[發明專利]一種醋酸氧鋯-甲醇體系制備連續氧化鋯晶體纖維的方法

有效

• 申請號: 201410240079.5
• 申請日: 2014-05-30
• 公開（公告）號: CN103993389A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 許東;朱陸益;劉雪松;王新強;張光輝
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: D01F9/10
• 分類號: D01F9/10;D01F13/00
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 楊磊

1.一種醋酸氧鋯-甲醇體系制備連續氧化鋯晶體纖維的方法，包括聚醋酸氧鋯前驅體溶膠的制備、干法紡絲、壓力解析、中高溫處理，步驟如下：

(1)醋酸氧鋯前驅體紡絲液的制備

醋酸氧鋯前驅體紡絲液分兩種方法進行制備：分別以高純八水合氧氯化鋯和堿式碳酸鋯為鋯源；按以下方法制備：

①八水合氧氯化鋯作為鋯源：將氧氯化鋯溶于無水甲醇中，攪拌至充分溶解，形成氧氯化鋯的甲醇溶液；按氧氯化鋯與醋酸鹽的摩爾比為1:1.6～2.0的比例，取醋酸鹽溶于無水甲醇中，形成醋酸鹽的甲醇溶液；

在室溫和攪拌的條件下，將醋酸鹽的甲醇溶液滴加至氧氯化鋯的甲醇溶液中，有白色沉淀產生并放熱；待反應體系冷卻至0～10℃，真空抽濾、分離去除沉淀，獲得聚醋酸氧鋯前驅體的溶液；

按摩爾比Y₂O₃：(Y₂O₃+ZrO₂)＝5.7～8mol％的比例摻入釔鹽，在32～45℃減壓濃縮，直至獲得無色透明均勻、粘度為30～100Pa·s的溶膠紡絲液，所述粘度在20℃下測量；

②堿式碳酸鋯作為鋯源：按照堿式碳酸鋯：冰乙酸：甲醇＝1：(2～2.5)：(2～5)的摩爾比，稱取堿式碳酸鋯、冰乙酸和無水甲醇，將冰乙酸與無水甲醇混合均勻；

在20～40℃溫度下，將冰乙酸與甲醇的混合溶液加入至堿式碳酸鋯中，同時快速攪拌，反應完全形成透明甲醇溶液；

按摩爾比Y₂O₃：(Y₂O₃+ZrO₂)＝3.0～10.0mol％的比例摻入釔鹽，在32～45℃減壓濃縮，直至獲得粘度為30～100Pa·s的溶膠紡絲液，所述粘度在20℃下測量；

(2)干法紡絲

將紡絲液移入紡絲裝置中的液料罐中，真空脫泡5～10min，在溫度為10～40℃和相對濕度20～80％條件下，用鋼瓶氮氣或者計量泵的方式來對紡絲液施加0.5～2.5MPa的壓力，使其從孔徑0.03～0.20mm的鈮鉭合金或者鉑金紡絲板噴出，經牽伸和特殊收絲裝置，獲得直徑10～40μm，透明、連續的前驅體纖維；

(3)壓力解析

將聚醋酸氧鋯連續前驅體纖維置于預熱至90～130℃的壓力容器中，通入氣氛后壓力控制在2～20大氣壓，加熱升溫，使溫度為120～210℃，進行解析處理，處理時間為5min～4h，使得前驅體纖維中的配體醋酸解析出來；

解析處理結束后，排放富集醋酸的蒸汽使壓力容器內的溫度降至80～100℃，將纖維繼續放置于容器內干燥5～30min，然后取出進行后續熱處理；

(4)中高溫熱處理

將壓力解析處理后的纖維置于程控燒結爐內進行中高溫熱處理，在蒸汽存在下，以0.5～3℃/min的升溫速率升溫至500～800℃，使聚醋酸氧化鋯前驅體發生充分解析并結晶轉化為連續氧化鋯晶體纖維；以3～6℃/min的升溫速率升溫至1200～1600℃，并保溫1～3h進行燒結，獲得直徑為5～20μm、單絲連續長度可達數千米的連續氧化鋯晶體纖維。

2.如權利要求1所述的醋酸氧鋯-甲醇體系制備連續氧化鋯晶體纖維的方法，其特征在于步驟(1)①中，將100g氧氯化鋯溶于100～200ml無水甲醇中，按氧氯化鋯與醋酸鹽的摩爾比為1:1.6～2.0的比例，取醋酸鹽溶于150～300ml無水甲醇中。

3.如權利要求1或2所述的醋酸氧鋯-甲醇體系制備連續氧化鋯晶體纖維的方法，其特征在于步驟(1)中所述醋酸鹽為醋酸鉀或醋酸鈉。

4.如權利要求1所述醋酸氧鋯-甲醇體系制備連續氧化鋯晶體纖維的方法，其特征在于步驟(2)中噴絲頭孔徑為0.05～0.8mm，孔數10～1000孔，收集轉速20～200r/min。

5.如權利要求1所述的醋酸氧鋯-甲醇體系制備連續氧化鋯晶體纖維的方法，其特征在于步驟(3)所述的氣氛為水蒸汽和乙醇蒸汽的混合氣體。

6.如權利要求1所述的醋酸氧鋯-甲醇體系制備連續氧化鋯晶體纖維的方法，其特征在于，步驟(4)所述的蒸汽為水蒸汽。