Đề cương môn công nghệ sản xuất chất màu

Đề cương môn CNSXCM Vô cơ
Phần 1: đại cương về màu sắc và chất màu
Chương I: mở đầu
Chương 2: Đại cương về lý thuyết màu sắc
Chương 3: các hệ thống so sánh màu sắc
Phần 2: sản xuất pigment vô cơ
Chương 4:các phương pháp sản xuất pigment vô cơ
Chương 5: kỹ thuật sản xuất TiO2 từ ilmenit
Chương 6: kỹ thuật sản xuất Cr2O3 từ quặng cromit
Chương 7:kỹ thuật sản xuất một số pigment vô cơ


Tài liệu tham khảo
1/Giáo trình “CNSXCMVC” trường ĐHBKtpHCM
2/Gunter buxbaum “Industrial inorganide pigments”
Federal republic of germany 1998
3/American society for testing and material
Paints pigment,resins and polymers
4/M.E ПOЗИН “Texнoлoгия минеральных coлeй”
5/Giáo trình “lý thuyết màu sắc” trường ĐHBK Hà nội
6/G.N phadeev
“ Hóa học và màu sắc”
NXB khoa học kỹ thuật 1985
7/Nguyễn đình Soa: “Hóa vô cơ” trường ĐHBKtpHCM


Phần 1: Đại cương về màu sắc và chất màu
chương 1: Mở đầu
• I.1-Hiện tượng màu và đối tượng của KHMS
• Chúng ta nhận biết được vật chất là do:
+ vật chất phát ra nguồn bức xạ

+ vật chất phản xạ ánh sáng chiếu vào
• Hai thuộc tính cơ bản của vật chất mà mắt
ta có thể nhận biết:
+ hình dạng của vật chất: đo ,thấy được
+Màu sắc của vật chất: chỉ cảm nhận


1-Hiện tượng màu
Gồm 3 quá trình chính:
+Vật lý: bức xạ và phản xạ năng lượng
+Sinh lý: tác động của năng lượng vào mắt
+Tâm lý: mắt thụ cảm màu
1.1-quá trình vật lý: nghiên cứu về năng lượng bức xạ
gồm :
+ sự phát và truyền năng lượng
+ sự phân bố năng lượng theo λ
►xác định bởi phương pháp khách quan và biểu thị bởi
các đơn vị đo vật lý


1.2-quá trình sinh lý
+Nghiên cứu sự tác động của các nguồn bức xạ
tới cơ quan thị giác
+Mối quan hệ giữa cấu tạo của cơ quan thị giác
với các màu tương ứng
1.3 quá trình tâm lý: nghiên cứu quá
trình thụ cảm màu của hệ thần kinh thi giác và
các điều kiện thụ cảm màu sắc của con người
như :trí nhớ , kinh nghiệm,thói quen ,…
►đối tượng của môn tâm lý màu phức tạp

I.2/sơ lược lịch sử phát triển khoa học màu sắc
• Gần 4000 năm trước người Ai cập đã sử dụng chất màu, nhưng họ
cho rằng màu là sự kết hợp sáng-tối
• Thế kỷ XV-XVI một số nhà bác học như Decac,Huck và Kiple mới
nêu các giả thuyết gắn liền màu sắc với ánh sáng nhưng chưa đề cập
tới vai trò của cơ quan thị giác
• Thế kỷ XVII ,Newton nghiên cứu về ánh sáng và phân tích phổ của
nó ,đã cho rằng màu sắc của vật được tạo bởi quá trình vật lý (khách
quan) và phần cảm nhận (chủ quan)
• Thế kỷ XIX, Thomas young đã giải thích được sự thụ cảm màu của
cơ quan thị giác. Màu sắc mà ta cảm nhận là kết quả của sự kết hợp
các kích thích R-G-B ở cơ quan này .Sự khác biệt về chất và lượng
của các kích thích trên tạo khác biệt về màu sắc của thế giới vật chất
• Thế kỷ XX ,CIE công nhận các nghiên cứu của V.Vrai và J>Ghin về
màu sắc của thế giới vật chất,


