[发明专利]一种配体修饰的氧化锆溶胶和氧化锆多晶纤维的制备方法

说明书

本发明涉及一种配体修饰的氧化锆溶胶和氧化锆多晶纤维的制备方法。制备方法包括将氧氯化锆，有机配体，碱性锆源，钇盐和助纺剂按照一定的比例，在水溶液中溶解，制得配体修饰的氧化锆溶胶；将配体修饰的氧化锆溶胶通过静电纺丝法获得氧化锆前驱体纤维；将氧化锆前驱体纤维通过热处理制得氧化锆多晶纤维。所得溶胶长期稳定，可纺性好，前驱体纤维固含量高，对环境湿度不敏感，所得多晶氧化锆纤维直径为0.2~1μm，在1400℃保持四方相或立方相晶相稳定且纤维形貌完整。

技术领域

本发明涉及一种配体修饰的氧化锆溶胶和氧化锆多晶纤维的制备方法，属于无机非金属材料领域。

背景技术

氧化锆纤维以其高温熔点、低热导率、抗氧化和耐酸碱腐蚀等优势，在国际上已经发展成为一种多用途的功能材料和结构材料。尤其是在高温隔热领域，氧化锆纤维以其独特的热物理性能成为当今唯一能够满足1800℃以上和氧化气氛下使用的多晶高品质耐火纤维材料，是航空航天领域和超高温隔热领域的重要材料。

近年来，随着我国科技人员对氧化锆纤维技术的持续研究，氧化锆纤维制备技术已经发生了突飞猛进的变化，目前的研究趋势转向对氧化锆纤维工程化生产的优化工作，以期实现低成本、低污染、低能耗和高附加值氧化锆纤维的工业化生产。例如发明专利CN106929927A和CN106929947A分别通过聚乙酰丙酮合锆和聚醋酸氧锆溶胶实现了亚微米氧化锆晶体纤维的制备；发明专利CN106637510A通过制备丙烯酸聚锆溶胶制备了氧化锆陶瓷纤维，解决了前驱体纤维对湿度敏感的问题，但同时也增大了有机酸的含量，降低了氧化锆的固含量。以上方法所制备的溶胶具有良好的稳定性和可纺性，为氧化锆纤维的工程化提供了技术基础，但是，这些方法仍然存在着制备工艺复杂、氧化锆固含量低和有机物烧失量大的问题，为此申请人的发明专利CN112080814A公开了一种高固含量氧化锆陶瓷纤维的制备方法，避免了有机配体的使用，但这种方法存在着前驱体纤维对环境湿度敏感的问题，因此，高固含量氧化锆前驱体溶胶和低湿度敏感性的氧化锆前驱体纤维的研制仍需要进一步优化，以解决纤维制备对环境湿度要求较高的问题，同时增大纤维中氧化锆的固含量，实现低成本、低污染和高质量氧化锆纤维的制备，对于工业化稳定生产具有重要意义，此外，在氧化锆纤维作为隔热材料的应用中，细直径的氧化锆纤维及其制品会具有更优异的隔热保温性能，因此，制备稳定的细直径氧化锆纤维是目前研究的新趋势。

发明内容

针对现有技术中存在的氧化锆固含量低和对环境湿度敏感不能同时解决的不足，本发明提供了一种配体修饰的氧化锆溶胶和氧化锆多晶纤维的制备方法，不但可以提高溶胶中氧化锆的固含量，还能有效的降低对环境湿度的敏感性，为氧化锆纤维的制备及其工业化生产提供了一种新途径，同时还可以降低纤维直径，达到0.2-1μm，并能在1400℃保持四方相或立方相晶相稳定和纤维形态完整。

本发明的技术方案如下：

一种配体修饰的氧化锆溶胶的制备方法，包括如下步骤：

(a) 按照质量比氧氯化锆:水=1:0.5~20将氧氯化锆溶于水中，搅拌溶解，然后按照氧氯化锆与有机配体的摩尔比为1:0.5-2.0的比例向氧氯化锆水溶液中加入有机配体，形成氧氯化锆有机配体水溶液；

(b) 在20-85℃搅拌的条件下，向步骤(a)的氧氯化锆有机配体水溶液中按照氧氯化锆与碱性锆源的摩尔比为1:0.5~2加入碱性锆源，搅拌溶解，形成透明溶胶，获得配体修饰的氧化锆溶胶；

根据本发明优选的，步骤(a)所述的质量比氧氯化锆:水=1:1~3。

根据本发明优选的，步骤(a)所述的有机配体为乙酰丙酮时，氧氯化锆与有机配体的摩尔比为1:0.8~1；步骤(a)所述的有机配体为乙酸时，氧氯化锆与有机配体的摩尔比为1:1~1.2；步骤(a)所述的有机配体为乙二醇时，氧氯化锆与有机配体的摩尔比为1:1~1.5。

根据本发明优选的，步骤(b)所述的氧氯化锆与碱性锆源的摩尔比为1:1.5~2。

一种氧化锆多晶纤维的制备方法，步骤如下：