无铬近红外反射性铜铁矿颜料制造技术

本发明专利技术的技术是针对一种铁取代的铜铝铜铁矿颜料，以及其镓形式。特别地，所述材料可定义为铁取代的铜铝铜铁矿CuFexA11‑xO2和镓形式CuFexGa1‑xO2，其中X＝0.01‑1.00，例如CuFe0.15Al0.85O2和CuFe0.15Ga0.85O2。所述颜料为深棕色至黑色，吸收可见光谱中的大多数光，但在近红外区中(特别是约700nm‑2500nm的光)具有低吸收和高反射。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】无铬近红外反射性铜铁矿颜料
技术介绍
当暴露于阳光时，具有高日光反射率的表面比更高吸收的表面温度更低。散射和反射太阳辐射的颜料在如涂料、壁板和屋顶材料的各种基材中的使用可能有助于调和热岛效应，减轻热相关的机械故障并减少对冷却的能量需求。在大多数太阳辐射波长上呈反射性的白色颜料提供了最佳的太阳能反射水平。然而，大部分的太阳辐射落入780nm以上的近红外区(NIR)。有许多复合无机颜料是深色的，并在400-780nm的可见光区中吸收，但在780-2500nm的近红外区中反射阳光，例如铬铁镍黑尖晶石、CI颜料黑30和铁铬棕-黑，其不同地识别为CI颜料绿17、棕29和棕35。虽然没有如白色颜料那样的反射性，但这些近红外反射的颜料允许更大的颜色灵活性，并且可以提供与使用在太阳辐射波长上吸收更强烈的颜料时相比更冷的表面。许多近红外反射性颜料，例如铁铬棕-黑，含有三价铬。在一些情况下，含铬的颜料具有不可忽视的六价铬含量。为避免健康和监管问题，具有提供相似颜色和反射特性，但不含铬的替代颜料是有用的。本文描述的技术是无铬近红外反射性黑色颜料。
技术实现思路
本专利技术的技术是针对一种铁取代的铜铝铜铁矿(copperaluminumdelafossite)颜料，以及其镓(gallate)形式。所述材料具有通式ABO2，其中A是一价的且B是三价的，具有由双坐标A原子分隔的八面体配位B原子的交替层的模式。特别地，所述材料可定义为可以具有式Cu(FexAl1-x)O2，其中X为0.01-1.00的近红外反射的、铁取代的固溶体铜铁矿铜(copperdelafossite)颜料；和可以具有式Cu(FexAl1-x)O2，其中X为0.01-0.50的近红外反射的、铁取代的固溶体铜铁矿铜颜料。相应的近红外反射的、铁取代的固溶体铜镓铜铁矿颜料可具有式Cu(FexGa1-x)O2，其中X为0.01-1.00；并且还具有式Cu(FexGa1-x)O2，其中X为0.01-0.50。其它近红外反射的、铁取代的固溶体铜铁矿铜颜料可以具有式CuFexM1-xO2，其中X为0.01-1.00，并且其中M是包括以下的三价M3+离子或三价离子的混合物：B、Al、Sc、V、Cr、Mn、Ga、Y、Nb、In、Sb、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu及其混合物。此外，M可以是包括以下的三价M3+离子或三价离子的混合物：Al、Ga、In及其混合物。其它近红外反射的、铁取代的固溶体铜铁矿铜颜料可以具有式A(FexM1-x)O2，其中A选自Cu、Ag、Li、Na、K或者Cu、Ag、Li、Na、K离子的混合物，并且M可以是Al或Ga。X的范围可以为0.01-1.00。M还可以是包括以下的三价M3+离子或三价离子的混合物：B、Al、Sc、V、Cr、Mn、Ga、Y、Nb、In、Sb、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu及其混合物。M还可以限于包括Al、Ga、In及其混合物的三价离子。M可以另外包含一价、二价、四价、五价和六价离子的电荷补偿比率，其中所述一价离子可以是Li、Na、K或其混合物，其中所述二价离子可以是Mn、Co、Ni、Mg、Ca、Zn或其混合物，所述四价离子可以是Si、Ge、Ti、Zr、Sn或其混合物，所述五价离子可以是Sb、Bi、V、Nb或其混合物，且所述六价离子可以是Mo、W或其混合物，其比率使得平均氧化态为M3+且保持电荷中性。附图说明图1:实施例1CuFe0.15Al0.85O2、近红外反射性氧化铁铬棕-黑颜料ShepherdColorBK0010C909A和BK0010P923、及近红外反射性氧化镍铁颜料ShepherdColorBK0010C924的压制粉末的反射光谱(％R对nm)的覆盖图。图2:实施例1CuFe0.15Al0.85O2、近红外反射性氧化铁铬棕-黑颜料ShepherdColorBK0010C909A和BK0010P923、及近红外反射性氧化镍铁颜料ShepherdColorBK0010C924的PVDF/丙烯酸主色刮涂膜(masstonedrawdown)的反射光谱(％R对nm)的覆盖图。