I.3.Định nghĩa-tiêu chuẩn đánh giá chất màu
I.3.1.định nghĩa
• Chất màu (pigment) có gốc từ tiếng latin “pigmentum” có nghĩa
nguyên thủy là “màu sắc trong”
• Cuối đời Trung đại từ pigment để chỉ tất cả các tinh chất chiết ra
từ các loại cây dùng để nhuộm màu
• Sau này pigment là tên gọi tất cả những chất dạng hạt nhỏ không
tan trong dung môi và có khả năng tạo màu, bảo vệ hay có từ
tính
• Cả piment và thuốc nhuộm ( dyer) tuy đều thuộc nhóm chất tạo
màu nhưng do khác biệt về khả năng tan trong dung môi nên

pigment thường dùng cho các chất có nguồn gốc vô cơ


I.3.2 tiêu chuẩn
• Để đánh giá chất lượng pigment thường dựa vào các tiêu chí:
+Thành phần hóa học
+Các tính chất quang học
+Khả năng phân tán
+Khả năng che phủ, bảo vệ
+Các đặc tính về màu sắc ( tông màu, cường độ màu,…)
+Các đặc tính lý hóa như tỷ trọng ,kích thước hạt,…
• thực tế trong chất màu ngoài chất chính là pigment còn có mặt
các chất khác gọi chung là phụ gia (extender) hay chất độn.
chúng có màu trắng hay màu rất nhạt, dạng bột, không tan


I.4.lịch sử phát triển ngành sản xuất chất màu
• Từ thời tiền sử con người đã biết dùng chất màu có sẵn
trong tự nhiên
• Khoảng 4000 năm trước con người đã biết khai thác,
xử lý , phối trộn các chất màu có sẵn trong tự nhiên ,
tinh lọc khoáng chất và chiết từ trong cây, cỏ
• Thế kỷ XVIII ra đời và phát triển ngành sản xuất pig
qui mô công nghiệp với các sản phẩm như xanh berlin,
crom vàng ,…
• Hiện nay ngành công nghiệp sản xuất pig phát triển rất
mạnh cả chiều rộng và chiều sâu ( đa dạng , sản lượng ,
qui mô sản xuất ,…)

I.5.khái quát về lựa chọn và phân loại pigment
I.5.1 lựa chọn pigment
• Việc lựa chọn pigment phải căn cứ vào các đặc tính
màu như tông màu , cường độ màu , độ phủ, khả
năng tán xạ, phản xạ ,… ngoài ra còn phải căn cứ
vào:
+Các tính chất lý hóa cơ bản: thành phần hóa, %ẩm,…
+Các đặc tính cơ học:độ bền (tính cả bền ánh sáng,thời
tiết,…), độ cứng ,…
+Khả năng liên kết ,phân tán trong môi trường,…
+Lĩnh vực ứng dụng : Sơn , chất dẻo ,vật liệu,…


I.5.2 phân loại pigment ( pig)
Thuật ngữ
Pig trắng
Pig màu
Pig đen
Pig hiệu ứng kl
Pig màu xà cừ
Pig giao thoa
Pig phát quang
Pig huỳnh quang
Pig lân quang

Định nghĩa
Do tán xạ as không chọn lọc
Do hấp thụ và tán xạ as có chọn lọc
Do hấp thụ as không chọn lọc
Do phản xạ as đều hay giao thoa as

Do phản xạ đều trên các lớp hạt pig
Do giao thoa as
Do e* phát xạ, as phát ra có λ dài, t ngắn
Do e* phát xạ, as phát ra có λ dài
Do e* phát xạ, as phát ra có λ dài, t dài


I.6 những tính chất hóa lý của pigment vô cơ
I.6.1. Thành phần của pigment vô cơ
1/ pigment một thành phần : thường chứa một chất duy nhất
nên có sự đồng nhất và tính chất khá ổn định .
2/ pigment hỗn hợp: thực tế pigment thường có nhiều thành
phần nhằm cải thiện tính chất,giảm giá thành và tăng hiệu
quả sử dụng . Tùy vai trò của các thành phần có trong
pigment có thể phân thành pigment hỗn hợp(có ≥ hai chất
và thường đồng nhất về d), pigment nền(hay lõi ) có một
pigment (hay extender) làm nền và được phủ các pigment
khác lên trên bề mặt nền ( loại này thường không cùng d và
không đồng nhất giữa nền và chất phủ )


