Тартразин-інтеркальований Zn–Al подвійно-шаровий гідроксид як пігмент для гель-лаку: синтез та вивчення характеристик

Автор(и)

  • Vadym Kovalenko Український державний хіміко-технологічний університет пр. Гагаріна, 8, м. Дніпро, Україна, 49005 В’ятський державний університет вул. Московська, 36, м. Кіров, Російська Федерація, 610000, Україна https://orcid.org/0000-0002-8012-6732
  • Valerii Kotok Український державний хіміко-технологічний університет пр. Гагаріна, 8, м. Дніпро, Україна, 49005 В’ятський державний університет вул. Московська, 36, м. Кіров, Російська Федерація, 610000, Україна https://orcid.org/0000-0001-8879-7189

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.205607

Ключові слова:

Zn–Al подвійно-шаровий гідроксид, пігмент, інтеркалювання, тартразин, гель-лак

Анотація

У сучасному світі лак для нігтів, зокрема гель-лак, є одним з найбільш використовуваних косметичних засобів. Пігмент є компонентом гель-лаку, який визначає як токсичність, так  і колірні споживчі властивості гель-лаку. Zn-Al подвійно-шарові гідроксиди, інтеркальовані харчовими барвниками аніонного типу, є перспективними пігментами для використання в гель-лаці. Вивчено характеристики зразків тартразин-інтеркальованих Zn-Al (Zn:Al=4:1 і Zn:Al=4:1) гідроксидів, отриманих синтезом при рН=8 і рН=11. Кристалічна структура зразків вивчена методом ренгенофазового аналізу і термогравіметрії, пігментні властивості – методом вимірювання і розрахунку характеристик кольору в системах CIELab і XYZ. Аналогічно були вивчені характеристики кольору зразків гель-лаку, виготовлених з використанням синтезованих пігментів.

Методами ренгенофазового аналізу і термогравіметрії показано, що Тартразин-інтеркальований Zn-Al гідроксид, синтезований при Zn:Al=4:1, є подвійно-шаровим гідроксидом зі структурою α-Zn(OH)2. При рН=8 формується подвійно-шаровий гідроксид із низькою кристалічністю, при рН=11 кристалічність підвищується. При рН=11 виявлено розпад Zn-Al подвійно-шарового гідроксиду до ZnO під час синтезу. У результаті Zn-Al-Тартразин гідроксид (Zn:Al=4:1), синтезований при pH=11, містить як подвійно-шаровий гідроксид, так і ZnO. Для Zn-Al-Тартразин гідроксиду (Zn:Al=2:1), синтезованого при pH=11, виявлено практично повний розпад подвійно-шарового гідроксиду. показано, що найбільш перспективними для застосування в гель-лаку є зразки Zn-Al-Тартразин гідроксиди, синтезовані при рН=8. Ці пігменти мають жовтогарячий колір (тон кольору 596–601 нм) з високої монохроматичністю (чистота кольору пігменту 60–65 %, гель-лаку – 70–75 %). Запропоновано використовувати розпад Zn-Al подвійно-шарового гідроксиду до ZnO при підвищеному рН для покращення розмельних властивостей зразків пігменту

Біографії авторів

Vadym Kovalenko, Український державний хіміко-технологічний університет пр. Гагаріна, 8, м. Дніпро, Україна, 49005 В’ятський державний університет вул. Московська, 36, м. Кіров, Російська Федерація, 610000

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра аналітичної хімії та хімічної технології харчових добавок і косметичних засобів

Старший науковий співробітник

Центр компетенцій «Екологічні технології та системи»

Valerii Kotok, Український державний хіміко-технологічний університет пр. Гагаріна, 8, м. Дніпро, Україна, 49005 В’ятський державний університет вул. Московська, 36, м. Кіров, Російська Федерація, 610000

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра процесів і апаратів, та загальної хімічної технології

Старший науковий співробітник

Центр компетенцій «Екологічні технології та системи»

