[00141150]一种聚合羟基乙酸锆的水溶液的制备方法

一、课题来源和背景： 二氧化锆具有熔点（2715℃）高、硬度大、热导系数小、耐酸碱腐蚀性好、抗氧化还原性强等优良性质。可被开发应用于长期在1700℃以上超高温下使用的优质高温隔热材料和结构功能材料。 由于氧化锆材料在不同温度下会发生晶相相互转变并伴随体积的变化,因此需要添加合适的相稳定剂来避免材料的破坏。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（Y2O3）充分混合,制备成型,再经过高温烧结获得具有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氧化锆系列新材料的开发,由于氧化锆具有高熔点和熔体低粘度特性, 导致其无法通过常规熔融法制备氧化锆纤维等其它形态材料。另外目前市场上采用乙酸锆、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等缺陷。 二、技术原理及性能指标： 以乙酸锆和水为主原料,通过控制物料反应温度、pH和聚合锆盐在不同阶段Zr、酸根和水的比例,制备获得聚合羟基乙酸锆的水溶液。 指标要求：ZrO2：[CH3COO]ˉ的摩尔比在0.5～3.5：1。 三、技术的创造性和先进性： 1、首创采用水体系制备技术,使得聚合羟基乙酸锆的水溶液中锆以聚合羟基乙酸锆的形式溶解于水溶液中,生产工艺绿色环保。该技术是通过在水体系中进行制备,替代原有有机溶剂体系制备工艺,中间合成无有毒易燃爆物质参与,从而大大提高员工安全作业性能,同时更加有利于环境保护。 2、聚合羟基乙酸锆的水溶液相较于常规采用氧化锆粉体制备工艺具有更加广泛的应用效果和更加好的产品性能：（1） 用于作为氧化锆陶瓷及耐火材料的结合剂,与已有氧化锆陶瓷材料的粘结剂或结合剂相比,材料的致密程度和粘接力更好;（2）用于制备氧化锆陶瓷,比如烤瓷牙和氧化锆功能陶瓷等,具有内部组分均匀性好、易于烧结、抗折和耐压强度大等优点;（3）用于制备氧化锆纤维,浓缩后的聚合羟基乙酸锆线性聚合度好,成纤性能佳,获得的纤维具有直径细且均匀、渣球少及强度好等优点。 四、技术的成熟程度,适用范围和安全性： 公司从2016年开始进一步开展对水体系环保型氧化锆纤维制备工艺的研制和开发,并获得了一种聚合羟基乙酸锆的水溶液的制备方法的发明专利,现已进入产业化生产阶段,产品技术达到了国内领先水平。一种聚合羟基乙酸锆的水溶液的制备技术主要用于制备氧化锆陶瓷及耐火材料的结合剂、氧化锆陶瓷（比如烤瓷牙和氧化锆功能陶瓷等）和氧化锆纤维等系列材料。目前公司主要将该技术用于氧化锆纤维的制备及应用,氧化锆纤维产品是一种可长期在1700℃以上超高温及各类气氛保护环境下安全使用的优质高温保温隔热材料,使用寿命长达12个月以上。该技术首创采用水体系工艺,聚合锆盐具有良好的线性结构可控性和稳定性,解决了传统工艺生产过程中原料易燃爆、有毒、安全性低、生产流程长、难以控制、副产物有污染、投资成本高、产品性能不稳定等诸多弊端,工艺达到了绿色环保和安全生产的要求。 五、应用情况及存在的问题： 公司已实现氧化锆纤维连续生产、成品率高的工业化生产目标,目前拥有国内最大的氧化锆纤维生产线,市场占有率全国第一。产品主要作为耐超高温保温隔热材料应用在航空航天飞行器、导弹、火箭、卫星、发动机等军工尖端科技领域和超高温实验电炉、工业窑炉、晶体生长炉及复合增强材料开发等民用工业领域都具有广泛的应用前景。其中公司氧化锆纤维制品已在蓝宝石长晶炉、激光晶体长晶炉等热场高温区域批量使用,客户反馈与原钨钼热场相比降低能耗达40%,取得了明显的经济效应。氧化锆纤维已得到航天科工集团航天三院航天特种材料及工艺技术研究所（306所）和航天科技集团运载火箭技术研究院航天材料及工艺研究所（703所）的认可和采用,是该两大材料所的唯一供应商。 从目前氧化锆产业的发展来看,氧化锆纤维材料行业技术壁垒高,市场垄断程度较高。一方面国内对氧化锆纤维的应用研究进展还比较缓慢,另一方面,目前世界上只有氧化锆短纤维产品,若氧化锆连续纤维的研究取得重大突破,将取代目前每年进口数亿元的氧化铝连续纤维,也能在防火隔热织物和防弹衣上有重大应用突破。 六、历年获奖情况： 公司自成立以来通过自主创新先后申报了17项专利成果,已取得了2项发明专利和10项实用新型专利,2个省级新产品。2014年公司“超细氧化锆纤维及其应用的生产技术”被国内知名专家鉴定为达到国内领先水平。2015年公司“超细氧化锆纤维及其应用” 项目荣获铜陵市第十四次科学进步奖三等奖。2017年公司被认定为安徽省高新技术企业。公司已承担了1项国家级、1项省级面上攻关项目和1项市级科技计划项目。