專利名稱：高純納米型聚羥基氯化鋯溶膠的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高純納米型聚羥基氯化鋯溶膠的制備方法，屬于無(wú)機(jī)聚合物溶膠合成領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
氧化鋯陶瓷是一種重要的結(jié)構(gòu)和功能材料，具有優(yōu)異的物理和化學(xué)性能，它的開(kāi)發(fā)研究與應(yīng)用，已引起了世界各國(guó)的高度重視。基于納米材料的尺寸效應(yīng)，將氧化鋯材料納米化，制備成結(jié)構(gòu)均勻的納米級(jí)^O2材料(粉體、薄膜、纖維、塊體等)，可進(jìn)一步拓展氧化鋯材料的性能和應(yīng)用。采用化學(xué)法制備均勻、穩(wěn)定、成分和結(jié)構(gòu)可調(diào)控的氧化鋯前驅(qū)體(膏體或聚鋯化合物)，是制備氧化鋯納米材料的重要前提，也是保證其具備納米性能的關(guān)鍵。目前的化學(xué)法主要有水熱法、共沉淀法、醇鹽水解法及一步酸溶法等。采用鋯醇鹽水解制備的氧化鋯前驅(qū)體溶膠盡管膠體穩(wěn)定、粒度分布均勻，但水解條件苛刻，原料成本高[參見(jiàn)-Process for preparing zirconia sols and/or zirconia forms,US5238625]；共沉淀法貝丨J工藝繁瑣，需將鋯的水溶性鹽通過(guò)氨法沉淀、過(guò)濾、清洗，再通過(guò)酸或者醇進(jìn)行溶解[參見(jiàn)超細(xì)二氧化鋯制備與表征，工業(yè)催化，16 (2008) 23-25]；水熱法則需要高溫高壓，且不足之處是只能制備納米粉體，纖維和薄膜等則無(wú)法制備[參見(jiàn)水熱法制備納米二氧化鋯粉體，稀有金屬， 27(2003)486-490]。一步酸溶法則由于工藝簡(jiǎn)單，對(duì)設(shè)備要求低，成為制備氧化鋯前驅(qū)體的首先工藝。聚羥基氯化鋯是鋯鹽與鹽酸通過(guò)浸取反應(yīng)，通過(guò)一步酸溶法制備的無(wú)機(jī)聚鋯化合物，其化學(xué)式為&0(0H)xC12_x · ηΗ20，含一定量的活性羥基，使其具有較好的吸附和聚合能力。其制備原理是向鹽酸溶液中加入碳酸鋯，反應(yīng)初期，由于鹽酸含量較大，碳酸鋯與鹽酸發(fā)生反應(yīng)，生成二氯氧鋯，釋放出二氧化碳?xì)怏w；隨著反應(yīng)進(jìn)行，氫離子含量逐漸減少，溶液的PH升高，生成的二氯氧鋯亦會(huì)發(fā)生水解反應(yīng)，生產(chǎn)聚羥基氯化鋯，其反應(yīng)過(guò)程如下Zr0C03+2HCl — Zr0Cl2+H20+C02 個(gè)Zr0Cl2+xH20 — ZrO (OH) xC12_x+xHC1ZrOCO3+ (2-χ) HCl+ (χ-l) H2O — ZrO (OH) XC12_X+C02 個(gè)，(1 < χ < 2)聚羥基氯化鋯的應(yīng)用廣泛，如干燥后煅燒可制備氧化鋯納米粉；將聚羥基氯化鋯中加入一定的高分子聚合物，可制備成紡絲液，用于合成氧化鋯纖維；將聚羥基氯化鋯進(jìn)行表面涂覆，可制備氧化鋯薄膜材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種高純納米型聚羥基氯化鋯溶膠的制備方法，所制備的膠體澄清透明，純度高，結(jié)構(gòu)和尺寸可控。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是提供一種高純納米型聚羥基氯化鋯溶膠的制備方法，其特征包括以下步驟
(1)將鹽酸加水配制成濃度為3 6mol/l的鹽酸溶液，攪拌下將碳酸鋯粉體加水配制成均勻懸浮液，過(guò)濾后將碳酸鋯粉體加入到鹽酸溶液中，攪拌均勻；(2)將步驟(1)所得混合物于70 90°C下回流水解，至碳酸鋯完全溶解；(3)以氧化鋯的摩爾數(shù)為基數(shù)，向步驟(2)的溶液中加入摩爾百分比3 8%的相穩(wěn)定劑，攪拌均勻；(4)將步驟C3)所得的混合液在60 80°C下減壓蒸餾脫水，過(guò)濾后獲得濃度在 20 40%的聚羥基氯化鋯溶膠。所述的步驟(1)中的碳酸鋯和鹽酸摩爾比例為(1 1. 5) 1。其中優(yōu)選(1. 2 1.5) 1。所述的步驟(3)中相穩(wěn)定劑為氯化釔、硝酸釔、醋酸釔或者氯化鈣。其中相穩(wěn)定劑優(yōu)選為氯化釔。所述的步驟(4)中減壓蒸餾的溫度在60 70°C。本發(fā)明的有益效果是1.溶膠的純度高，澄清透明，穩(wěn)定性好。2.在分子水平上可容易地實(shí)現(xiàn)摻雜，可根據(jù)使用要求添加一定的有機(jī)物或無(wú)機(jī)物，方便制備出不同性能的氧化鋯制品。3.膠粒尺寸可以通過(guò)酸的濃度以及水解溫度和水解時(shí)間來(lái)控制，保證其納米特性。


