一種溶解法製備含鋯瀝青的方法
2023-04-23 05:39:26 1
專利名稱：一種溶解法製備含鋯瀝青的方法
技術領域：
本發明涉及一種含鋯瀝青製備方法。具體地說是採用有機酸鋯與瀝青製備含鋯瀝青。
背景技術：
摻雜是改進材料性能的主要手段之一，其過程是向炭材料添加特定元素以形成複合材料。通過原料向炭基體引入摻雜組元一直在工業和研究中使用著。工業和科研人員通過粉末摻雜的方法製備了含鋯、鈦、矽、硼等元素的炭基複合材料，如邱海鵬等人在《航空材料學報》2003年第一期29-33頁中報導了採用微粉摻雜鋯製備複合材料。目前複合材料的製造所採用的微粉是10-50微米大小的顆粒，由於粉末的顆粒度過高使得材料均勻性難以精細控制，無法充分發揮摻雜組元功效。
在發明者一項申請的專利「一種含鋯瀝青及其製備方法」(申請號0116023.3；公開號CN1385494A)中，採用氯化鋯(ZrCl4)通過化學反應製備了含鋯瀝青；為了降低成本，發明者在另一篇專利中「氧氯化鋯製備含鋯瀝青的方法」(申請號03145679.0)(分子式是ZrOCl2.8H2O)。在上述兩個專利中，氯化鋯或氧氯化鋯發生了化學反應，部分鋯是以化學方式結合在瀝青分子中，部分鋯是以物理微細顆粒存在的。雖然上述專利中鋯的存在形態較以往採用微米級顆粒混合有較大的改善，但尚未達到分子狀態的分散。
發明內容
本發明目的提供一種採用有機酸鋯與瀝青通過溶解製備分子狀態分散的含鋯瀝青的方法。
本發明使用有機酸鋯，採用直接溶解混合或藉助助溶劑提高環己烷酸鋯(分子式為(C6H11COO)-2Zr)或異辛酸鋯(分子式為(C7H15COO)-2Zr)與瀝青的相溶性進行溶解混合，製取含鋯瀝青。
本發明的製備過程如下將軟化點60-80℃的煤瀝青或軟化點50-70℃的石油瀝青與有機酸鋯、助溶劑按一定重量比在180-230℃下攪拌混合2--5小時；混合完成後，在350-400℃下進一步熱縮聚2-5小時以提高至合適的軟化點；其中煤瀝青或石油瀝青與有機酸鋯的重量比為100∶10～40；有機酸鋯與助溶劑的重量比例是環己烷酸鋯∶助溶劑＝10∶1～0.8，異辛酸鋯∶助溶劑＝10∶4～5。
如上所述的有機酸鋯是環己烷酸鋯(分子式為C6H11COO)-2Zr)或異辛酸鋯(分子式為(C7H15COO)-2Zr)。
如上所述的助溶劑是甲苯。
本發明的含鋯瀝青軟化點為70--85℃(環球法GB2294-80)，炭化殘留物(GB-8297-89)重量百分比為45--52％，鋯重量百分比含量為0.9-4％。
本發明的優點是採用溶解法，使含鋯化合物與瀝青分子形成分子上的結合，得到一種理想混合的含鋯瀝青。這一瀝青作為向炭材料引入摻雜組元鋯的載體，可以作為製備鋯分布均勻、元素引用率高、性能更加優良的炭基複合材料。
具體實施例方式
實施例1取軟化點68℃的煤瀝青200克，環己烷酸鋯10克和甲苯1克，在200℃下攪拌2小時，進一步升溫至350℃縮聚5小時，產品收率96.5％，得到含鋯瀝青。該瀝青軟化點是72℃，含鋯1.3wt％，產碳率47.0wt％。含鋯瀝青軟化點是按GB2294-80測定，炭化殘留物是按GB-8297-89測定，以下同。
實施例2取軟化點68℃的煤瀝青200克，環己烷酸鋯35克和甲苯3.5克，在150℃下攪拌5小時，進一步升溫至350℃縮聚5小時，產品收率97.0％，得到含鋯瀝青。該瀝青軟化點是78℃，含鋯4.0wt％，產碳率50.3wt％。
