[发明专利]二氧化锆和锆混合氧化物的分散液

说明书

本发明涉及二氧化锆的分散液及其制备和用途。

二氧化锆分散液是制备陶瓷模具、涂层及抛光玻璃和金属表面的理想原材料。

分散液所基于的二氧化锆粉末通常是由溶胶/凝胶法或者火焰热解法制成的。

由溶胶/凝胶法制成的粉末通常聚集或团聚程度低，并且BET表面积较低，大约10-30m²/g。在分散液中，常常通过加入添加剂的方法使其稳定，避免再聚合或再团聚。这些添加剂与二氧化锆颗粒表面上的分子基团发生反应。

由火焰热解法制成的粉末通常是聚集形式的。这些粉末制成的分散液通常不是非常稳定。如果发生快速沉积、结块和增稠，一般是不可能再发生重新分散的。如果使用具有高BET表面积的由火焰热解制成的粉末，这种效应就会加强。另外，这些分散液表现出高的粘度，因此对于希望分散液同时具有高填充度和可倾倒性的应用场合是不太合适的。

然而，把伴随火焰热解法制成的二氧化锆粉末颗粒的特定聚集结构的性质利用起来是很理想的，比如用于表面抛光或者陶瓷层的制备。

本发明的目的是提供一种具有高填充度的稳定的、低粘度的、非常细分散的二氧化锆分散液。本发明的目的还在于进一步提供这种分散液的制备方法。

本发明提供一种二氧化锆分散液，其固体含量为分散液总重量的30-75％，且分散液中粒径分布的中值小于200nm，该分散液可以通过如下方法来获得：在基于分散液的总量为0.1-5重量％的表面改性剂的存在下，用小于200KJ/m³的能量输入，在分散剂中预分散二氧化锆粉末和/或ZrO₂含量至少为70重量％的锆混合氧化物粉末，该粉末为聚集的初级颗粒形式并且没有内表面，粉末的BET表面积为60±15m²/g；将所得预分散液分成至少两部分液流；在至少500巴的压力下将这部分液流置于高能磨中并且借助喷嘴使其减压，这些部分液流在填充有气体或液体的反应室中彼此碰撞而被研磨；以及任选地随后用其它的分散剂将分散液调至所需含量。

此处，可以优选地使用由火焰热解制备的粉末。

在本文中，火焰热解应理解为意指粉末已由火焰水解或者火焰氧化制得。火焰水解应理解为指例如通过在氢/氧焰中燃烧四氯化锆来形成二氧化锆。火焰氧化应理解为指例如通过在氢/氧焰中燃烧二氧化锆有机前体来形成二氧化锆。

中值应理解为指体积权重(volume-weighted)的粒径分布的d₅₀值。根据本发明的分散液中粒径分布的中值小于200nm。在本文中，颗粒应理解为指例如分散液中存在的初级颗粒、聚集体和团块。d₅₀值可以优选地介于70和200nm之间。

在本发明上下文中，被表面改性应理解为指粉末表面上的至少一部份羟基已经与表面改性剂反应，形成化学键。化学键优选地为表面改性剂和颗粒之间的共价键、离子键或者配位键，以及氢桥键。配位键应理解为指形成了配合物。因此，在改性剂的官能团和颗粒之间可能发生例如布朗司特(Bronsted)或路易斯酸(Lewis)/碱反应形成配合物或者改性剂的官能团与颗粒发生酯化。改性剂包含的官能团优选地为羧酸基、酰氯基、酯基、腈和异腈基、OH基、SH基、环氧基、酸酐基、酰胺基、伯、仲和叔氨基、Si-OH基、硅烷的可水解基团或者C-H酸基，如在β-二羰基化合物中。表面改性剂还可以包含一个以上的这种官能团，如在甜菜碱、氨基酸和EDTA中。适当的表面改性剂可以是：

具有1-24个碳原子的饱和或不饱和的单-和多羧基酸，例如甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、丙烯酸、甲基丙烯酸、巴豆酸、柠檬酸、己二酸、琥珀酸、戊二酸、草酸、马来酸、富马酸、衣康酸和硬脂酸，以及相应的酸酐、氯化物、酯和酰胺以及它们的盐，特别是它们的铵盐。那些碳链被O、S或NH基团间隔的化合物，例如醚-羧酸(单和聚醚羧酸以及相应的酸酐、氯化物、酯和酰胺)、氧羧酸如3，6-二氧庚酸和3，6，9-三氧癸酸也是合适的。

通式为Q_3-nNH_n的单-和聚胺，其中n＝0，1或2，并且基团Q各自独立地为C₁-C₁₂-烷基，特别是C₁-C₆-烷基和特别优选地C₁-C₄-烷基，例如甲基、乙基、正丙基和异丙基及丁基。此外还可以是具有6-24个碳原子的芳基、烷芳基或者芳烷基，例如苯基、萘基、甲苯基和苄基。