一种聚合羟基乙酸锆的水溶液的制备方法技术

本发明专利技术提供一种聚合羟基乙酸锆水溶液及其制备方法和用途。本发明专利技术的聚合羟基乙酸锆水溶液单独地或者与相稳定剂混匀，制备氧化锆陶瓷材料或者作为氧化锆陶瓷的结合剂，相对于传统方法制得的氧化锆陶瓷材料，提升材料的致密程度和粘接力。

Method for preparing aqueous solution of poly hydroxy zirconium acetate

The invention provides an aqueous solution of poly hydroxy zirconium acetate, a preparation method and an application thereof. The invention of the hydroxy zirconium acetate aqueous solution with or without phase stabilizer mixing, preparation of zirconia ceramic material as binder or zirconia ceramics, with zirconia ceramic material obtained by traditional methods, enhance the material compactness and adhesion.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种聚合羟基乙酸锆的水溶液及其制备方法和用途。属于无机非金属材料领域。
技术介绍
二氧化锆(ZrO2)具有熔点(2715℃)和沸点(5000℃)高、硬度大、热导系数小、常温下为绝缘体，而高温下则具有导电性等优良性质。ZrO2有三种晶型，属多晶相转化的氧化物，低温下以单斜相(m)存在，密度5.65g/cm3，高温时为四方相(t)，密度为6.10g/cm3，更高温度下转变为立方相(c)，密度6.27g/cm3，在不同温度范围内可以相互转化，其晶型转化如下所示。二氧化锆在不同温度范围内的晶型变化.ZrO2在低温时为单斜晶结构(m-ZrO2)，高于1170℃时四方晶相(t-ZrO2)逐渐形成，直至2370℃时只存在四方晶相，高于2370℃至熔点温度则为立方晶相(c-ZrO2)。在加热升温过程中伴随着体积收缩，而在冷却过程中则体积膨胀。t→m和m→t的相变属于马氏体相变，并伴有3-5％的体积变化和一定的剪切形变,因此在使用时为使其不发生体积变化，必须进行晶相稳定化处理。相稳定化处理常用的稳定剂有Y2O3、CaO、MgO、CeO2和其它稀土氧化物。这些氧化物的阳离子半径与Zr4+相近(相差12％以内)，它们在ZrO2中的溶解度很大，可和ZrO2形成单斜、四方和立方等晶型的置换型固溶体。这种固溶体可以通过快冷避免共析分解，以亚稳态保持到室温。通过控制加入稳定剂的含量可以获得相组成不同的氧化锆，若使部分t-ZrO2亚稳到室温，就得到部分稳定ZrO2(PSZ)；若使t-ZrO2全部亚稳到室温则获得只含t-ZrO2的单相多晶四方ZrO2(TZP)；若使c-ZrO2稳到室温，可获得c-ZrO2单相材料即全稳定ZrO2(FSZ)。由于氧化锆材料在不同温度下具有晶相的相互转变并伴随体积收缩的特性，要使氧化锆材料能够在特定环境下稳定使用，则必须要添加合适的相稳定剂。而氧化锆的高熔点和熔体的低粘度特性,导致无法通过常规熔融法制备相关性能的材料。常规氧化锆陶瓷材料生产过程中，通常将氧化锆粉体和相稳定剂充分混合，制备成型，再经过高温烧结获得具有稳定的四方或立方相氧化锆陶瓷材料，由于氧化锆粉体和相稳定剂粉体混合法无法使得相稳定剂与氧化锆形成充分一致的固溶体，导致获得的材料晶相稳定性和一致性相对较差，严重影响了材料的使用性能。而粉体法制备工艺又大大限制了特殊形态氧化锆系列新材料的开发。乙酸锆、硝酸氧锆、氧氯化锆等锆盐水溶液作为氧化锆陶瓷的粘接剂或直接制备氧化锆陶瓷材料，存在材料疏松、难以烧结，不利于提升材料的致密程度和粘接力。
技术实现思路