图3:实施例2、6、8、9和10，CuFexAl1-xO2(分别地，X＝0.01、0.05、0.15、0.25和0.50)的压制粉末的反射光谱(％R对nm)的覆盖图。随着X的增加，带隙转移到较低的能量。这导致吸收区域扩展到较低的能量。图4:实施例1CuFe0.15Al0.85O2和实施例11CuFe0.15Ga0.85O2的压制粉末的反射光谱(％R对nm)的覆盖图。与含Al的实施例1相比，含镓的实施例11的带隙转移到较低的能量。这导致实施例11的吸收区域与实施例1相比扩展到较低的能量。图5:实施例1CuFe0.15Al0.85O2、ShepherdColorGR0410和ShepherdColorBK0010P922的丙烯酸主色(AcrylicMasstone)的反射光谱(％R对nm)的覆盖图。图6:ShepherdColorGR0410和实施例1CuFe0.15Al0.85O2、及实施例1与ShepherdColorGR0410的制备混合物1和3的丙烯酸主色的反射光谱(％R对nm)的覆盖图。图7:ShepherdColorGR0410和ShepherdColorBK0010P922、及ShepherdColorBK0010P922与ShepherdColorGR0410的制备混合物5和7的丙烯酸主色的反射光谱(％R对nm)的覆盖图。具体实施方式当溶质金属氧化物的金属离子掺入金属氧化物溶剂的晶格格位时，形成金属氧化物的置换固溶体。均质固溶体相的形成依赖于许多因素的平衡，包括氧化态、离子半径、金属离子的电负性以及溶质和溶剂金属氧化物的晶体结构。在一些情况下，固溶体可以在两个端元氧化物的整个组成范围上形成，例如由Cr2O3和Al2O3的反应形成的固溶体(CrxAl1-x)2O3，其中X从0到1变化。在其它情况下，只有在给定的X范围内，固溶体才将形成均质相。CuAlO2和CuFeO2都采用ABO2铜铁矿结构结晶，并且Al3+和Fe3+的离子半径大小相近。在铝、铁和铜试剂的均质化原材料混合物的高温煅烧下，形成其中Fe和Al两者都存在于ABO2结构中的B位点中的固溶体Cu(FexAl1-x)O2，其中X从0到1变化。类似地，镓、铁和铜试剂导致Cu(FexGa1-x)O2形式的固溶体产物。在A位点处一价阳离子例如Ag+、Pt+或Pd+的置换得到的固溶体也在铜铁矿体系中被观察到。在溶剂金属氧化物中的位点处用相同氧化态的金属离子进行的置换是等价置换。在具有异价置换的固溶体中，原始金属氧化物溶剂结构中的离子被不同电荷的离子所取代。这可导致阳离子或阴离子空位，或电荷平衡离子间隙掺入在结构中通常未填充的空穴中。或者，多于一种金属离子的异价置换可以保持电荷平衡。例如，两个Al3+离子可以被一个Zn2+离子和一个Ti4+离子所取代，两种金属上的平均氧化态保持M3+，并保持电荷中性。等价和异价置换以及固溶体的形成都可以影响溶剂金属氧化物的电子性质；该固溶体可表现出与未置换的金属氧化物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种近红外反射的、铁取代的固溶体铜铁矿铜颜料，其具有式Cu(FexAl1‑x)O2，其中X为0.01‑1.00。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.04.29 US 62/154,2641.一种近红外反射的、铁取代的固溶体铜铁矿铜颜料，其具有式Cu(FexAl1-x)O2，其中X为0.01-1.00。2.一种近红外反射的、铁取代的固溶体铜铁矿铜颜料，其具有式Cu(FexGa1-x)O2，其中X为0.01-1.00。3.一种近红外反射的、铁取代的固溶体铜铁矿铜颜料，其具有式Cu(FexAl1-x)O2，其中X为0.01-0.50。4.一种近红外反射的、铁取代的固溶体铜铁矿铜颜料，其具有式Cu(FexGa1-x)O2，其中X为0.01-0.50。5.一种近红外反射的、铁取代的固溶体铜铁矿铜颜料，其具有式CuFe0.15Al0.85O2。6.一种近红外反射的、铁取代的固溶体铜铁矿铜颜料，其具有式CuFe0.15Ga0.85O2。7.一种近红外反射的、铁取代的固溶体铜铁矿铜颜料，其具有式CuFexM1-xO2，其中X为0.01-1.00。8.权利要求7所述的颜料，其中M是包括以下的三价M3+离子或三价离子的混合物：B、Al、Sc、V、Cr、Mn、Ga、Y、Nb、In、Sb、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu及其混合物。9.权利要求7所述的颜料，其中M是包括以下的三价M3+离子或三价离子的混合物：Al、Ga、In及其混合物。10.一种近红外反射的、铁取代的固溶体铜铁矿铜颜料，其具有式A(...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·C·科姆斯托克，
申请(专利权)人：谢珀德颜色公司，
类型：发明
国别省市：美国,US