IX CONGRESO NACIONAL
DEL COLOR ALICANTE 2010
Alicante, 29 y 30 de Junio, 1 y 2 de Julio de 2010
Universidad de Alicante
PUBLICACIONES UNIVERSIDAD DE ALICANTE w
ww.
sri.u
a.es
/con
gres
os/c
olor
10
C O M I T É E S P A Ñ O L D E C O L O RS O C I E D A D E S P A Ñ O L A D E Ó P T I C A
SEDOPTICA
Publicaciones de la Universidad de AlicanteCampus de San Vicente s/n
03690 San Vicente del [email protected]
http://publicaciones.ua.esTeléfono: 965903480
Fax: 965909445
© Varios autores, 2010© de la presente edición: Universidad de Alicante
ISBN: 978-84-9717-144-1
Diseño de portada: candelaInk
Este libro ha sido debidamente examinado y valorado por evaluadores ajenos a la Universidad de Alicante, con el fin de garantizar la calidad científica del mismo.
Reservados todos los derechos. Cualquier forma de reproducción, distribución, comunicaciónpública o transformación de esta obra sólo puede ser realizada con la autorización de sus titulares,
salvo excepción prevista por la ley. Diríjase a CEDRO (Centro Español de Derechos Reprográficos,www.cedro.org) si necesita fotocopiar o escanear algún fragmento de esta obra.
IX CNC -Libro de Actas-
El IX Congreso Nacional de Color cuenta con el apoyo de las siguientes entidades:
IX CONGRESO NACIONAL DEL COLOR. ALICANTE 2010
IX CONGRESO NACIONAL DEL COLOR. ALICANTE 2010
IX Congreso Nacional de Color
Alicante,
29 y 30 de Junio, 1 y 2 de Julio
Universidad de Alicante
Departamento de Óptica, Farmacología y Anatomía Facultad de Ciencias
Instituto Universitario de Física Aplicada a las Ciencias y las Tecnologías (IUFACyT)
Universidad de Alicante
IX CNC -Libro de Actas-
IX CONGRESO NACIONAL DEL COLOR. ALICANTE 2010 COMITÉ ORGANIZADOR Presidente Francisco M. Martínez Verdú Universidad de Alicante Vicepresidente I
Vicepresidente II Secretaria Científica
Secretaria Administrativa Secretaria Técnica
Tesorero Vocal
Vocal
Vocal
Vocal Vocal
Eduardo Gilabert Pérez Joaquín Campos Acosta Esther Perales Romero Olimpia Mas Martínez
Sabrina Dal Pont
Valentín Viqueira Pérez Elísabet Chorro Calderón Verónica Marchante Bárbara Micó Vicent
Elena Marchante
Ernesto R. Baena Murillo
Universidad Politécnica de Valencia
IFA-CSIC Universidad de Alicante Universidad de Alicante Universidad de Alicante Universidad de Alicante Universidad de Alicante Universidad de Alicante Universidad de Alicante Universidad de Alicante Universidad de Alicante
COMITÉ CIENTÍFICO Natividad Alcón Gargallo Joaquín Campos Acosta
Pascual Capilla Perea Ángela García Codoner Eduardo Gilabert Pérez
José Mª González Cuasante
Francisco José Heredia Mira
Enrique Hita Villaverde Luís Jiménez del Barco Jaldo
Julio Antonio Lillo Jover
Francisco M. Martínez Verdú
Manuel Melgosa Latorre Ángel Ignacio Negueruela
Susana Otero Belmar
Jaume Pujol Ramo Javier Romero Mora
Mª Isabel Suero López
Meritxell Vilaseca Ricart
Instituto de Óptica, Color e Imagen, AIDO Instituto de Física Aplicada CSIC
Universidad de Valencia
Universidad Politécnica de Valencia Universidad Politécnica de Valencia Universidad Complutense de Madrid
Universidad de Sevilla
Universidad de Granada Universidad de Granada Universidad Complutense de Madrid Universidad de Alicante Universidad de Granada Universidad de Zaragoza
Instituto de Óptica, Color e Imagen, AIDO
Universidad Politécnica de Cataluña Universidad de Granada
Universidad de Extremadura
Universidad Politécnica de Cataluña IX CNC -Libro de Actas-
441
OBTENCIÓN DE TONALIDAD MARRON EN PIGMENTOS CERÁMICOS FABRICADOS MEDIANTE SÍNTESIS HIDROTERMAL EN
COMPARACIÓN CON EL MÉTODO TRADICIONAL
Leidy J. Jaramillo Nieves, Juan F. Montoya Carvajal, O. J. Restrepo Baena. Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín. Grupo de Cerámicos y Vítreos