为克服现有技术缺陷，本专利技术提供一种新型的聚合羟基乙酸锆的水溶液，用于制备系列氧化锆陶瓷材料。本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术提供了一种聚合羟基乙酸锆水溶液，其特征在于：按照ZrO2：H2O摩尔比为1:10～15的比例，称取相应质量的乙酸锆(Zr(CH3CO2)4)和水，混合搅拌并加热至45℃～75℃，反应体系pH在2.0～4.5之间，逐步蒸发出反应体系中乙酸和水，控制反应进程到反应体系中ZrO2：乙酸根的摩尔比在0.5～3.5：1，即制得所述的聚合羟基乙酸锆水溶液。作为本专利技术又一专利技术目的，还提供了一种制备上述所述的聚合羟基乙酸锆水溶液的方法，其包括将适量乙酸锆和适量水混合后控制反应条件反应生成所述的聚合羟基乙酸锆的步骤；优选地，其中所述步骤中，按照ZrO2：H2O摩尔比为1:10～15的比例，称取相应质量的乙酸锆(Zr(CH3CO2)4)和水，混合搅拌并加热至45℃～75℃，反应体系pH在2.0～4.5之间，逐步蒸发出反应体系中乙酸和水，控制反应进程到反应体系中ZrO2：乙酸根的摩尔比在0.5～3.5：1。本专利技术还提供了上述所述的聚合羟基乙酸锆水溶液的应用，用于制备氧化锆陶瓷材料；优选地，所述的氧化锆陶瓷材料为氧化锆陶瓷(如烤瓷牙、氧化锆功能陶瓷等)或耐火材料，或者氧化锆陶瓷纤维，或者作为氧化锆陶瓷或耐火材料的结合剂。其中，作为氧化锆陶瓷或耐火材料的结合剂，其加入量可以为1％-10％。上述所述的用途，其中所述的聚合羟基乙酸锆水溶液可以单独地或者可以和相稳定剂混合；优选地，所述的相稳定剂是Y2O3、CaO、MgO等氧化物；更优选地，作为相稳定剂来源的硝酸钇、硝酸钙、硝酸镁等硝酸盐加入聚合羟基乙酸锆水溶液的形式。所述的聚合羟基乙酸锆水溶液可以和作为相稳定剂来源的硝酸钇、硝酸钙、硝酸镁等硝酸盐混合，混合均匀后溶液内ZrO2：相稳定剂摩尔比为1:0.01～0.15。本专利技术还提供一种氧化锆陶瓷材料，其中：所述的氧化锆陶瓷材料为氧化锆陶瓷或耐火材料的结合剂，其为上述所述的聚合羟基乙酸锆水溶液，或者上述所述方法制得的聚合羟基乙酸锆水溶液，单独地或者和作为相稳定剂来源的硝酸钇、硝酸钙、硝酸镁等硝酸盐混合，混合均匀后溶液内ZrO2：相稳定剂摩尔比为1:0.01～0.15，即得；或者所述的氧化锆陶瓷材料为氧化锆陶瓷或者耐火材料，其为上述所述的聚合羟基乙酸锆水溶液，或者上述所述方法制得的聚合羟基乙酸锆水溶液，单独地或者可以和作为相稳定剂来源的硝酸钇、硝酸钙、硝酸镁等硝酸盐混合，混合均匀后溶液内ZrO2：相稳定剂摩尔比为1:0.01～0.15，经干燥后得到凝胶，再将凝胶成型后经1500-1800℃高温烧结，即得；或者所述的氧化锆陶瓷材料为氧化锆陶瓷纤维，其为上述所述的聚合羟基乙酸锆水溶液，或者上述所述方法制得的聚合羟基乙酸锆水溶液，单独地或者可以和作为相稳定剂来源的硝酸钇、硝酸钙、硝酸镁等硝酸盐混合，混合均匀后溶液内ZrO2：相稳定剂摩尔比为1:0.01～0.15，通过蒸发水分浓缩，获得黏度为0.3-10Pa.s的溶胶，将溶胶经过高速离心设备成凝胶纤维，将凝胶纤维以0.3～5℃/min的速度升温至1000℃-1800℃，恒温0.5-5h，即得。作为本专利技术另一目的，还提供了上述氧化锆陶瓷材料的制备方法，其特征在于包括制备上述所述的聚合羟基乙酸锆水溶液的步骤，将适量乙酸锆和适量水混合后控制反应条件反应生成所述的聚合羟基乙酸锆的步骤；优选地，其中所述步骤中，按照ZrO2：H2O摩尔比为1:10～15的比例，称取相应质量的乙酸锆(Zr(CH3CO2)4)和水，混合搅拌并加热至45℃～75℃，反应体系pH在2.0～4.5之间，逐步蒸发出反应体系中乙酸和水，控制反应进程到反应体系中ZrO2：乙酸根的摩尔比在0.5～3.5：1。将上述制得的聚合羟基乙酸锆水溶液，单独地或者和作为相稳定剂来源的硝酸钇、硝酸钙、硝酸镁等硝酸盐混合，混合均匀后溶液内ZrO2：相稳定剂摩尔比为1:0.01～0.15，即得氧化锆陶瓷或耐火材料的结合剂；或者，将上述制得的聚合羟基乙酸锆水溶液，单独地或者可以和作为相稳定剂来源的硝酸钇、硝酸钙、硝酸镁等硝酸盐混合，混合均匀后溶液内ZrO2：相稳定剂摩尔比为1:0.01～0.15，经干燥后得到凝胶，再将凝胶成型后经1500-1800℃高温烧结，即得氧化锆陶瓷或者耐火材料；或者，将上述制得的聚合羟基乙酸锆水溶液，单独地或者可以和作为相稳定剂来源的硝酸钇、硝酸钙、硝酸镁等硝酸盐混合，混合均匀后溶液内ZrO2：相稳定剂摩尔比为1:0.01～0.15，通过蒸发水分浓缩，获得黏度为0.3-10Pa.s的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚合羟基乙酸锆水溶液，其特征在于：按照ZrO2：H2O摩尔比为1:10～15的比例，称取相应质量的乙酸锆(Zr(CH3CO2)4)和水，混合搅拌并加热至45℃～75℃，反应体系pH在2.0～4.5之间，逐步蒸发出反应体系中乙酸和水，控制反应进程到反应体系中ZrO2：乙酸根的摩尔比在0.5～3.5：1，即制得所述的聚合羟基乙酸锆水溶液。

