[發明專利]一種氧化鋯纖維的制備方法

有效

• 申請號: 201710016727.2
• 申請日: 2017-01-10
• 公開（公告）號: CN106637510B
• 公開（公告）日: 2018-12-11
• 發明（設計）人: 任克誠;許元虎;楊家祥;田玉鵬;趙顯
• 申請（專利權）人: 安徽同和晶體新材料股份有限公司
• 主分類號: D01F9/08
• 分類號: D01F9/08;D01F1/10;D01D5/04
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 喬恒婷

本發明公開了一種氧化鋯纖維的制備方法，采用碳酸鋯、水、丙烯酸、氧化鋯晶相穩定劑和有機添加劑制備丙烯酸聚鋯溶膠紡絲液，丙烯酸聚鋯溶膠紡絲液通過高速離心甩絲得到含鋯凝膠纖維，進一步高溫燒結制得氧化鋯陶瓷纖維。本發明具有原料易得，制備方法簡單，環境友好和適于規模化生產等特點，所得丙烯酸聚鋯溶膠紡絲液克服了醋酸鋯溶膠對濕度敏感的缺點，可以抑制凝膠纖維表觀對水分的滲透和吸收，具有較好的成纖性以及生產可控性，所制備氧化鋯纖維直徑為3?6μm，表觀光滑，直徑均勻。

技術領域

本發明涉及一種氧化鋯纖維的制備方法，屬于無機非金屬材料領域。

背景技術

氧化鋯陶瓷纖維材料具有耐高溫、導熱系數小、耐酸堿腐蝕性強和常溫下為絕緣體、高溫下具有導電性等優良性質，在國防尖端科技和民用高端隔熱等領域有著巨大的應用需求。然而，氧化鋯陶瓷纖維材料的制備技術主要掌握在少數發達國家手里，國內氧化鋯陶瓷纖維材料的相關研究起步較晚，技術相對落后。開發工藝簡單、適于工業化生產的制備方法，生產出高溫穩定性高和機械性能強的氧化鋯陶瓷纖維材料具有重要意義。

目前，氧化鋯陶瓷纖維的制備方法主要有浸漬法、共混紡絲法和溶膠紡絲法等。浸漬法采用氧氯化鋯溶液浸泡黏膠纖維，除去纖維表面和纖維之間的多余鋯鹽溶液后，通過鍛燒浸漬后的纖維得到氧化鋯陶瓷纖維。此法沿用至今，具有方法簡單，可進行大規模生產等特點。但是，此法前軀體纖維中有機物含量高，鍛燒時有大量水分和鹽酸以及有機物排除，導致纖維疏松多孔，強度很低。共混紡絲法是利用高分子線性鏈的聚合物粘合劑和分散劑與氧化鋯微粉混合，并加入樹脂作為結合劑，制得漿料，通過微孔高壓擠出成絲作為前驅體，將此前驅體直接燒制成纖維。該方法中為保證前驅體成絲，仍然使用了大量的粘合劑和樹脂結合劑，且氧化鋯微粉粒徑較大，前驅體較粗，燒制后的纖維結構不理想，不能滿足保溫隔熱的需要。同時，此法需要經復雜工藝制備亞米級的氧化鋯和鋯鹽顆粒，成本較高，不適于大規模生產。溶膠紡絲法是以有機或無機鋯鹽為原料，通過鋯鹽與絡合劑在溶劑中反應，制備出適于紡絲的大分子溶膠，再經過紡絲和高溫處理制備出氧化鋯陶瓷纖維。此法所得溶膠纖維的鋯含量較高，降低了在熱處理過程中大量有機物分解造成的缺陷，可制備出機械性能優良的氧化鋯陶瓷纖維材料。

可紡性聚鋯溶膠的制備是溶膠紡絲法制備氧化鋯陶瓷材料的關鍵。常用的溶膠絡合劑主要有β-二酮類、有機羧酸類醇類和醇胺類絡合劑。例如：專利ZL200410024264.7利用氧氯化鋯、乙酰丙酮、乙醇、三乙胺等制備獲得乙酰丙酮鋯，再將乙酰丙酮鋯和硝酸釔溶于甲醇中制備鋯溶膠紡絲液。此法中都涉及了大量的揮發性有機溶劑以及三乙胺等有毒易燃爆物質，導致產品質量控制不穩定以及產業化困難。專利CN102181962B采用堿式碳酸鋯、冰乙酸和水制備聚鋯溶膠紡絲液，雖然工藝路線相對綠色環保，但是通過溶膠紡絲獲得的凝膠纖維對環境溫濕度敏感，使得溶膠紡絲液的成纖性能較差，獲得凝膠纖維后易吸濕粘結，導致制備的氧化鋯纖維形貌和強度不佳。因此，開發工藝簡單，綠色環保，價格低廉，可用于制備高性能氧化鋯纖維材料的聚鋯紡絲溶膠具有重要的意義。

發明內容

為克服現有技術工藝復雜、環境污染嚴重、紡絲溶膠及凝膠纖維在空氣中穩定性較差等缺陷，本發明提供了一種氧化鋯纖維的制備方法。

本發明氧化鋯纖維的制備方法，是以丙烯酸聚鋯紡絲溶膠為核心技術，包括如下步驟：

1、丙烯酸聚鋯溶膠紡絲液的制備

將丙烯酸加入水中并攪拌混合均勻，升溫至45-75℃后加入碳酸鋯，繼續攪拌至物料透明澄清，即得丙烯酸聚鋯溶液；向所得丙烯酸聚鋯溶液中加入氧化鋯晶相穩定劑和有機添加劑，繼續在45-75℃下攪拌蒸發濃縮，逐步脫除體系中多余的水份，當體系中氧化鋯質量濃度達到45-60％時，即制得丙烯酸聚鋯溶膠紡絲液；

按照反應體系中氧化鋯、水和丙烯酸投料的摩爾比為1:5-15:0.5-3的比例，稱取相應重量的碳酸鋯、水和丙烯酸。