЦ СО РАН Нина Радишевская.

Сам процесс получения пигментов можно кратко описать следующим образом: очень горячо и очень быстро! Синтез протекает при температурах от 1200 до 1600 °С и длится не больше минуты, не требуя при этом большого расхода электроэнергии. Как пояснил младший научный сотрудник лаборатории Олег Львов, в специальный стакан насыпается исходная смесь (шихта), в её состав входят алюминий, выполняющий роль горючего, и оксиды кобальта, цинка, никеля, железа или хрома, а также газифицирующая добавка — гидроксид алюминия. Ответственными за осуществление СВС в режиме послойного горения являются две параллельные экзотермические реакции — окисление алюминия и алюмотермическая реакция. Они выделяют тепло, нагревая исходную смесь до температур, необходимых для синтеза шпинелей.

Структура гидроксида алюминия в исходной смеси при нагревании быстро разрушается, что приводит к образованию газообразных продуктов реакции, которые препятствуют спеканию шпинелей, образующихся в процессе синтеза. Активный оксид алюминия, получившийся в результате термического разложения гидрооксида алюминия, вступает в реакцию с оксидами переходных металлов, образуя пигменты с размером частиц приблизительно 1-5 микрометра. Исследователи изучили их структуру с помощью рентгеноструктурного анализа, ИК-спектроскопии, а микроструктуру проверили, применив оптический и сканирующий электронный микроскопы.

Неорганические пигменты широко применяются в составе надглазурных и подглазурных красок для керамических, фаянсовых, фарфоровых изделий, в лакокрасочных материалах, отделочных и строительных смесях, в порошковых красках для окрашивания металла, в составе цветных наполнителей полимеров для 3D-печати. Отечественные пигменты, разработанные в ТНЦ СО РАН, обладают высоко химической, атмосферной и температурной стойкостью, технология их создания экологически безопасная, энергоэффективная и ориентирована на местное сырье.

Источник: ТНЦ СО РАН.