Resumen: En este estudio se hace un análisis de la tonalidad marrón de un pigmento cerámico obtenido por síntesis hidrotermal y se compara con el pigmento marrón obtenido por el método tradicional. Se realizaron experimentos donde se hicieron variaciones al pH, la concentración de las sales precursoras y el tipo de sal de hierro empleada. La variable de respuesta que se analizó fue el color y el comportamiento de éste con respecto al que se obtuvo por vía tradicional. El método utilizado para caracterizar las muestras obtenidas fue espectrofotometría UV-VIS-NIR. Por último se espera que este estudio permita definir la factibilidad técnica y sirva de avance para el desarrollo de pigmentos cerámicos con diferentes tonalidades por vías alternas a la tradicional buscando obtener ventajas ambientales, económicas y tecnológicas, comparados con los métodos tradicionales. Palabras Clave: Pigmentos cerámicos, Síntesis hidrotermal, Método Tradicional, Reflectancia, Opacidad.
INTRODUCCIÓN
La síntesis de los compuestos cerámicos se puede clasificar de acuerdo con el estado de las materias primas de inicio, sean en fase sólida, líquida o gaseosa. Los métodos de síntesis por reacciones en estado sólido han liderado la fabricación a escala industrial, sin embargo, en la búsqueda de obtener materiales de alto desempeño, donde necesariamente se requiere un estricto control de la composición química, la microestructura, la forma y distribución de tamaño de las partículas, los métodos de síntesis no convencionales, o de fase líquida y vapor, han tenido un auge y desarrollo sin precedentes [1]. En este trabajo de investigación se exploró uno de los métodos de síntesis que industrialmente no ha sido empleado para la fabricación de pigmentos cerámicos, debido a la ausencia de un conocimiento específico que permita establecer relaciones claras y cuantificables entre las condiciones de proceso y las características de los productos obtenidos.
Se emplea el método de síntesis hidrotermal como ruta alternativa para el desarrollo de los pigmentos cerámicos con diferentes tonalidades, enfocándose en el marrón. Esta síntesis se puede definir como un proceso de reacciones heterogéneas en presencia de solventes o mineralizadores acuosos bajo altas presiones y temperaturas en condiciones supercríticas para disolver y recristalizar materiales que son relativamente insolubles en condiciones ordinarias [2].
Los pigmentos cerámicos color marrón, tienen configuración tipo espinela, en el caso estudiado son cromitas y ferritas, y tienen propiedades físicas similares a los titanatos y aluminatos. Este tipo de pigmentos se usan principalmente en plásticos para exteriores y en recubrimientos.
IX CONGRESO NACIONAL DEL COLOR. ALICANTE 2010
442
METODOLOGÍA
Se utilizó como materias primas cloruros de hierro, cinc y cromo y sulfato de hierro, como precursores. FeCl2.4H2O 63% PANREAC, ZnCl2 97% CARLOERBA, CrCl3.6H2O 96% MERK, FeSO4.7H2O 99% CARLOERBA. Con estas sales se preparó una disolución acuosa utilizando agua destilada y a temperatura de 80˚C, se trabajó a dos niveles de concentración como se puede ver en la tabla 1. Esta solución se agregó gota a gota a una solución acuosa que contenía NaOH, 99% MERK, para regulación de pH. Con respecto a este parámetro, se prepararon muestras con 2 pHs diferentes dejando fijas las otras variables para determinar la influencia de este factor. KNO3 como agente oxidante, 99% MALLINKRODT, a temperatura de 80 ˚C con agitación fuerte y permanente durante 50 minutos. Luego se enfrió a temperatura ambiente y se procedió a filtrar en vacío. El precipitado se lavó con agua y etanol para retirar las sales solubles y se filtró de nuevo. Se procedió a secar en estufa eléctrica a temperatura de 95 ºC durante 15 horas y finalmente se sometió a un tratamiento térmico de sinterización a 700 ºC durante 6 horas.
