BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC HUẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP CHẤT MÀU XANH CUXMG1 – XAL204 TRONG GỐM SỨ
BẰNG
PHƯƠNG PHÁP SOLGEL

Người thực hiện :

Khóa năm:

Người hướng dẫn khoa học:
1


1.

PHẦN MỞ ĐẦU

1.1. Lý do chọn đề tài
- Trong gốm sứ, chất màu xanh CuxMg1 – xAL204 đóng vai trị quan trọng, nó quyết định tính thẩm mỹ của sản phẩm.
- Trong công nghiệp, Solgel CuxMg1 – xAL204 được tổng hợp chủ yếu theo phương pháp gốm truyền thống, đi từ các nguyên liệu oxit ở dạng rắn. Phối
liệu được nghiền trộn cơ học nên kích thước hạt lớn, độ đồng nhất kém, nhiệt độ nung tạo pha Solgel cao ( ∼1300 °C), thời gian nung dài và sản phẩm
không có cấu trúc đơn pha .
- Chất màu xanh CuxMg1 – xAL204 (x = 0,1÷0,9) dùng trong gốm sứ theo phương pháp Solgel nhằm tạo ra các chất màu xanh có cường độ màu khác
nhau, có cấu trúc tinh thể vững, có độ bền cao hơn.
Vì vậy, tác giả đã quyết định lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp chất màu xanh CuxMg1 – xAL204 trong gốm sứ bằng phương pháp Solgel”

1.

PHẦN MỞ ĐẦU

1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Sử dụng CuxMg1 – xAL204 trong gốm sứ bằng phương pháp Solgel để tạo ra phẩm thu được có pha đơn tinh thể và độ kết tinh cao. Cường độ màu xanh
tăng dần theo hàm lượng thay thế. Các mẫu men chảy đều, bóng láng, màu sắc tươi sang; khơng xuất hiện bọt khí và các khuyết tật, đạt yêu cầu trong
sản xuất gốm sứ.

1.3. Mục tiêu nghiên cứu
Xác định các điều kiện thích hợp cho q trình tổng hợp vật liệu màu xanh trên nền mạng tinh thể Solgel có chất lượng ổn định dùng cho gốm sứ.
1.4. Đối tượng nghiên cứu
- Đề tài tập trung nghiên cứu Chất màu xanh CuxMg1 – xAL204 trong gốm sứ ở Việt Nam hiện nay


1.

PHẦN MỞ ĐẦU

1.5. Phạm vi nghiên cứu
Chúng tôi tiến hành làm đề tài trong 12 tháng để tổng hợp vật liệu màu xanh trên nền mạng tinh thể Solgel trong phịng thí nghiệm. Các đặc trưng của sản
phẩm chất màu được xác định bởi phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD), phân tích nhiệt (TG–DSC), hiển vi điện tử quét (SEM), cường độ màu đo trên hệ
tọa độ CIE L*a*b*. Phối liệu chất màu CuxMg1 – xAL204 được nung thiêu kết ở 1100 °C trong 60 phút. Sản phẩm thu được có pha đơn tinh thể và độ
kết tinh cao.


2.TỔNG QUAN LÝ THUYẾT

2.1. Chất màu cho gốm sứ
- Về bản chất, chất màu cho gốm sứ là những khoáng vật tự nhiên hay nhân tạo có màu, có khả năng bền màu dưới tác động của nhiệt độ cao hay với tác

nhân hóa học.
- Trong tự nhiên cũng tồn tại rất nhiều khống vật có màu như các oxit hoặc muối kim loại chuyển tiếp, đất hiếm, các khoáng vật có màu khác (opal,
calcite, augite…).
- Màu sắc mà khống vật có được là do chúng có khả năng hấp thụ tồn bộ ánh sáng một cách có chọn lọc. Nếu khống vật hấp thụ tồn bộ ánh sáng trắng
chiếu vào thì nó có màu đen, cịn nếu phản xạ tất cả ánh sáng chiếu đến thì nó có màu trắng. Khi nó hấp thụ một tia sáng nào đó trong chùm ánh sáng trắng
thì chùm tia ló sẽ có màu.


2.TỔNG QUAN LÝ THUYẾT

Bảng 1.1. Tia bị hấp thụ và màu của tia ló trong vùng khả kiến


2.TỔNG QUAN LÝ THUYẾT

2.1. Chất màu cho gốm sứ
- Về bản chất, chất màu cho gốm sứ là những khoáng vật tự nhiên hay nhân tạo có màu, có khả năng bền màu dưới tác động của nhiệt độ cao hay với tác
nhân hóa học.
- Trong tự nhiên cũng tồn tại rất nhiều khống vật có màu như các oxit hoặc muối kim loại chuyển tiếp, đất hiếm, các khoáng vật có màu khác (opal,
calcite, augite…).
- Màu sắc mà khống vật có được là do chúng có khả năng hấp thụ tồn bộ ánh sáng một cách có chọn lọc. Nếu khống vật hấp thụ tồn bộ ánh sáng trắng
chiếu vào thì nó có màu đen, cịn nếu phản xạ tất cả ánh sáng chiếu đến thì nó có màu trắng. Khi nó hấp thụ một tia sáng nào đó trong chùm ánh sáng trắng
thì chùm tia ló sẽ có màu.


