Jedną ze wspólnych i nieodłącznych cech wszystkich materiałów jest barwa. Poprawa walorów estetycznych wyrobu wymaga zmiany lub polepszenia jego barwy, jednak otrzymanie pożądanej barwy często jest nieopłacalne lub niemożliwe ze względu na parametry procesu otrzymywania wyrobu.
Obecnie prowadzi się badania mające na celu otrzymywanie pigmentów o dobrej stabilności, których koszty produkcji będą jak najniższe, a cały proces wytwarzania będzie miał jak najmniejszy wpływ na środowisko. Substancje te muszą charakteryzować się wysoką odpornością temperaturową i chemiczną, co w przypadku niektórych pigmentów jest bardzo trudne do osiągnięcia.
Grupą pigmentów, nad którą prowadzone są liczne badania, są pigmenty o strukturze pirochloru. Wzór ogólny tej struktury to A2B2O6O’, gdzie O i O’ to jony tlenu w różnych pozycjach krystalograficznych, A to kationy na drugim lub trzecim stopniu utlenienia (np. Pb(II), Cd(II), Ti(II), Y(III), Bi (III), Tl(III) i lantanowce), B to kationy na czwartym lub piątym stopniu utlenienia (np. Ti(IV), Sn(IV), Zr(IV), Mn(IV), V(V) czy Sb(V)). Kationy A występują w koordynacji kubicznej (skalenoedr), a kationy B w koordynacji oktaedrycznej (pryzma trygonalna). Tlen w pozycji 8b (O’) jest słabo związany ze strukturą, przy niskim ciśnieniu parcjalnym tlenu czy też niezbilansowanym ładunku sieci ulega on oderwaniu, co ma duży wpływ na tworzenie się roztworów stałych. Spośród szeregu związków o strukturze pirochloru najbardziej obiecujące z punktu widzenia pigmentów są pirochlory: tytanowy i cynowy. Posiadają one wysoką temperaturę topnienia ~1600°C, wysoki współczynnik załamania światła (2,0 <n> 2,2) oraz zdolność do podstawień kationów B, w pozycji oktaedrycznej metalami grup przejściowych, a więc najczęściej używanymi chromoforami.
Głównym przedstawicielem pigmentów ceramicznych o strukturze pirochloru jest żółty pigment Pb2Sb2O7 nazywany żółcienią neapolitańską. Charakteryzuje się on intensywną żółtą barwą, jednakże ze względu na zawartość toksycznych pierwiastków: ołowiu i antymonu jest obecnie rzadko stosowany. Podejmowano próby zastąpienia ołowiu: itrem, wapniem i lantanowcami tj. Dy, Ho, Er, Tm, Yb i Lu a antymonu cyrkonem, cyną lub tytanem. Jako barwnych domieszek (chromoforów) używano: wanadu oraz chromu. Uzyskano w ten sposób roztwory stałe o barwie żółtej CayY2-yTi2-xVxO7, Ho2Sn2-xVxO7 i Ln2Zr2-xVxO7, czerwonej Y2Sn2-xCrxO7 a także fi oletowej Y2Ti2-xCrxO7.
| inż. Natalia Mietła: |
dr inż. Agnieszka Gubernat: |
|
 Absolwentka studiów pierwszego stopnia na Wydziale Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Akademii Górniczo- Hutniczej w Krakowie. W swojej pracy inżynierskiej zajmowała się otrzymywaniem nowych pigmentów ceramicznych. Badania nad otrzymywaniem pigmentów kontynuuje na studiach drugiego stopnia WIMiC AGH. |
 Adiunkt w Katedrze Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych Wydziału Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie. Zajmuje się ogólnie pojętą ceramiką węglikową, pigmentami ceramicznymi oraz historią ceramiki. |
|
| gubernat@agh.edu.pl |
| STRESZCZENIE: |
| W pracy wykazano możliwość wytworzenia związków barwnych poprzez domieszkowanie pirochloru tytanowego Y2Ti2O7 manganem w ilości od 0,01 do 0,1 M. Pigmenty syntezowano techniką reakcji w fazie stałej w temperaturze 1400°C. Właściwości barwne określono w układzie CIEL*a*b* pod względem ilości użytej domieszki manganu i zastosowanych mineralizatorów. Dokonano również charakterystyki składu fazowego pigmentów metodą XRD. Wybrane pigmenty, najlepsze w ilościowej i wizualnej ocenie barwy, zastosowano w szkliwach przezroczystym i zmętnionym przeznaczonych na płytki typu gres porcellanato oraz w masie gresowej. Zarówno szkliwa, jak i masa wypalane były w temperaturze 1200°C. Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że badane związki wykazują barwy pomarańczowo-czerwone. Pigmenty te można stosować do barwienia masy gresowej i szkliwa zmętnionego, nie nadają się natomiast do barwienia szkliwa przezroczystego, głównie z powodu odbarwienia. |
| SUMMARY Synthesis and properties of inorganic pigments based on titanate pyrochlore compounds |
| New ceramic pigments based on pyrochlore structure Y2Ti1-xMnxO7 (x=0,01-0,1 M) were developed employing solid-state reaction synthesis at high temperature 1400°C. The goal was to determine the infl uence of concentration of chromophore (Mn) and type of mineralizers on the colouring effects of these compounds. The selected pigments were applied into ceramic transparent and opacity glazes as well as into gres mass. Glazes and mass were burned at 1200°C. The results indicated that these pigments can provide red-orange hues and that these compounds are stable in opacity glaze and gres mass. |
| Pełna treść artykułu jest dostępna w papierowym wydaniu pisma 5/2013. Zapraszamy do składania zamówień na prenumeratę i numery archiwalne. |
Newsletter