Tabla 1 . Niveles de los factores trabajados.
Niveles de factores Factores Bajo (-) Alto(+)
pH 11 13 Tipo de sal de
hierro Cloruro Sulfato Concentración de Sales [M] Sal de Cromo 2.175 4,35 Sal de Hierro 0.54625 1.10925 Sal de Zinc 0.54625 1.10925
Se prepararon cuatro muestras por el método hidrotermal, se varió el pH mientras se
mantuvo fijas las demás condiciones, luego se varió la concentración y el tipo de sal. Y se analizaron los diferentes efectos que tenían las variaciones hechas en cada tratamiento y se hicieron comparaciones entre cada una de ellas con respecto a la obtenida por método tradicional. En la tabla 2, se muestra las condiciones de cada muestra y su nomenclatura.
Tabla 2. Nomenclatura y Condiciones de las muestras caracterizadas.
MUESTRA pH
Tipo sal de hierro
Concentración Sales
M1 11 Cloruro Baja
M2 13 Cloruro Baja M3 13 Sulfato Baja M4 13 Cloruro Alta
Para comparar el método de síntesis hidrotermal con el método de síntesis convencional, se
preparó una muestra en cantidades estequiométricas de óxidos de hierro, cromo y zinc y se llevó a tratamiento térmico por método tradicional a 1100 ºC durante 10 horas.
IX CONGRESO NACIONAL DEL COLOR. ALICANTE 2010
443
El espectro de reflectancia se midió con un espectrofotómetro Ocean Optics, modelo PC 200 en un intervalo de longitudes de onda entre 400 y 800 nm, utilizando un iluminante CIE D65 y bajo la norma ASTM E1349-06 [16].
RESULTADOS Y DISCUSION
Para analizar los diferentes efectos comparados con el método hidrotermal se escogieron cuatro muestras en las cuales había diferencias en el pH, la concentración y el tipo de sal para así determinar su comportamiento, manteniendo fijas las demás variables. Se hizo una comparación entre las muestras M1, M2, M3 y M4, con respecto a la muestra obtenida por el método tradicional (MTR).
Espectros Comparativos
-50
0
50
100
150
200
250
300
400 500 600 700 800
Longitud de onda (nm)
Inte
nsi
dad
(u
.a.) MTR
M1
M2
M3
M4
Figura 1 . Comparación de las muestras M1, M2, M3 y M4 con respecto a MTR.
Basados en los resultados de espectrofotometría de las muestras que se comparan, se puede ver en la figura 1, que las curvas del espectro emitido por las muestras, dan claridad de los intervalos de longitud de onda en los cuales se absorbe y emite luz, además se puede tener un indicio del nivel de opacidad de las muestras, debido a la intensidad registrada por el sensor.
De la figura 1, se puede observar que la muestra que presenta una mayor intensidad es la MTR, lo cual indica que las muestras obtenidas por el método hidrotermal tienen una mayor opacidad.
La muestra M4 es la que presenta la mayor opacidad con respecto al resto de las muestras y como se puede ver M1 es la muestra obtenida por hidrotermal que tiene la mayor intensidad, lo cual significa que trabajar a pHs altos favorece la opacidad en este proceso.
