Способ получения гидрозоля диоксида циркония

 

Использование:для получения гидрозолей окислов металлов, применяемых в зольгель 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.%,

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51)5 С 01 G 25/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4896909/26 (22) 27.12.90 (46) 07.06;93. Бюл. М 21 (71) Московский химико-технологический институт им. Д.И,Менделеева (72) В.В.Назаров, Ш.Ю,Доу и Ю.Г.Фролов (56) Патент С ША М 3442817, кл. В 01 J 13/00, 1969.

GuIzard С. et. al„Sol-gel transition In

zIrconia systems using physical and chemical

processes. J. Non-Cryst,SoIIds, 1986. v.82, p;86 — 91. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГИДРОЗОЛЯ

ДИОКСИДА ЦИРКОНИЯ (57) Использование:для получения гидрозолей окислов металлов, применяемых в зольгель процессах синтеза керамики и стекла

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, s соответ.ствии с которым в качестве алкоксида циркония используют алкоксид, имеющий в своем составе одну ацетатную группу общей формулы 2г(ОЯ)э(СНэСОО), где OR — алкоксидная группа, а гидролиз и стабилизацию осуществляют смешением спиртового раствора алкоксида циркония с водным раствором азотной кислоты.

Исходный спиртовой раствор берут с концентрацией алкоксида. не превышаюразличного 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. 8 качестве исходного алкоксида циркония используют иэопропоксид циркония, в состав молекулы которого введена одна ацетатная группа. Затем раствор доводят до кипения и осуществляют отгонку спирта из раствора в виде его аэеотропа с водой, имеющего температуру кипения 80 С. Отгонку спирта прекращают при повышении температуры до 100 С, раствор охлаждают. Концентрация гидрозоля диоксида циркония 17 мас., щей 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 алкоксида в спирте и замедлить скорость как реакции гидролиза так и поликонденсации гидроксида циркония, образующегося при гидролизе. Эти факторы играют onределяющую 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 дол1819858 жна превышать 1: 1. Превышение этого соотношения также приводит к гелеобразованию.

После проведения гидролиза спирт из раствора удаляю кипячением (отгонкой) при атмосферном давлении, Продукт, получаемый после отгаики спирта, представляет собой стабильный гидрозоль диоксида циркония с концентрацией ZrOz до 17 мас. . Важной особенностью получаемого золя являтся то, что ои може быть сконцентрирован упариванием или ультрафильтрацией до любой желаемой концентрации, вплоть до тьердого продукта. Твердый продукт, получаемый сушкой концентрироваиНОГО залЯ, Обладает важной особенностью при внесении его в воду идет самопроизвально8 дисперГиравани8 с образованием золя любой желаемой концентрации.

Дополни ельным преимуществом предлагаемого способа Является то, что алкоксиды легко подвергаются очистке дистилляцией и, следовательно, можно,существенно повысить чистоту получаемых залей, Пример. 200 мл раствора элкаксида циркония в изопропаноле при перемешивании добавляют к 200 мл раствора азотной кислоты в ваде. Концентрация алкоксида в спиртовом растворе 1,3 моль/л, а концентрация азотной кислоты в водном раствора

0,4 моль/л. В качестве элкоксида циркония используют изопропоксид циркония, B состав молекулы которого введены одна ацетатная групп" Zr (изоОРг)з(СНЗСОО).

Затем раствор, полученнь1й после смешения, доводят до кипения и осуществляют отгонку спирта из раствора в виде его азеотропа с водой, имеющего температуру кипения 80О", Отгонку спирта прекращают при повышении температуры до 100ОС, 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 помощью капиллярного вискозиметра, 3 10 Па*с. Ни оптическая

ПЛОТНОСТЬ ЭТОГО ЗОЛЯ, НИ ВЯЗКОСТЬ Не ИЗМ8нились в течение четырех месяцев, чта свидетельствует î 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,, 5 Вязкость этого золя 2,2 10 Па с и он так же стабилен, как и ааль с концентрацией 17 мас,%.

50 мл золя концентрацией 17 мас. сушат при атмосферном давлении до получения твердого стеклообразного продукта.

Этот продукт содержит 50 мас. Zr02.10 r этого твердого стеклообразнага продукта вносят в 25 мл воды. После растворения (самадиспергирования) стеклообраэного продукта получают золь диоксида циркония концентрацией 20 мас. .

Проведены также синтезы гидрозоля диоксида циркония при условиях, описанных в вышеприведенном примере, но в ка20 честве алкоксидов циркония использовали этоксид циркония, н-пропоксид циркония, бутоксид циркония, При введении в эти алкоксиды одной ацетатной группы поставленная цель достигается и в этих случаях.

Синтезы золя диоксида циркония, проведенные по методике известного способа (2), показали, что этот способ позволяет получать золи с концентрацией ЕГО 1 — Д мас. %

I при значительно большей сложности его реЗ0 элизации. Таким образом, предложенный способ получения гидроэоля диоксида циркония позволяет значительно повысить его койцентрацию при упрощении способа и сохранении стабильности золя.

Формула изобретения

Способ получения гидрозоля диоксида

<0 циркония, включающий Гидрализ спиртового раствора алкоксида циркония и стабилизацию 30ля эзатнОЙ кислОтОЙ с последующим отделением спирта, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения концентрации золя при упрощении способа, в качестве алкоксида циркоиия используют алкаксид циркония, одна из алкаксидных групп которого замешана на ацетэтную группу, а гидролиз и стабилизацию осуществляютодновременно смешением спиртового раствора с водным раствором азотной кислоты.