專利名稱：高純納米型聚羥基氯化鋯溶膠的制備方法
技術領域：
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，屬于無機聚合物溶膠合成領域。
背景技術：
氧化鋯陶瓷是一種重要的結構和功能材料，具有優(yōu)異的物理和化學性能，它的開發(fā)研究與應用，已引起了世界各國的高度重視?；诩{米材料的尺寸效應，將氧化鋯材料納米化，制備成結構均勻的納米級^O2材料(粉體、薄膜、纖維、塊體等)，可進一步拓展氧化鋯材料的性能和應用。采用化學法制備均勻、穩(wěn)定、成分和結構可調控的氧化鋯前驅體(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鍵。目前的化學法主要有水熱法、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-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氨法沉淀、過濾、清洗，再通過酸或者醇進行溶解[參見超細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，纖維和薄膜等則無法制備[參見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單，對設備要求低，成為制備氧化鋯前驅體的首先工藝。聚羥基氯化鋯是鋯鹽與鹽酸通過浸取反應，通過一步酸溶法制備的無機聚鋯化合物，其化學式為&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，反應初期，由于鹽酸含量較大，碳酸鋯與鹽酸發(fā)生反應，生成二氯氧鋯，釋放出二氧化碳氣體；隨著反應進行，氫離子含量逐漸減少，溶液的PH升高，生成的二氯氧鋯亦會發(fā)生水解反應，生產聚羥基氯化鋯，其反應過程如下Zr0C03+2HCl — Zr0Cl2+H20+C02 個Zr0Cl2+xH20 — ZrO (OH) xC12_x+xHC1ZrOCO3+ (2-χ) HCl+ (χ-l) H2O — ZrO (OH) XC12_X+C02 個，(1 < χ < 2)聚羥基氯化鋯的應用廣泛，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；將聚羥基氯化鋯進行表面涂覆，可制備氧化鋯薄膜材料。
發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問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，結構和尺寸可控。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術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)以氧化鋯的摩爾數為基數，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現摻雜，可根據使用要求添加一定的有機物或無機物，方便制備出不同性能的氧化鋯制品。3.膠粒尺寸可以通過酸的濃度以及水解溫度和水解時間來控制，保證其納米特性。
圖1是實施例1制備的聚羥基氯化鋯溶膠的粒度分布圖。圖2是實施例1制備的聚羥基氯化鋯溶膠的紅外光譜圖。圖3是實施例1制備的聚羥基氯化鋯溶膠的XRD衍射圖。
具體實施例方式下面結合實施例對本發(fā)明作進一步說明。實施例1把617g碳酸鋯粉體置于水中形成懸浮液，過濾除去雜質后待用。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，進一步回流水解，直至溶液完全澄清透明。將溶液在80°C下經過減壓蒸餾，脫水至濃度在25wt %， 得最終的膠體。所得膠體的粒度分布見圖1，干燥后的紅外光譜圖見圖2，1000°C煅燒后的 XRD圖見圖3。實施例2把174g碳酸鋯粉體置于水中形成懸浮液，過濾除去雜質后待用。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， 進一步回流水解，直至溶液完全澄清透明。將溶液在60°C下經過減壓蒸餾，脫水至濃度在 30wt%，得最終的膠體。
實施例3把323碳酸鋯粉體置于水中形成懸浮液，過濾除去雜質后待用。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，進一步回流水解，直至溶液完全澄清透明。將溶液在70°C下經過減壓蒸餾，脫水至濃度在40wt %， 得最終的膠體。
權利要求
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)以氧化鋯的摩爾數為基數，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，過濾后獲得濃度在20 40%的聚羥基氯化鋯溶膠。
2.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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；以氧化鋯的摩爾數為基數，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現摻雜，可根據使用要求添加一定的有機物或無機物，方便制備出不同性能的氧化鋯制品。
文檔編號C01G25/04GK102464353SQ20101055131
公開日2012年5月23日 申請日期2010年11月19日 優(yōu)先權日2010年11月19日
發(fā)明者岳耀輝, 徐營, 李呈順, 鹿俊華, 鹿成洪 申請人:山東魯陽股份有限公司