I.6.2 phân tích các tính chất của pigment
1/tinh thể học và quang phổ
a)Hệ lập phương:gồm 2 dạng lăng trụ và lưỡng tháp,cấu trúc
mạng dạng spinel(αFe3O4 ,CoAl2O4,...)các thông số mạng a
=b=c , a∟b ∟c
b)Hệ tứ phương(tứ giác)có 2 dạng lăng trụ, lưỡng tháp, mạng
rutile ( TiO2 ,SnO2 ,…), a=b≠c , a∟b∟c
c)Hệ tà phương (thoi): có 2 dạng lăng trụ,lưỡng tháp, mạng
goethete ( αFeOOH ) ,a≠b≠c , a∟b∟c

d)Hệ lục phương ( lục giác) có 2 dạng lăng trụ,lưỡng tháp (
αFe2O3 ,αCr2O3) , a=b=c , d ∟(a,b,c)
e)Hệ đơn tà:mạng monazite (PbCrO4),a≠b≠c , a∟(b,c)

f)Hệ tam tà : a≠b≠c , góc ≠


2/bảng 1.3 định nghĩa về các loại hạt
Thuật ngữ
Hạt

định nghĩa
Đơn vị cơ bản của pigment,có thể có bất kỳ hình
dạng hay cấu trúc nào

Hạt cơ bản

Là hạt có thể xác định bởi các phương pháp vật
lý phù hợp,ví dụ soi kính hiển vi
aggregate
Gồm các hạt cơ bản nằm gần nhau thẳng hàng,
S mặt phẳng tổng cộng < ∑ S của các hạt
agglomerate Gồm các hạt cơ bản liên kết dạng góc, cạnh và
cả dạng aggregate. S mặt phẳng ≈ ∑S các hạt

flocculate

Là các agglomerate tồn tại thể huyền phù

3/bảng 1.4:khái niệm về kích thước hạt- sự phân
bố kích thước hạt
Thuật ngữ

Định nghĩa

Kích thước hạt d giá trị hình học mô tả trạng thái không gian
D hiệu dụng Deff D của hạt cầu hay d đặc trưng một loại hạt
D tương đương

Đường kính hạt qui ra dạng cầu

S bề mặt sT

Gồm S bề mặt trong và S bề mặt ngoài

Thể tích hạt VT

Gồm V thực (không tính lỗ) và V khả kiến

sự phân bố d

Biểu đồ thống kê % các kích thước hạt


I.6.3 các phương pháp xác định tính chất
1/ cách lấy mẫu:
a/điều kiện khí hậu chuẩn:t0 =230 ,độ ẩm tương đối 50%
b/ cách lấy mẫu: mẫu lấy phân tích phải đại diện cho
toàn bộ sản phẩm ( xem cách trộn và lấy mẫu trong

hóa phân tích )
c/ lượng và số lượng mẫu đem phân tích phải đủ nhiều
để giảm sai số tương đối và mang tính đại diện cao


2/ xác định một số tính chất lý học
a-% chất dễ bay hơi: đem mẫu có khối lượng m0 (g) sấy khô tới khối lượng không
đổi m1 (g) ở t0 = 1050 ± 2 . Thông thường đây là giá trị độ ẩm
w = ( m0 – m1).100 / m0 ; %
b-%Mất khi nung: đại lượng này tùy thuộc t0 nung và xác định bằng cách đo biến
thiên khối lượng như phần a ở trên
c-%chất tan trong dung môi: đem mẫu có khối lượng m0 hòa tan(chiết) trong dung
môi thích hợp ở nhiệt độ t , lọc rửa cặn , sấy khô ,để nguội cân khối lượng m1
% chất tan = ( m0 – m1 ).100 / m0
d- độ axit hay ba zơ : cân 100g mẫu đem hòa tan trong 1lít nước lọc lấy dung dịch
đem trung hòa bởi axit hay ba zơ
e- Xác định gốc sulfat, clorua ,… dùng phép phân tích phù hợp
f – Xác định khối lượng riêng:
→Tùy theo mục đích ,lĩnh vực ứng dụng,…cần dựa trên các tiêu chuẩn chất lượng
cụ thể đề xác định , ví dụ TCVN, tiêu chuẩn izo ,tiêu chuẩn ngành,…