實施例3取軟化點80℃的煤瀝青250克，環己烷酸鋯10克和甲苯0.8克，在200℃下攪拌2小時，進一步升溫至350℃縮聚2小時，產品收率98.7％，得到含鋯瀝青。該瀝青軟化點是85℃，含鋯1.02wt％，產碳率52.0wt％。
實施例4取軟化點60℃的煤瀝青200克，環己烷酸鋯20克和甲苯1.6克，在200℃下攪拌2小時，進一步升溫至400℃縮聚2小時，產品收率94.5％，得到含鋯瀝青。該瀝青軟化點是82℃，含鋯2.52％，產碳率51.0wt％。
實施例5取軟化點50℃的石油瀝青200克，環己烷酸鋯10克和甲苯1克，在200℃下攪拌5小時，進一步升溫至390℃縮聚5小時，產品收率90.3％，得到含鋯瀝青。該瀝青軟化點是70℃，含鋯1.4wt％，產碳率45.0wt％。
實施例6取軟化點68℃的煤瀝青200克，異辛酸鋯10克和甲苯5克，在200℃下攪拌4小時，進一步升溫至390℃縮聚3小時，產品收率96.8％，得到含鋯瀝青。該瀝青軟化點是78℃，含鋯1.2wt％，產碳率50.5wt％。
實施例7取軟化點60℃的煤瀝青200克，異辛酸鋯40克和甲苯16克，在200℃下攪拌2小時，進一步升溫至390℃縮聚3小時，產品收率97.1％，得到含鋯瀝青。該瀝青軟化點是76℃，含鋯4.0wt％，產碳率51.3wt％。
實施例8取軟化點70℃的石油瀝青200克，異辛酸鋯20克和甲苯10克，在150℃下攪拌2小時，進一步升溫至400℃縮聚3小時，產品收率94.5％，得到含鋯瀝青。該瀝青軟化點是79℃，含鋯2.3wt％，產碳率46.1wt％。
權利要求
1.一種溶解法製備含鋯瀝青的方法，其特徵在於採用有機酸鋯為原料與瀝青通過溶解混合得到的。
2.如權利要求1所述的一種溶解法製備含鋯瀝青的方法，其特徵在於包括如下步驟將軟化點60-80℃的煤瀝青或軟化點50-70℃的石油瀝青與有機酸鋯、助溶劑按一定重量比在180-230℃下攪拌混合2-5小時；混合完成後，在350-400℃下進一步熱縮聚2-5小時以提高至合適的軟化點；其中煤瀝青或石油瀝青與有機酸鋯的重量比為100∶10～40；有機酸鋯與助溶劑的重量比例是有機酸鋯∶助溶劑＝10∶1～5。
3.如權利要求1或2所述的一種溶解法製備含鋯瀝青的方法，其特徵在於所述的有機酸鋯是環己烷酸鋯或異辛酸鋯。
4.如權利要求3所述的一種溶解法製備含鋯瀝青的方法，其特徵在於所述的異辛酸鋯∶助溶劑的重量比＝10∶4～5。
5.如權利要求3所述的一種溶解法製備含鋯瀝青的方法，其特徵在於所述的環己烷酸鋯∶助溶劑的重量比＝10∶1～0.8。
6.如權利要求1所述的一種溶解法製備含鋯瀝青的方法，其特徵在於所述的助溶劑是甲苯。
全文摘要
一種溶解法製備含鋯瀝青的方法是使用有機酸鋯，採用直接溶解混合或藉助助溶劑提高環己烷酸鋯或異辛酸鋯與瀝青的相溶性進行溶解混合，製取含鋯瀝青。本發明的優點是使含鋯化合物與瀝青分子形成分子上的結合，可以作為製備鋯分布均勻、元素引用率高、性能更加優良的炭基複合材料。
文檔編號C08K3/00GK1546572SQ20031010969
公開日2004年11月17日 申請日期2003年12月11日 優先權日2003年12月11日
發明者劉朗, 史景利, 張東卿, 劉 朗 申請人:中國科學院山西煤炭化學研究所