【技术特征摘要】
1.一种聚合羟基乙酸锆水溶液，其特征在于：按照ZrO2：H2O摩尔比为1:10～15的比例，称取相应质量的乙酸锆(Zr(CH3CO2)4)和水，混合搅拌并加热至45℃～75℃，反应体系pH在2.0～4.5之间，逐步蒸发出反应体系中乙酸和水，控制反应进程到反应体系中ZrO2：乙酸根的摩尔比在0.5～3.5：1，即制得所述的聚合羟基乙酸锆水溶液。2.一种制备权利要求1所述的聚合羟基乙酸锆水溶液的方法，其包括将适量乙酸锆和适量水混合后控制反应条件反应生成聚合羟基乙酸锆的步骤。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述步骤中，按照ZrO2：H2O摩尔比为1:10～15的比例，称取相应质量的乙酸锆(Zr(CH3CO2)4)和水，混合搅拌并加热至45℃～75℃，反应体系pH在2.0～4.5之间，逐步蒸发出反应体系中乙酸和水，控制反应进程到反应体系中ZrO2：乙酸根的摩尔比在0.5～3.5：1。4.权利要求1所述的聚合羟基乙酸锆水溶液在制备氧化锆陶瓷材料中的应用。5.根据权利要求4所述的应用，其中，所述的氧化锆陶瓷材料为氧化锆陶瓷(如烤瓷牙、氧化锆功能陶瓷等)或耐火材料，或者氧化锆陶瓷纤维，或者作为氧化锆陶瓷或耐火材料的结合剂。6.根据权利要求5所述的用途，其中所述的聚合羟基乙酸锆水溶液单独地或者和相稳定剂混合使用。7.根据权利要求6所述的用途，其中所述的相稳定剂为氧化钇(Y2O3)、氧化钙(CaO)或氧化镁(MgO)中的一种或两种以上。8.根据权利要求7所述的用途，其中所述的相稳定剂以硝酸盐...

【专利技术属性】
技术研发人员：任克诚，赵显，许元虎，任鑫佳，周小平，
申请(专利权)人：安徽同和晶体新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34