Посилання

  1. Drahl, C. (2008). Nail Polish. Chemical & Engineering News, 86 (32), 42. doi: https://doi.org/10.1021/cen-v086n032.p042
  2. Mariani, F. Q., Borth, K. W., Müller, M., Dalpasquale, M., Anaissi, F. J. (2017). Sustainable innovative method to synthesize different shades of iron oxide pigments. Dyes and Pigments, 137, 403–409. doi: https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2016.10.024
  3. Zaichuk, A. V., Belyi, Y. I. (2012). Brown ceramic pigments based on open-hearth slag. Russian Journal of Applied Chemistry, 85 (10), 1531–1535. doi: https://doi.org/10.1134/s1070427212100072
  4. Zaichuk, A. V., Belyi, Y. I. (2012). Black ceramic pigments based on open-hearth slag. Glass and Ceramics, 69 (3-4), 99–103. doi: https://doi.org/10.1007/s10717-012-9423-3
  5. Zaychuk, A., Iovleva, J. (2013). The Study of Ceramic Pigments of Spinel Type with the Use of Slag of Aluminothermal Production of Ferrotitanium. Chemistry & Chemical Technology, 7 (2), 217–225. doi: https://doi.org/10.23939/chcht07.02.217
  6. Zaichuk, A. V., Belyi, Y. I. (2013). Improvement of the Compositions and Properties of Gray Ceramic Pigments. Glass and Ceramics, 70 (5-6), 229–233. doi: https://doi.org/10.1007/s10717-013-9550-5
  7. Zaichuk, A. V., Amelina, A. A. (2017). Production of Uvarovite Ceramic Pigments Using Granulated Blast-Furnace Slag. Glass and Ceramics, 74 (3-4), 99–103. doi: https://doi.org/10.1007/s10717-017-9937-9
  8. Khan, A. I., Ragavan, A., Fong, B., Markland, C., O’Brien, M., Dunbar, T. G. et. al. (2009). Recent Developments in the Use of Layered Double Hydroxides as Host Materials for the Storage and Triggered Release of Functional Anions. Industrial & Engineering Chemistry Research, 48 (23), 10196–10205. doi: https://doi.org/10.1021/ie9012612
  9. Mandal, S., Tichit, D., Lerner, D. A., Marcotte, N. (2009). Azoic Dye Hosted in Layered Double Hydroxide: Physicochemical Characterization of the Intercalated Materials. Langmuir, 25 (18), 10980–10986. doi: https://doi.org/10.1021/la901201s
  10. Mandal, S., Lerner, D. A., Marcotte, N., Tichit, D. (2009). Structural characterization of azoic dye hosted layered double hydroxides. Zeitschrift Für Kristallographie, 224 (5-6). doi: https://doi.org/10.1524/zkri.2009.1150
  11. Wang, Q., Feng, Y., Feng, J., Li, D. (2011). Enhanced thermal- and photo-stability of acid yellow 17 by incorporation into layered double hydroxides. Journal of Solid State Chemistry, 184 (6), 1551–1555. doi: https://doi.org/10.1016/j.jssc.2011.04.020
  12. Liu, J. Q., Zhang, X. C., Hou, W. G., Dai, Y. Y., Xiao, H., Yan, S. S. (2009). Synthesis and Characterization of Methyl-Red/Layered Double Hydroxide (LDH) Nanocomposite. Advanced Materials Research, 79-82, 493–496. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/amr.79-82.493
  13. Tian, Y., Wang, G., Li, F., Evans, D. G. (2007). Synthesis and thermo-optical stability of o-methyl red-intercalated Ni–Fe layered double hydroxide material. Materials Letters, 61 (8-9), 1662–1666. doi: https://doi.org/10.1016/j.matlet.2006.07.094
  14. Hwang, S.-H., Jung, S.-C., Yoon, S.-M., Kim, D.-K. (2008). Preparation and characterization of dye-intercalated Zn–Al-layered double hydroxide and its surface modification by silica coating. Journal of Physics and Chemistry of Solids, 69 (5-6), 1061–1065. doi: https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2007.11.002
  15. Tang, P., Deng, F., Feng, Y., Li, D. (2012). Mordant Yellow 3 Anions Intercalated Layered Double Hydroxides: Preparation, Thermo- and Photostability. Industrial & Engineering Chemistry Research, 51 (32), 10542–10545. doi: https://doi.org/10.1021/ie300645b
  16. Tang, P., Feng, Y., Li, D. (2011). Fabrication and properties of Acid Yellow 49 dye-intercalated layered double hydroxides film on an alumina-coated aluminum substrate. Dyes and Pigments, 91 (2), 120–125. doi: https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2011.03.012
