Kiinteän tilan NMR-spektroskopia ja sen käyttö alumiinin tutkimisessa
Ladataan...
2.37 MB
suljettu
Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.
Pysyvä osoite
Verkkojulkaisu
DOI
Tiivistelmä
Tämä tutkielma käsittelee kiinteän tilan NMR-mittauksia alumiinia sisältävistä
titaanidioksidinäytteistä. Tutkielmassa esitellään myös kiinteän tilan NMR ja sen
historiaa sekä alumiinioksidi ja sen tutkimus kiinteän tilan NMR:llä. Erikoistyössä
tutkittiin alumiinin koordinoitumista ja sen paikkaa titaanidioksidissa kiinteän tilan
NMR-mittauksilla ja liuotuskokeilla. Työssä tutkittiin myös miten lisätty alumiini
jakautuu pinnalle ja kiteeseen ja miten eri pinnoitekemikaalit vaikuttavat alumiinin
koordinoitumiseen.
NMR on molekyylien rakennetutkimuksen perusväline. Sillä voidaan tutkia
nesteiden lisäksi myös kiinteitä ja kaasumaisia aineita. NMR:ää on käytetty paljon
aluminan ja muiden alumiinia sisältävien metallioksidien tutkimisessa. Näissä
materiaaleissa alumiini esiintyy tetraedrisenä, pentakoordinoituna ja
oktaedrisenä 27Al resonansseina. Suuri osa löydetyistä alumiinia sisältävien
titaanidioksidien 27Al NMR-mittauksia koskevista julkaisuista keskittyi tutkimaan
lämpötilan vaikutusta NMR-signaaliin. Myös eri kemikaalien ja niiden
lisäysjärjestyksen vaikutusta signaaliin oli tutkittu.
Alumiinia tutkittiin, koska se on tärkeä valmennuskemikaali titaanidioksidin
valmistuksessa ja pinnoituksessa. Valmennusvaiheessa, eli ennen
uunikäsittelyä, alumiinia lisätään stabiloimaan kidepohjaa, vaikuttamaan kiteen
kasvuun ja parantamaan fotostabiilisuutta. Pinnoituksessa lisättävä alumiini
parantaa mm. lopputuotteen fotostabiilisuutta, dispergoituvuutta ja
prosessoituvuutta. Titaanidioksidipigmenttejä on olemassa useita eri tuotteita ja
tässä työssä tutkittiin pigmentääristä rutiilia, jolla on korkea taitekerroin ja hyvä
peittokyky myös ohuena kalvona.
Mittaukset tehtiin Turun yliopiston kemian laitoksen laitekeskuksessa Brukerin
AV400 NMR-spektrometrilla. Työssä tutkittiin Sachtleben Pigments Oy:ssä sekä
laboratoriossa että tuotannossa valmistettuja tuotteita. Kuhunkin NMR-spektriin
sovitettiin useita Lorentzin käyrän muotoisia funktioita, jolloin komponenttien
pinta-aloista saatiin eri paikassa ja tavalla koordinoitujen alumiinien osuudet.
Spektrit mitattiin kahdella eri pulssitusnopeudella. Suurimmassa osassa
mittauksia pulssitusnopeus oli 0,1 sekuntia, mutta muutamissa
rinnakkaismittauksissa käytettiin myös 10 sekunnin pulssitusnopeutta, jotta
hitaammin relaksoituva kidealumiini saataisiin selvemmin näkyviin. Kun ajettiin
samasta näytteestä signaalit kahdella eri pulssitusnopeudella, nähtiin selkeästi,
kuinka hitaammalla pulssituksella kidealumiinin signaali vahvistui ja sen osuus
koko signaalista kasvoi. Hitaampi pulssitus vaati huomattavasti enemmän
laiteaikaa ja siksi näitä rinnakkaismittauksia ei tehty kaikista näytteistä.