圖1是實(shí)施例1制備的聚羥基氯化鋯溶膠的粒度分布圖。圖2是實(shí)施例1制備的聚羥基氯化鋯溶膠的紅外光譜圖。圖3是實(shí)施例1制備的聚羥基氯化鋯溶膠的XRD衍射圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例1把617g碳酸鋯粉體置于水中形成懸浮液，過(guò)濾除去雜質(zhì)后待用。稱取濃度為 31wt%的工業(yè)鹽酸117g，稀釋至10wt%，加入到回流裝置中，升溫至50°C ；把上述處理的碳酸鋯粉末加入到鹽酸溶液中，攪拌并加熱到80°C，直至完全溶解；加入25g氯化釔，進(jìn)一步回流水解，直至溶液完全澄清透明。將溶液在80°C下經(jīng)過(guò)減壓蒸餾，脫水至濃度在25wt %， 得最終的膠體。所得膠體的粒度分布見(jiàn)圖1，干燥后的紅外光譜圖見(jiàn)圖2，1000°C煅燒后的 XRD圖見(jiàn)圖3。實(shí)施例2把174g碳酸鋯粉體置于水中形成懸浮液，過(guò)濾除去雜質(zhì)后待用。稱取濃度為 31wt%的工業(yè)鹽酸50g，稀釋至IOwt %，加入到回流裝置中，升溫至50°C ；把上述處理的碳酸鋯粉末加入到鹽酸溶液中，攪拌并加熱到70°C，直至完全溶解；加入10. 18g氯化釔， 進(jìn)一步回流水解，直至溶液完全澄清透明。將溶液在60°C下經(jīng)過(guò)減壓蒸餾，脫水至濃度在 30wt%，得最終的膠體。
實(shí)施例3把323碳酸鋯粉體置于水中形成懸浮液，過(guò)濾除去雜質(zhì)后待用。稱取濃度為 31wt%的工業(yè)鹽酸78. 5g，稀釋至8wt%，加入到回流裝置中，升溫至50°C ；把上述處理的碳酸鋯粉末加入到鹽酸溶液中，攪拌并加熱到90°C，直至完全溶解；加入7. 9g醋酸釔，進(jìn)一步回流水解，直至溶液完全澄清透明。將溶液在70°C下經(jīng)過(guò)減壓蒸餾，脫水至濃度在40wt %， 得最終的膠體。
權(quán)利要求
1.一種高純納米型聚羥基氯化鋯溶膠的制備方法，其特征包括以下步驟(1)將鹽酸加水配制成濃度為3 6mol/l的鹽酸溶液，攪拌下將碳酸鋯粉體加水配制成均勻懸浮液，過(guò)濾后將碳酸鋯粉體加入到鹽酸溶液中，攪拌均勻；(2)將步驟(1)所得混合物于70 90°C下回流水解，至碳酸鋯完全溶解；(3)以氧化鋯的摩爾數(shù)為基數(shù)，向步驟(2)的溶液中加入摩爾百分比3 8%的相穩(wěn)定齊U，攪拌均勻；(4)將步驟( 所得的混合液在60 80°C下減壓蒸餾脫水，過(guò)濾后獲得濃度在20 40%的聚羥基氯化鋯溶膠。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高純納米型聚羥基氯化鋯溶膠的制備方法，其特征在于所述的步驟(1)中的碳酸鋯和鹽酸摩爾比例為(1 1. 5) 1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高純納米型聚羥基氯化鋯溶膠的制備方法，其特征在于所述的步驟(3)中相穩(wěn)定劑為氯化釔、硝酸釔、醋酸釔或者氯化鈣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高純納米型聚羥基氯化鋯溶膠的制備方法，其特征在于所述的步驟中減壓蒸餾的溫度在60 70°C。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高純納米型聚羥基氯化鋯溶膠的制備方法，其特征包括以下步驟將鹽酸加水配制成濃度為3～6mol/l的鹽酸溶液，攪拌下將碳酸鋯粉體加水配制成均勻懸浮液，過(guò)濾后將碳酸鋯粉體加入到鹽酸溶液中，攪拌均勻；將步驟(1)所得混合物于70～90℃下回流水解，至碳酸鋯完全溶解；以氧化鋯的摩爾數(shù)為基數(shù)，向步驟(2)的溶液中加入摩爾百分比3～8％的相穩(wěn)定劑，攪拌均勻；將步驟(3)所得的混合液在60～80℃下減壓蒸餾脫水，過(guò)濾后獲得濃度在20～40％的聚羥基氯化鋯溶膠。溶膠的純度高，澄清透明，穩(wěn)定性好；在分子水平上可容易地實(shí)現(xiàn)摻雜，可根據(jù)使用要求添加一定的有機(jī)物或無(wú)機(jī)物，方便制備出不同性能的氧化鋯制品。
文檔編號(hào)C01G25/04GK102464353SQ20101055131
公開(kāi)日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2010年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月19日
發(fā)明者岳耀輝, 徐營(yíng), 李呈順, 鹿俊華, 鹿成洪 申請(qǐng)人:山東魯陽(yáng)股份有限公司