  17. Tang, P., Feng, Y., Li, D. (2011). Improved thermal and photostability of an anthraquinone dye by intercalation in a zinc–aluminum layered double hydroxides host. Dyes and Pigments, 90 (3), 253–258. doi: https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2011.01.007
  18. Rajamathi, M., Vishnu Kamath, P., Seshadri, R. (2000). Polymorphism in nickel hydroxide: role of interstratification. Journal of Materials Chemistry, 10 (2), 503–506. doi: https://doi.org/10.1039/a905651c
  19. Kovalenko, V., Kotok, V. (2018). Comparative investigation of electrochemically synthesized (α+β) layered nickel hydroxide with mixture of α-Ni(OH)2 and β-Ni(OH)2. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (6 (92)), 16–22. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.125886
  20. Kovalenko, V., Kotok, V. (2019). Influence of the carbonate ion on characteristics of electrochemically synthesized layered (α+β) nickel hydroxide. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (6 (97)), 40–46. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.155738
  21. Solovov, V., Kovalenko, V., Nikolenko, N., Kotok, V., Vlasova, E. (2017). Influence of temperature on the characteristics of Ni(II), Ti(IV) layered double hydroxides synthesised by different methods. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (6 (85)), 16–22. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.90873
  22. Kovalenko, V., Kotok, V. (2019). Anionic carbonate activation of layered (α+β) nickel hydroxide. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (6 (99)), 44–52. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.169461
  23. Arizaga, G. G. C., Gardolinski, J. E. F. da C., Schreiner, W. H., Wypych, F. (2009). Intercalation of an oxalatooxoniobate complex into layered double hydroxide and layered zinc hydroxide nitrate. Journal of Colloid and Interface Science, 330 (2), 352–358. doi: https://doi.org/10.1016/j.jcis.2008.10.025
  24. Andrade, K. N., Pérez, A. M. P., Arízaga, G. G. C. (2019). Passive and active targeting strategies in hybrid layered double hydroxides nanoparticles for tumor bioimaging and therapy. Applied Clay Science, 181, 105214. doi: https://doi.org/10.1016/j.clay.2019.105214
  25. Kovalenko, V., Kotok, V., Yeroshkina, A., Zaychuk, A. (2017). Synthesis and characterisation of dye­intercalated nickel­aluminium layered­double hydroxide as a cosmetic pigment. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (12 (89)), 27–33. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.109814
  26. Cursino, A. C. T., Rives, V., Arizaga, G. G. C., Trujillano, R., Wypych, F. (2015). Rare earth and zinc layered hydroxide salts intercalated with the 2-aminobenzoate anion as organic luminescent sensitizer. Materials Research Bulletin, 70, 336–342. doi: https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2015.04.055
  27. Kovalenko, V., Kotok, V. (2019). “Smart” anti­corrosion pigment based on layered double hydroxide: construction and characterization. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (12 (100)), 23–30. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.176690
  28. Carbajal Arízaga, G. G., Puebla Pérez, A. M., Macías Lamas, A. M., Sánchez Jiménez, C., Parra Saavedra, K. J. (2016). Folate-intercalated layered double hydroxide as a vehicle for cyclophosphamide, a non-ionic anti-cancer drug. Micro & Nano Letters, 11 (7), 360–362. doi: https://doi.org/10.1049/mnl.2016.0106
  29. Ghotbi, M. Y., Hussein, M. Z. bin, Yahaya, A. H., Rahman, M. Z. A. (2009). LDH-intercalated d-gluconate: Generation of a new food additive-inorganic nanohybrid compound. Journal of Physics and Chemistry of Solids, 70 (6), 948–954. doi: https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2009.05.007
  30. Hong, M.-M., Oh, J.-M., Choy, J.-H. (2008). Encapsulation of Flavor Molecules, 4-Hydroxy-3-Methoxy Benzoic Acid, into Layered Inorganic Nanoparticles for Controlled Release of Flavor. Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 8 (10), 5018–5021. doi: https://doi.org/10.1166/jnn.2008.1385