3/ xác định kích thước và phân bố kích thước hạt
• Có nhiều phương pháp như:
+ đếm hạt bằng kính hiển vi điện tử
+ phân tích các chất lắng
+ sàng khô hay sàng ướt,…
• tùy theo mục đích có thể lựa chọn phương pháp
thích hợp.với mỗi phương pháp sẽ có độ chính
xác tùy theo tính chất của pigment ,trạng thái ,

dụng cụ sử dụng ,…


Kích thước hạt….
a)Đếm hạt bằng kính hiển vi: phân tán đều hạt( có thể
dùng dung môi trơ) trên tấm kính và dùng kính hiển
vi đếm hạt ( 2500-10000 hạt). Cách này có thể xác
định hình dạng ,phân biệt hạt cơ bản hay hạt kết tụ
b)Phân tích chất lắng: đo tốc độ di chuyển của hạt trong
môi trường thích hợp ( nhờ lực ly tâm hay trọng lực).
Có 2 cách: +cho các hạt phân bố đều (thể huyền phù)
+ để huyền phù phía trên lớp dung môi trơ
►dựa vào tốc độ di chuyển (lắng) của hạt để tính d
►không đo chính xác d nếu hệ gồm nhiều loại hạt có d
≠ nên chỉ thích hợp khi xác định sự phân bố hạt


Kích thước hạt
c) phân tích bằng sàng : ( sàng khô hay sàng ướt )
Phương pháp này nhanh,đơn giản nhưng không đo được
kích thước hạt mà chỉ xác định % phân bố hạt (khi sử
dụng bộ sàng nhiều kích cỡ lỗ ) và tính đường kính
trung bình
d)Ngoài ra có thể dùng nhiều phương pháp khác như
phương pháp quang ,phương pháp đo các đại lương
vật lý như độ dẫn diện ,….


4/ xác định diện tích bề mặt
diện tích bề mặt riêng là diện tích của một đơn vị khối

lượng chất rắn. là đại lượng quan trọng vì nó đánh giá
khả năng tương tác-hấp phụ của pigment
+phương pháp hấp phụ khí brunauer emmett teller (BET):
dùng cho hạt không tương tác hóa học với khí sử dụng
và các hạt nonmicroporous (không có vi mao quản)
+phương pháp hấp thụ khí carman: cho khí hay lỏng chảy
qua lớp vật liệu xốp ( ở điều kiện P cao hay chân không)
và đo độ giảm áp hay vân tốc chảy


5/ xác định độ phủ,độ phân tán,…
• Độ phủ (g/m2 hay m2/g) đánh giá khả năng che phủ
của pigment độ phủ càng lớn chất lượng pigment càng
cao. Xác định bằng cách tính lượng pigment cần dùng
để che phủ hoàn một đơn vị diện tích bề mặt
• Độ phân tán (trong nước, dầu,…)
Ngoài các đại lượng kể trên, tùy thuộc lĩnh vực sử dụng
và tiêu chuẩn chất lượng qui định cần xác định thêm
các tính chất khác như độ cứng , độ bền nhiệt,…


6/ xác định tính chất màu của pigment
• Dựa trên các hệ thống so màu hay đo màu để xác
định các tính chất màu của pigment như xác định
tông màu , độ sáng , độ trắng , độ chênh màu ,…
( sẽ trình bày ở phần sau )
• Tùy theo hệ đo màu có thể biểu thị tính chất màu của
pigment bởi các đơn vị đo khác nhau
ví dụ: Hệ RGB biểu thị màu của vật dưới dạng hệ số
màu r ; g ; b . Các hệ số này liên hệ với nhau bởi

phương trình màu M = r R + g G + b B


Chương II.Đại cương về lý thuyết màu sắc
II.1/Ánh sáng và màu sắc : “ánh sáng là nguồn gốc của
màu sắc –không có ánh sáng sẽ không có màu sắc”
II.1.1/Bản chất của ánh sáng:
• Ánh sáng là bức xạ điện từ ,đặc trưng bởi hai đại lượng
:
+ độ dài sóng λ (nm)
+ tần số υ ( s-1; Hz )
Mối liên hệ : υ = c / λ ; với c= 3.108 m/s
• Ánh sáng có cả tính chất sóng và tính chất hạt
• Hai hiện tượng đặc trưng : nhiễu xạ và giao thoa


Bản chất của ánh sáng
a/Lý thuyết sóng: as là sự truyền những dao động đàn
hồi trong không gian một cách tuần hoàn
• Tương tự sóng cơ,sóng as tuân thủ hai ng /lý:
a.1-Nguyên lý chồng chất:
+tại điểm gặp dao động sáng bằng tổng các dao động
+Không gây nhiễu loạn giữa chúng
a.2-Nguyên lý hughens: bất cứ điểm nào ánh sáng
truyền tới đều trở thành nguồn thứ cấp