[發明專利]一種有機聚合物無機雜化制備氧化鋯纖維的方法

無效

• 申請號: 201010125058.0
• 申請日: 2010-03-16
• 公開（公告）號: CN102190490A
• 公開（公告）日: 2011-09-21
• 發明（設計）人: 張旺璽;王艷芝;王志新;孫禮武;桑向東;焦明立;袁祖培
• 申請（專利權）人: 中原工學院
• 主分類號: C04B35/48
• 分類號: C04B35/48;C04B35/622
• 代理公司: 鄭州中原專利事務所有限公司 41109
• 代理人: 張紹琳

技術領域

本發明涉及無機纖維的制備方法，具體涉及有機聚合物無機雜化制備氧化鋯纖維的方法。

背景技術

陶瓷纖維是一種輕質耐火材料，它結合了纖維的可紡織加工特性和陶瓷的耐高溫等優異性能，耐高溫、熱穩定性好、抗氧化、耐腐蝕、隔熱性能好等特性。在航空航天、原子能、冶金和石油化工、交通運輸等行業得到了廣泛的應用。陶瓷纖維主要應用于需要耐高溫和力學性能要求較高的領域，在航空航天上用于耐燒蝕材料部件，如宇航器重返大氣層的隔熱罩、火箭鼻錐、噴嘴、排氣口和隔板等；在冶金化工上用于耐高溫的過濾和隔熱材料等，如鋼鐵工業中用的陶瓷纖維爐襯。陶瓷纖維主要有碳化硅纖維、氧化鋁纖維、氧化鋯纖維及硼纖維等。

氧化鋯熔點為2700℃，其纖維具有熔點高、硬度大、常溫下絕緣，而高溫下導電等優良性質。氧化鋯纖維最突出的性能是耐高溫性能，隔熱性能優異，1000k時導熱系數為0.19W/(m·K)。氧化鋯纖維是超高溫條件下理想的絕熱保溫材料，因此廣泛應用于各種高溫爐的爐襯絕熱保溫等。氧化鋯纖維可以加工成或制造成各種制品，主要包括氧化鋯纖維氈、氧化鋯纖維紙、氧化鋯纖維布及剛性氧化鋯纖維制品等，根據其形態的不同，可以在不同的環境下使用。氧化鋯纖維還用于制備金屬基或陶瓷基復合材料，如氧化鋯纖維與氮化物復合材料能有效提高材料的熱性能。以釔穩定氧化鋯纖維能明顯提高復合材料的抗折強度和韌性。氧化鋯纖維還用于電池隔膜，氣體、液體分離和純化，氧氣含量測定，催化反應膜材料等。

目前氧化鋯纖維及制品的主要制備方法有前驅體載體溶液浸漬法、溶膠凝膠法、靜電紡絲法等。前驅體載體溶液浸漬法是利用粘膠纖維等有機纖維及其紡織品為載體，以氯氧化鋯、硝酸鋯等含鋯的無機鹽溶液為浸漬液，前驅體載體纖維在浸漬液中溶脹，并吸附含鋯的的無機鹽，浸漬后的前驅體載體纖維經離心脫出多余的浸漬液、干燥、高溫氧化燒結，最后有機前驅體載體纖維被熱分解后得到保持原前驅體載體纖維形貌的氧化鋯纖維。溶膠凝膠法是以含鋯的醇鹽或醋酸鹽等為原料，經水解、共沉淀、膠化、脫水洗滌、陳化干燥、纖維成形、高溫氧化燒結等得到氧化鋯纖維。前驅體載體溶液浸漬法制備氧化鋯纖維工藝簡單、可以不經再紡織工藝直接得到氧化鋯纖維布、紙、氈等，因此由該方法制備的氧化鋯纖維已成功應用于高性能電池隔膜，但這種方法不容易得到連續的長絲。溶膠凝膠法是把低分子無機鋯鹽通過化學合成的方法先制得具有較高分子量和一定粘度的無機高分子溶膠，經紡絲制得前驅體纖維，燒結后得到的氧化鋯纖維可以是長絲，也可以是短纖維，其缺點是紡絲工藝復雜，且難以穩定。靜電紡絲法是近年來發展起來的制備微納米纖維的方法，但工業化技術還不成熟，生產效率低。

專利CN101172856公開了一種多晶氧化鋯纖維的制備方法，是將超細四方氧化鋯細粉與分散劑和水一同混合制成泥漿，然后采用擠出-凝固法成型制備氧化鋯纖維前驅體，此前驅體再燒結得到氧化鋯纖維。但由于無機泥漿粘彈性差，紡絲容易斷頭，穩定性差，所得纖維長度最大只有19.2mm。

發明內容

本發明要解決的技術問題是氧化鋯纖維的纖維短，紡絲工藝復雜，且難以穩定，提供一種原料易得，并且能利用常規工業紡絲方法，采用有機聚合物無機雜化制備氧化鋯纖維的方法。

本發明的技術方案是：一種有機聚合物無機雜化制備氧化鋯纖維的方法，它包括如下步驟：

(1)在氯氧化鋯中加入二甲基甲酰胺或氨水或草酸中的任意一種，氯氧化鋯與二甲基甲酰胺或氨水或草酸的物質的量比為1∶0.5～2.0，在60～99℃的條件下攪拌30～60分鐘，形成透明的溶膠，然后先用水后用乙醇洗滌至用硝酸銀試劑檢驗無氯離子，在溫度為100～120℃的條件下干燥，再研磨，在溫度為700～1500℃的微波燒結爐中焙燒1～1.5小時，得到納米氧化鋯粉體；

(2)將步驟(1)中的納米氧化鋯與有機聚合物樹脂共混，再經過溶液紡絲或熔融紡絲或靜電紡絲制備得到有機無機雜化氧化鋯纖維；

(3)將步驟(2)中的氧化鋯纖維在溫度為210～350℃的條件下熱穩定化，升溫速率為10℃/小時，在溫度為1000～2200℃的條件下炭化，升溫速率為20～40℃/小時，得到無機氧化鋯纖維。

所述步驟(1)中優選方案是在氯氧化鋯中加入二甲基甲酰胺或氨水中的任意一種，氯氧化鋯與二甲基甲酰胺或氨水的物質的量比為1∶0.8～1.2，在70～90℃的條件下攪拌，形成透明的溶膠，然后分別用水和乙醇洗滌至用硝酸銀試劑檢驗無氯離子，干燥研磨，在溫度為900～1200℃的微波燒結爐中焙燒，得到納米氧化鋯粉體。