Como se puede notar en todas las curvas hay presencia de las mismas tonalidades en todas las muestras pero con diferentes opacidades. Se observa los mismos máximos en longitudes de onda iguales como en 550, 600 y 650 nm. En 550 hay un pequeño máximo que indica la presencia de trazas de verde. En 600 nm también hay otro máximo un poco más notorio que indica la presencia de tonalidades amarillas y naranjas y en 650 nm esta el máximo más representativo lo cual indicaría la presencia de la tonalidad roja, que sería la tonalidad predominante.
De acuerdo con los resultados obtenidos con respecto a la variación del pH a dos niveles, la concentración y el tipo de sal, el mejor comportamiento se dio en el pH de 13, una concentración alta y el tipo de sal cloruro, ya que hay una mejor respuesta óptica, pues hay una mayor definición de la tonalidad y la opacidad, que sería la muestra M4, Como se puede observar las muestras M1, M2 y M3 tienen un comportamiento muy similar, y tienen una intensidad mayor que M4, pero menor que MTR.
En general las muestras exhibieron un buen comportamiento y una buena homogeneidad con respecto a lo que se buscaba.
CONCLUSIONES
IX CONGRESO NACIONAL DEL COLOR. ALICANTE 2010
444
El pigmento cerámico color marrón se obtuvo por síntesis hidrotermal y posterior tratamiento térmico a 700 ºC. Todas las muestras exhiben características similares, mostrando una buena homogeneidad en su composición química.
Se pudo observar que los espectros de las diferentes muestras son bastante similares, dándose que la respuesta óptica de MTR correspondiente a la desarrollada por vía tradicional presenta mayor intensidad que las muestras obtenidas por vía hidrotermal. Posiblemente esto se deba a la homogeneidad que se alcanza en el pigmento sintetizado por método hidrotermal, debido a que se presenta una mayor distribución del tamaño de partícula permitiendo una reacción térmica más homogénea.
Se concluye que la variación de la concentración de los reactivos en la síntesis hidrotermal, afecta la estructura del pigmento y por lo tanto su respuesta óptica, tal como se observó en la figura 1, en la muestra M4.
REFERENCIAS
[1] Boch, P. y Niepce, J.C. Ceramic materials: processes, properties and applications. Iste Ltd, London. 2007. [2] Byrappa, K. y Yoshimura, M. Handbook of hydrothermal technology. Noyes Publication, New Jersey. 2001. [3] ASTM Committee E02 on Terminology. ASTM Dictionary of Engineering, Science and Technology, 10th Ed.
ASTM International, Mayfield. 2005. [4] Tracton, Arthur. Coatings materials and surface coatings. CRC Press - Taylor & Francis Group, New York.
2007. [5] Li, W. Microwave-assisted hydrothermal synthesis and optical property of Co3O4 nanorods. En: Material
Letters. Vol. 62. No. 25. pp. 4149-4151. 2008. [6] Guo, Z., et al. Hydrothermal synthesis of single-crystalline CeCO3OH flower-like nanostructures and their
thermal conversion to CeO2. En: Materials Chemistry and Physics, 2008. [7] Kanade, K.G., et al. Synthesis and characterization of nanocrystallined zirconia by hydrothermal method. En:
Materials Research Bulletin. No. 43. pp. 723-729. 2008. [8] Aimable, A., et al. Continuous hydrothermal synthesis of inorganic nanopowders in supercritical water:
Towards a better control of the process. En: Powder Technology. 2008. [9] Shi, J., et al. Composition-dependent optical properties of ZnxCd1−xS synthesized by precipitable-
hydrothermal process. En: Solid State Communication. No. 146. pp. 249-252. 2008. [10] Avvakumov, E., Senna, M. y Kosova, N. Soft Mechanochemical Synthesis: A Basis for New Chemical
Technologies. Kluwer Academic Publishers, New York. 2002. [11] ASTM E1349-06 Standard Test Method for Reflectance Factor and Color by Spectrophotometry Using
Bidirectional (45°:0° or 0°:45°) Geometry
IX CONGRESO NACIONAL DEL COLOR. ALICANTE 2010