  31. Nalawade, P., Aware, B., Kadam, V. J., Hirlekar, R. S. (2009). Layered double hydroxides: A review. Journal of Scientific & Industrial Research, 68, 267–272.
  32. Delhoyo, C. (2007). Layered double hydroxides and human health: An overview. Applied Clay Science, 36 (1-3), 103–121. doi: https://doi.org/10.1016/j.clay.2006.06.010
  33. Burmistr, M. V., Boiko, V. S., Lipko, E. O., Gerasimenko, K. O., Gomza, Y. P., Vesnin, R. L. et. al. (2014). Antifriction and Construction Materials Based on Modified Phenol-Formaldehyde Resins Reinforced with Mineral and Synthetic Fibrous Fillers. Mechanics of Composite Materials, 50 (2), 213–222. doi: https://doi.org/10.1007/s11029-014-9408-0
  34. Kovalenko, V., Kotok, V. (2017). Selective anodic treatment of W(WC)-based superalloy scrap. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (5 (85)), 53–58. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.91205
  35. Shamim, M., Dana, K. (2017). Efficient removal of Evans blue dye by Zn–Al–NO3 layered double hydroxide. International Journal of Environmental Science and Technology, 15 (6), 1275–1284. doi: https://doi.org/10.1007/s13762-017-1478-9
  36. Mahjoubi, F. Z., Khalidi, A., Abdennouri, M., Barka, N. (2017). Zn–Al layered double hydroxides intercalated with carbonate, nitrate, chloride and sulphate ions: Synthesis, characterisation and dye removal properties. Journal of Taibah University for Science, 11 (1), 90–100. doi: https://doi.org/10.1016/j.jtusci.2015.10.007
  37. Pahalagedara, M. N., Samaraweera, M., Dharmarathna, S., Kuo, C.-H., Pahalagedara, L. R., Gascón, J. A., Suib, S. L. (2014). Removal of Azo Dyes: Intercalation into Sonochemically Synthesized NiAl Layered Double Hydroxide. The Journal of Physical Chemistry C, 118 (31), 17801–17809. doi: https://doi.org/10.1021/jp505260a
  38. Darmograi, G., Prelot, B., Layrac, G., Tichit, D., Martin-Gassin, G., Salles, F., Zajac, J. (2015). Study of Adsorption and Intercalation of Orange-Type Dyes into Mg–Al Layered Double Hydroxide. The Journal of Physical Chemistry C, 119 (41), 23388–23397. doi: https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.5b05510
  39. Marangoni, R., Bouhent, M., Taviot-Guého, C., Wypych, F., Leroux, F. (2009). Zn2Al layered double hydroxides intercalated and adsorbed with anionic blue dyes: A physico-chemical characterization. Journal of Colloid and Interface Science, 333 (1), 120–127. doi: https://doi.org/10.1016/j.jcis.2009.02.001
  40. El Hassani, K., Beakou, B. H., Kalnina, D., Oukani, E., Anouar, A. (2017). Effect of morphological properties of layered double hydroxides on adsorption of azo dye Methyl Orange: A comparative study. Applied Clay Science, 140, 124–131. doi: https://doi.org/10.1016/j.clay.2017.02.010
  41. Abdellaoui, K., Pavlovic, I., Bouhent, M., Benhamou, A., Barriga, C. (2017). A comparative study of the amaranth azo dye adsorption/desorption from aqueous solutions by layered double hydroxides. Applied Clay Science, 143, 142–150. doi: https://doi.org/10.1016/j.clay.2017.03.019
  42. Santos, R. M. M. dos, Gonçalves, R. G. L., Constantino, V. R. L., Santilli, C. V., Borges, P. D., Tronto, J., Pinto, F. G. (2017). Adsorption of Acid Yellow 42 dye on calcined layered double hydroxide: Effect of time, concentration, pH and temperature. Applied Clay Science, 140, 132–139. doi: https://doi.org/10.1016/j.clay.2017.02.005
  43. Bharali, D., Deka, R. C. (2017). Adsorptive removal of congo red from aqueous solution by sonochemically synthesized NiAl layered double hydroxide. Journal of Environmental Chemical Engineering, 5 (2), 2056–2067. doi: https://doi.org/10.1016/j.jece.2017.04.012
  44. Ahmed, M. A., brick, A. A., Mohamed, A. A. (2017). An efficient adsorption of indigo carmine dye from aqueous solution on mesoporous Mg/Fe layered double hydroxide nanoparticles prepared by controlled sol-gel route. Chemosphere, 174, 280–288. doi: https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2017.01.147
