[发明专利]一种低成本莫来石纤维的制备方法

说明书

本发明公开了一种低成本莫来石纤维的制备方法，通过先制备羧酸铝溶液；制备硅添加剂；将所述羧酸铝溶液与所述硅添加剂进行混合，反应后得到前驱体溶胶，再进行浓缩老化，得到莫来石纤维。本发明的生产过程中不产生氯气，二氧化氮，二氧化硫等有害气体，原料要求低，易于储存，可直接使用市售原料，解决了市售氢氧化铝原料不能制备可纺性莫来石纤维的技术问题，而且制备过程简单，绿色环保。

技术领域

本发明属于无机纳米材料制备领域，尤其涉及一种低成本莫来石纤维的制备方法。

背景技术

莫来石陶瓷纤维是一种综合性能优良的工程材料，可作为陶瓷、金属、塑料等材料的增强组分，有着耐高温、耐腐蚀、强度高、抗热震性好、绝热性能好等特点，在工业及航空航天领域有着重要的作用。

现有技术大都采用溶胶-凝胶法和无机铝盐法制备莫来石纤维，而溶胶-凝胶法中前驱体溶胶的制备是最关键的工艺。现有技术中虽然也有使用氢氧化铝为铝源制备莫来石纤维，但其工艺繁琐复杂，且对原料活性要求极高，往往制备的莫来石纤维还不具备可纺性。在大多制备可纺性莫来石纤维的工艺中，作为主要原料的氢氧化铝和硅溶胶必须现制现用，这样增加了工艺流程和制备成本，而且对于现制的氢氧化铝和硅溶胶有质量要求，而市购氢氧化铝由于从制备到入市会经过长时间放置，造成活性降低，利用这种氢氧化铝所制备的硅铝溶胶不具备可纺性，因此使用同等市售的常见原料无法制备出符合要求的可纺性溶胶。

无机铝盐法则是主要使用铝粉和铝盐高温回流制得铝溶胶，再加入硅溶胶制得莫来石纤维，但是在反应过程中会生成危险性的氢气，一些含Cl和N的铝盐在反应过程中析出的副产物还会极大地污染环境。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明利用市售氢氧化铝和有机酸制得的羧酸铝溶液，将羧酸铝溶液与含硅添加剂相混合，经浓缩老化后得到可纺性的莫来石纤维。本发明采用如下技术方案：

一种低成本莫来石纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

制备羧酸铝溶液，所述羧酸铝溶液中Al以Al8-18OX12-27的多聚体形式存在；其中，X为-COOH、-RCOO、-OOC-COOH中的一种或多种；

制备硅添加剂；

将所述羧酸铝溶液与所述硅添加剂进行混合，反应后得到前驱体溶胶，浓缩老化后得到可纺性莫来石溶胶；

将所述可纺性莫来石溶胶进行纺丝得到莫来石前驱体纤维；

将所述莫来石前驱体纤维置于高温炉内热处理，之后在经过热处理的莫来石前驱体纤维的表面涂覆有机醇或酯类涂层，在50～100℃的干燥箱内干燥4～10h，得到莫来石纤维。

Al_8-18OX_12-27多聚体借助Al的配位和羧酸基团，将Al和短链的羧酸基团聚合成长链的羧酸铝，这种结构是溶胶具备可纺性的关键。

优选的，所述制备羧酸铝溶液包括以下步骤：

将有机羧酸加入50～80℃的水中得有机羧酸溶液，向所述有机羧酸溶液中加入氢氧化铝粉体

将所述混合物溶液在100～200℃下进行连续搅拌和冷凝回流，反应10～30小时后在温度为40～100℃，真空度为0.09～0.1MPa的条件下进行浓缩去除羧酸，得到羧酸铝溶液；

其中，所述氢氧化铝粉体与有机羧酸的摩尔比例为1:1～3；

优选的，所述有机羧酸为甲酸、乙酸、丙酸、草酸、丙二酸、柠檬酸中的一种或几种。

优选的，所述制备硅添加剂的方法是：将硅源与饱和一元酸以1:1～3的摩尔比混合，超声分散30～60min后过滤沉淀；在澄清液中加入高分子助剂进行混合，得到硅添加剂；其中，所述高分子助剂的量为所述硅源质量的0～5％。