2.TỔNG QUAN LÝ THUYẾT

2.2. Một số tiêu chuẩn để đánh giá chất màu tổng hợp cho gốm sứ
- Gam màu hay sắc thái màu: là tính đơn màu của màu sắc như xanh, đỏ, tím, vàng… Nó có thể được xác định dễ dàng bằng trực quan.
- Tông màu: là sự biến đổi xung quanh một đơn màu, ví dụ màu xanh gồm xanh lục, xanh dương, xanh chàm…

- Cường độ màu: là khả năng phát màu hay sự thuần khiết của đơn màu, nó phụ thuộc vào hàm lượng của chất màu.
- Độ bền màu: là khả năng chống chịu của chất màu trước tác động của nhiệt độ cao, tác nhân hóa học thể hiện trên một hệ gốm sứ nào đó. Độ bền màu được so
sánh bằng cách nung mẫu ở hai nhiệt độ cách nhau từ 30oC đến 50oC.
- Độ phân tán (độ đồng đều): là khả năng phân bố của hạt chất màu trên bề mặt của sản phẩm gốm sứ. Nó góp phần rất lớn quyết định tính thẩm mỹ của sản phẩm.
Kích thước của hạt màu là yếu tố quan trọng quyết định tính chất này, chất màu cho gốm sứ thường có kích thước nhỏ hơn 50 µm.


2.TỔNG QUAN LÝ THUYẾT

2.3. Cơ sở hóa lý về tổng hợp chất màu cho gốm sứ
- Chất màu cho gốm sứ thường là chất màu tổng hợp nhân tạo. Chúng được tổng hợp dựa trên cơ sở của việc đưa các ion kim loại chuyển tiếp hoặc đất
hiếm (ion gây màu) vào mạng lưới tinh thể của một chất nền. Việc đưa ion gây màu vào mạng lưới tinh thể nền được thực hiện bằng phản ứng pha rắn giữa
các oxit hoặc các muối.
- Ion gây màu trong tinh thể nền ở dạng dung dịch rắn xâm nhập, dung dịch rắn thay thế hoặc tồn tại ở dạng tạp chất. Do đó, cấu trúc của chất màu là
khơng hồn chỉnh, các thông số mạng lưới tinh thể bị sai lệch… Cấu trúc lớp vỏ điện tử của nguyên tố gây màu bị biến dạng dưới tác động của trường tinh
thể. Sự suy biến năng lượng của một số phân lớp điện tử làm cho các ion gây màu hấp thụ ánh sáng một cách chọn lọc tạo ra màu sắc. Bảng 1.2 trình bày
một số mạng lưới tinh thể nền thường được sử dụng để tổng hợp chất màu cho gốm sứ.


2.TỔNG QUAN LÝ THUYẾT

Bảng 1.2. Một số mạng tinh thể nền thông dụng


2.TỔNG QUAN LÝ THUYẾT

2.4. Các nguyên tố gây màu xanh và một số oxit tạo màu phổ biến
Các nguyên tố gây màu trong khống vật là các dạng oxi hóa khác nhau của các nguyên tố kim loại chuyển tiếp hoặc đất hiếm có các phân lớp d hoặc f chưa được
điền đầy đủ.
Trong tổng hợp chất màu, các kim loại chuyển tiếp hoặc đất hiếm được đưa vào phối liệu ở dạng oxit hoặc muối dễ phân hủy. Sự có mặt của chúng trong mạng

lưới tinh thể nền làm cho các điện tử ở phân lớp d bị suy biến, các obitan d bị tách mức năng lượng. Điều này làm cho ánh sáng được hấp thụ một cách chọn lọc,
khống vật có màu.
Một số oxit tạo màu phổ biến :

-

Nhôm oxit Al2O3

-

Crôm oxit Cr2O3

-

Coban oxit CoO


2.TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
2.5. Phân loại màu theo vị trí trang trí giữa men và màu
- Màu trên men: về cơ bản màu trên men là hỗn hợp gồm chất màu, chất chảy, phụ gia. Màu được phủ lên bề mặt men, khi nung nó chảy lỏng và bám dính lên bề
mặt men hoặc thấm hơi sâu vào trong lớp men. Màu trên men được nung ở nhiệt độ thấp, khoảng 600-850oC. Chất màu ở nhiệt độ này có màu sắc rất phong phú,
có tính thẩm mỹ rất cao nhưng độ bền hoá, bền nhiệt và bền cơ kém.Chất chảy phải đảm bảo láng chảy đều, đẹp và có khả năng bám dính tốt với lớp men nền, vì
vậy chúng thường là thuỷ tinh, frit dễ chảy hoặc hợp chất của chì
Màu dưới men: thành phần cơ bản của màu dưới men cũng hoàn toàn giống với màu trên men. Màu được đưa lên mộc, sau đó phủ men lên trên rồi đem nung.
Nhiệt độ nung cao hơn màu trên men, khoảng 1175-1220oC. Khi nung, chất màu cứng lại, bám chặt vào lớp mộc và men. Tuy nhiên phải đảm bảo chất màu không
bị phản ứng tạo màu phụ. Màu dưới men được lớp men ở trên bảo vệ nên bền trước các tác nhân cơ học, hoá học.
đồng đều màu càng cao.