  45. Hu, M., Lei, L. (2006). Effects of particle size on the electrochemical performances of a layered double hydroxide, [Ni4Al(OH)10]NO3. Journal of Solid State Electrochemistry, 11 (6), 847–852. doi: https://doi.org/10.1007/s10008-006-0231-y
  46. Solovov, V. A., Nikolenko, N. V., Kovalenko, V. L., Kotok, V. A., Burkov, A. А., Kondrat’ev, D. A. et. al. (2018). Synthesis of Ni(II)-Ti(IV) Layered Double Hydroxides Using Coprecipitation At High Supersaturation Method. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 24 (13), 9652–9656.
  47. Kotok, V., Kovalenko, V., Vlasov, S. (2018). Investigation of Ni­Al hydroxide with silver addition as an active substance of alkaline batteries. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (6 (93)), 6–11. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.133465
  48. Kovalenko, V., Kotok, V. (2019). Investigation of characteristics of double Ni–Co and ternary Ni–Co–Al layered hydroxides for supercapacitor application. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (6 (98)), 58–66. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.164792
  49. Xiao-yan, G., Jian-cheng, D. (2007). Preparation and electrochemical performance of nano-scale nickel hydroxide with different shapes. Materials Letters, 61 (3), 621–625. doi: https://doi.org/10.1016/j.matlet.2006.05.026
  50. Kovalenko, V. L., Kotok, V. A., Sykchin, A. A., Mudryi, I. A., Ananchenko, B. A., Burkov, A. A. et. al. (2016). Nickel hydroxide obtained by high-temperature two-step synthesis as an effective material for supercapacitor applications. Journal of Solid State Electrochemistry, 21 (3), 683–691. doi: https://doi.org/10.1007/s10008-016-3405-2
  51. Saikia, H., Ganguli, J. N. (2012). Intercalation of Azo Dyes in Ni-Al Layered Double Hydroxides. Asian Journal of Chemistry, 24 (12), 5909–5913.
  52. Kovalenko, V., Kotok, V. (2017). Study of the influence of the template concentration under homogeneous precepitation on the properties of Ni(OH)2 for supercapacitors. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (6 (88)), 17–22. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.106813
  53. Kotok, V. A., Kovalenko, V. L., Solovov, V. A., Kovalenko, P. V., Ananchenko, B. A. (2018). Effect of deposition time on properties of electrochromic nickel hydroxide films prepared by cathodic template synthesis. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 13 (9), 3076–3086.
  54. Kovalenko, V., Kotok, V. (2018). Influence of ultrasound and template on the properties of nickel hydroxide as an active substance of supercapacitors. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (12 (93)), 32–39. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.133548
  55. Kovalenko, V., Kotok, V. (2017). Obtaining of Ni–Al layered double hydroxide by slit diaphragm electrolyzer. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (6 (86)), 11–17. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.95699
  56. Kovalenko, V., Kotok, V. (2020). Bifuctional indigocarmin­intercalated Ni­Al layered double hydroxide: investigation of characteristics for pigment and supercapacitor application. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (12 (104)), 30–39. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.201282
  57. Kotok, V., Kovalenko, V. (2018). Definition of the aging process parameters for nickel hydroxide in the alkaline medium. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (12 (92)), 54–60. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.127764

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-06-30

Як цитувати

Kovalenko, V., & Kotok, V. (2020). Тартразин-інтеркальований Zn–Al подвійно-шаровий гідроксид як пігмент для гель-лаку: синтез та вивчення характеристик. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(12 (105), 29–37. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.205607

Номер

Том 3 № 12 (105) (2020): Матеріалознавство

Розділ

Матеріалознавство

Ліцензія

Авторське право (c) 2020 Vadym Kovalenko, Valerii Kotok

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.