Способ получения гидрозоля диоксида циркония Советский патент 1993 года по МПК C01G25/02 

Изобретение относится к получению гидрозолей оксидов металлов и может быть использовано в золь-гель-процессах синтеза керамики и стекла различного назначения.

Цель изобретения - упрощение способа и повышение концентрации золя.

Поставленная цель достигается предлагаемым техническим решением, в соответ-. .ствии с которым в качестве алкоксида циркония используют алкоксид, имеющий в своем составе одну ацетатную группу общей формулы 2лЈЖ)з(СНзСОО), где OR - ал- коксидная группа, а гидролиз и стабилизацию осуществляют смешением спиртового раствора алкоксида циркония с водным раствором азотной кислоты.

Исходный спиртовой раствор берут с концентрацией алкоксида. не превышающей 1,3 моль/л. Повышение концентрации алкоксида сверх указанного предела ведет к образованию геля при гидролизе. Использование алкоксида, имеющего одну ацетатную группу, позволяет существенно (в десятки раз) повысить растворимость злкок- . сида в спирте и замедлить скорость как реакции гидролиза так и поликонденсации гидроксида циркония, образующегося при гидролизе. Эти факторы играют определяющую роль при получении стабильного золя повышенной концентрации.

Азотная кислота, находящаяся в водном растворе, играет роль стабилизатора золя и ее концентрация должна быть не ниже 0,4 моль/л. При концентрациях ниже указанной гидролиз сопровождается образованием геля. При смешении спиртового и водного растворов соотношение их объемов не дол00

ю

СО

ся

00

жно превышать 1:1. Превышение этого соотношения также приводит к гелеобразо- ванию.

После проведения гидролиза спирт из раствора удаляют кипячением (отгонкой) при атмосферном давлении. Продукт, получаемый после отгонки спирта, представляет собой стабильный гидрозоль диоксида циркония с концентрацией ZrCte до 17 мас.%. Важной особенностью получаемого золя яв лятся то, что он может быть сконцентрирован упариванием или ультрафильтрацией до любой желаемой концентрации, вплоть до твердого продукта. Твердый продукт, получаемый сушкой концентрированного золя, обладает важной особенностью- при внесении его в воду идет самопроизвольное диспергирование с образованием золя любой желаемой концентрации.

Дополнительным преимуществом предлагаемого способа является то, что алкокси- ды легко подвергаются очистке дистилляцией и, следовательно, можно,существенно повысить чистоту получаемых золей.- .

Пример. 200 мл раствора алкоксида циркония в изопррпамоле при перемешивании добавляют к 200 мл раствора азотной кислоты в воде. Концентрация алкоксида в спиртовом растворе 1,3 моль/л, а концентрация азотной кислоты-в водном растворе 0,4 моль/л. В качестве алкоксида циркония используют изопропоксид циркония,-в состав молекулы которого введены одна ацетатная группа 1г(изоОРг)з(СНзСОО).

Затем раствор, полученный после смешения, доводят до кипения и осуществляют отгонку спирта из раствора в виде его азе- отропа с водой, имеющего температуру кипения 80°С, Отгонку спирта прекращают при повышении температуры до , а раствор охлаждают.

Раствор, полученный после отгонки спирта, имеет обьем 170 мл и представляет собой слабоопалесцирующий гидрозоль диоксида циркония с концентрацией последнего 17 мас.%. Вязкость золя,-измеренная с помощьюкапиллярного вискозиметра, Па-с. Ни оптическая плотность этого золя, ни вязкость не изменились в течение четырех месяцев, что свидетельствует о его стабильности.

100 мл золя с концентрацией 17 мас,% упаривают при атмосферном давлении 65 мл, т.е. отгоняют 35 мл воды. Таким образом получают золь с концентрацией 25 мас,%,

Вязкость этого золя 2, Па- с и он так же стабилен, как и золь с концентрацией 17 мас.%.

50 мл золя концентрацией 17 мас.% сушат при атмосферном давлении до получения твердого стеклообразного продукта. Этот продукт содержит 50 мас.% ZrOa.10 r этого твердого стеклообразного продукта вносят в 25 мл аоды. После растворения (самодиспергирования) стеклообразного

продукта получают золь диоксида циркония концентрацией 20 мас.%.

Проведены также синтезы гидрозоля диоксида циркония при условиях, описанных в вышеприведенном примере, но в качестве алкоксидов циркония использовали этоксид циркония; н-пропоксид циркония, бутоксид циркония. При введении в эти ал- коксиды одной ацетатной группы поставленная цель достигается и в этих случаях.

Синтезы золя диоксида циркония, про- веденные по методике известного способа 2, показали, что этот способ позволяет получать золи с концентрацией ZrO 1-3 мае. % при значительно большей сложности его реа/шзации.

Таким образом, предложенный способ получения гидрозоля диоксида циркония позволяет значительно повысить его концентрацию при упрощении способа и сохранении стабильности золя.

Формула изобретения

Способ получения гидрозоля диоксида циркония, включающий гидролиз спиртового раствора алкоксида циркония и стабилизацию золя азотной кислотой с последующим отделением спирта, отличающийся тем, что, с целью повышения

концентрации золя при упрощении способа, в качестве алкоксида циркония используют алкоксид циркония, одна из алкоксидных групп которого замешана на ацетатную группу, а гидролиз и стабилизацию осуществляют одновременно смешением спиртового раствора с водным раствором азотной кислоты.

Использование:для получения гидрозолей окислов металлов, применяемых в золь- гель процессах синтеза керамики и стекла различного назначения. Сущность изобретения: раствор алкоксида циркония с концентрацией в изопропаноле 1,3 моль/л при перемешивании добавляют к 200 мл азотной кислоты в воде. Концентрация азотной кислоты в водном растворе 0,4 моль/л. В качестве исходного алкоксида циркония используют изопропоксид циркония, в состав молекулы которого введена одна ацетатная группа. Затем раствор доводят до кипения и осуществляют отгонку спирта из раствора в виде его азеотропа с водой, имеющего температуру кипения 80°С. Отгонку спирта прекращают при повышении температуры до 100°С, раствор охлаждают. Концентрация гидрозоля диоксида циркония 17мас.%,