[發明專利]一種配體修飾的氧化鋯溶膠和氧化鋯多晶纖維的制備方法

在審

• 申請號: 202110376426.7
• 申請日: 2021-04-08
• 公開（公告）號: CN113023775A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 袁康康;靳曉彤;李呈順;李潔;張光輝
• 申請（專利權）人: 齊魯工業大學
• 主分類號: C01G25/02
• 分類號: C01G25/02;D01F9/08;C04B35/48;C04B35/622
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本發明涉及一種配體修飾的氧化鋯溶膠和氧化鋯多晶纖維的制備方法。制備方法包括將氧氯化鋯，有機配體，堿性鋯源，釔鹽和助紡劑按照一定的比例，在水溶液中溶解，制得配體修飾的氧化鋯溶膠；將配體修飾的氧化鋯溶膠通過靜電紡絲法獲得氧化鋯前驅體纖維；將氧化鋯前驅體纖維通過熱處理制得氧化鋯多晶纖維。所得溶膠長期穩定，可紡性好，前驅體纖維固含量高，對環境濕度不敏感，所得多晶氧化鋯纖維直徑為0.2~1μm，在1400℃保持四方相或立方相晶相穩定且纖維形貌完整。

技術領域

本發明涉及一種配體修飾的氧化鋯溶膠和氧化鋯多晶纖維的制備方法，屬于無機非金屬材料領域。

背景技術

氧化鋯纖維以其高溫熔點、低熱導率、抗氧化和耐酸堿腐蝕等優勢，在國際上已經發展成為一種多用途的功能材料和結構材料。尤其是在高溫隔熱領域，氧化鋯纖維以其獨特的熱物理性能成為當今唯一能夠滿足1800℃以上和氧化氣氛下使用的多晶高品質耐火纖維材料，是航空航天領域和超高溫隔熱領域的重要材料。

近年來，隨著我國科技人員對氧化鋯纖維技術的持續研究，氧化鋯纖維制備技術已經發生了突飛猛進的變化，目前的研究趨勢轉向對氧化鋯纖維工程化生產的優化工作，以期實現低成本、低污染、低能耗和高附加值氧化鋯纖維的工業化生產。例如發明專利CN106929927A和CN106929947A分別通過聚乙酰丙酮合鋯和聚醋酸氧鋯溶膠實現了亞微米氧化鋯晶體纖維的制備；發明專利CN106637510A通過制備丙烯酸聚鋯溶膠制備了氧化鋯陶瓷纖維，解決了前驅體纖維對濕度敏感的問題，但同時也增大了有機酸的含量，降低了氧化鋯的固含量。以上方法所制備的溶膠具有良好的穩定性和可紡性，為氧化鋯纖維的工程化提供了技術基礎，但是，這些方法仍然存在著制備工藝復雜、氧化鋯固含量低和有機物燒失量大的問題，為此申請人的發明專利CN112080814A公開了一種高固含量氧化鋯陶瓷纖維的制備方法，避免了有機配體的使用，但這種方法存在著前驅體纖維對環境濕度敏感的問題，因此，高固含量氧化鋯前驅體溶膠和低濕度敏感性的氧化鋯前驅體纖維的研制仍需要進一步優化，以解決纖維制備對環境濕度要求較高的問題，同時增大纖維中氧化鋯的固含量，實現低成本、低污染和高質量氧化鋯纖維的制備，對于工業化穩定生產具有重要意義，此外，在氧化鋯纖維作為隔熱材料的應用中，細直徑的氧化鋯纖維及其制品會具有更優異的隔熱保溫性能，因此，制備穩定的細直徑氧化鋯纖維是目前研究的新趨勢。

發明內容

針對現有技術中存在的氧化鋯固含量低和對環境濕度敏感不能同時解決的不足，本發明提供了一種配體修飾的氧化鋯溶膠和氧化鋯多晶纖維的制備方法，不但可以提高溶膠中氧化鋯的固含量，還能有效的降低對環境濕度的敏感性，為氧化鋯纖維的制備及其工業化生產提供了一種新途徑，同時還可以降低纖維直徑，達到0.2-1μm，并能在1400℃保持四方相或立方相晶相穩定和纖維形態完整。

本發明的技術方案如下：

一種配體修飾的氧化鋯溶膠的制備方法，包括如下步驟：

(a) 按照質量比氧氯化鋯:水=1:0.5~20將氧氯化鋯溶于水中，攪拌溶解，然后按照氧氯化鋯與有機配體的摩爾比為1:0.5-2.0的比例向氧氯化鋯水溶液中加入有機配體，形成氧氯化鋯有機配體水溶液；

(b) 在20-85℃攪拌的條件下，向步驟(a)的氧氯化鋯有機配體水溶液中按照氧氯化鋯與堿性鋯源的摩爾比為1:0.5~2加入堿性鋯源，攪拌溶解，形成透明溶膠，獲得配體修飾的氧化鋯溶膠；

根據本發明優選的，步驟(a)所述的質量比氧氯化鋯:水=1:1~3。

根據本發明優選的，步驟(a)所述的有機配體為乙酰丙酮時，氧氯化鋯與有機配體的摩爾比為1:0.8~1；步驟(a)所述的有機配體為乙酸時，氧氯化鋯與有機配體的摩爾比為1:1~1.2；步驟(a)所述的有機配體為乙二醇時，氧氯化鋯與有機配體的摩爾比為1:1~1.5。

根據本發明優選的，步驟(b)所述的氧氯化鋯與堿性鋯源的摩爾比為1:1.5~2。

一種氧化鋯多晶纖維的制備方法，步驟如下：