2.TỔNG QUAN LÝ THUYẾT


2.5. Phân loại màu theo vị trí trang trí giữa men và màu (tiếp)
Màu trong men: là chất màu bền nhiệt được tổng hợp riêng rồi đưa trực tiếp vào men. Sự tạo màu trong men có thể xảy ra bằng cách phân bố các hạt màuvào men
hoặc chất màu hịa tan vào men nóng chảy. Đối với màu trong men, kích thước các hạt chất màu có ảnh hưởng rất lớn đến cường độ màu, kích thước hạt càng nhỏ
thì cường độ màu và độ
2.6. Phản ứng pha rắn
2.7. Dung dịch rắn thay thế và dung dịch rắn xâm nhập
2.8. Cấu trúc của mạng tinh thể Solgel
2.9. Các phương pháp tổng hợp Solgel
2.10. Tình hình tổng hợp chất màu trên mạng lưới tinh thể Solgel


3. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1. Nội dung nghiên cứu
Để góp phần tìm được quy trình điều chế chất màu có chất lượng ổn định dùng cho gốm sứ, tôi tiến hành khảo sát các điều kiện để tổng hợp chất màu xanh trên nền
mạng Solgel. Trước hết tơi nghiên cứu điều kiện hình thành Solgel CuxMg1 – xAL204 từ các nguyên liệu khác nhau. Từ đó tiến hành tổng hợp chất màu trên nền
Solgel bằng sự thay thế một phần Mg2+ bằng Co2+ theo công thức 1− 2 4; một phần Al3+ bằng Cr3+ theo công thức 2− 4.
3.1.1. Nghiên cứu tổng hợp chất nền Solgel
3.1.1.1. Chuẩn bị phối liệu
3.1.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của dạng nguyên liệu đến sự tạo pha Solgel
3.1.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến sự tạo pha Solgel
3.1.1.4. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian lưu đến sự tạo pha Solgel
3.1.2. Nghiên cứu tổng hợp chất màu trên nền Solgel
3.1.3. Đánh giá chất lượng sản phẩm bột màu


3. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1.3.1. Thử màu sản phẩm trên men gốm.

3.1.3.2. Khảo sát cường độ màu, khả năng phát màu trong men
3.1.4. Đánh giá độ bền nhiệt của sản phẩm màu thu được
3.1.5. Khảo sát khả năng thay thế đồng hình của cation Co2+, Cr3+ cho Mg2+ và Al3+ trong mạng lưới tinh thể nền Solgel
3.2. Phương pháp nghiên cứu
3.2.1. Phương pháp tổng hợp Solgel và bột màu
3.2.2. Phương pháp nhiễu xạ tia X
3.2.3. Phương pháp phân tích nhiệt
3.2.4. Phương pháp đo màu
3.2.5. Phương pháp đánh giá chất lượng bột màu qua thử nghiệm trên men màu
3.2.6. Phương pháp đơn biến
3.2.7. Phương pháp chuẩn độ complexon


4. DỤNG CỤ, THIẾT BỊ VÀ HÓA CHẤT
4.1. Dụng cụ
- Bình định mức, cốc chịu nhiệt (100 mL, 250 mL, 500 mL, 1000 mL).
- Bình nón, bình tia, bình hút ẩm, ống đong, buret, pipet, đũa thủy tinh.
- Bếp điện, chén sứ.
- Cân phân tích, cân kỹ thuật, cối sứ.
- Dụng cụ kéo men.
- Phễu lọc, giấy lọc, rây 4900 lỗ…
4.2. Thiết bị
- Lò nung, tủ sấy, máy nghiền hành tinh.
- Thiết bị phân tích nhiệt DTG-DSC.
- Thiết bị nhiễu xạ tia X.
- Thiết bị đo màu men (Phịng thí nghiệm của Công ty Cổ phần Frit Huế).


4. DỤNG CỤ, THIẾT BỊ VÀ HĨA CHẤT
4.3. Hố chất

- Oxit: MgO (P), Cr2O3 (PA)
- Hydroxyt: Al(OH)3 (P), NaOH (P), dd NH3 (P)
- Axit: HCl (P)
- Muối: 4MgCO3.Mg(OH)2.6H2O (P), CoSO4.7H2O (PA), CuSO4 (PA), MgSO4 (PA).
- Dung dịch EDTA, nước cất.
- Đệm amoni, đệm acetat, PAN, ET00, murexit, metyl đỏ, metyl da cam...


Xin cảm ơn!

KÍNH CHÚC
CÁC THẦY CƠ SỨC KHỎE VÀ HẠNH PHÚC

18