一种氧化铝短纤维用改性硅溶胶的制备方法与流程

本发明涉及硅溶胶制备，尤其涉及一种氧化铝短纤维用改性硅溶胶的制备方法及其产品。

背景技术：

1、氧化铝短纤维因其优异的耐高温、抗氧化和力学性能，是高温隔热、耐火复合材料的核心增强基材，广泛应用于新能源汽车、催化剂、金属基复材、陶瓷基复材等领域。

2、纯氧化铝纤维在高温热处理过程中易发生晶型转变，从过渡相氧化铝转化为晶粒粗大的α-氧化铝，伴随着晶粒异常长大、孔隙扩张、结构疏松等问题，最终导致纤维高温强度衰减、抗蠕变性能下降，极大地限制了其在超高温工况下的应用。为解决上述问题，通过将硅溶胶和铝溶胶复配制得性能优异的硅铝复合溶胶，以此为原材料，可以调控纤维微观晶相结构，制得高性能硅铝复合氧化铝短纤维。

3、在硅铝复合溶胶体系中，硅溶胶是调控复合溶胶成纤性能与纤维终态高温性能的关键原材料。溶胶复合与纺丝成型阶段，硅溶胶需与铝溶胶实现均匀混溶，通过硅溶胶表面的硅羟基和铝溶胶表面的铝羟基发生脱水缩合反应，构建均匀稳定的si-o-al三维交联网状结构，有效提升复合溶胶的粘度稳定性、可纺性和成纤性。

4、基于上述机理，适配氧化铝短纤维的硅溶胶需要具备高反应活性、小粒径及优异的体系兼容性。目前交换釜型离子交换工艺制得的硅溶胶基本可满足高反应活性和小粒径的需求，但是该工艺制备的硅溶胶阴离子（主要为氯离子）含量过高，严重影响纤维制品的性能。此外离子交换法制得的硅溶胶与铝溶胶体系的兼容性较差，经常会出现硅铝复合溶胶絮凝浑浊的现象，可纺性和成纤性差，纤维制品的性能差。本发明提供一种阴离子含量低、与铝溶胶体系兼容性良好的硅溶胶及其制备方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提出一种氧化铝短纤维用改性硅溶胶的制备方法，以解决现有离子交换法制得的硅溶胶阴离子含量高、与铝溶胶体系兼容性差，易导致硅铝复合溶胶絮凝浑浊、可纺性和成纤性差的技术问题，达到降低阴离子含量、提高硅铝复合溶胶均一性、透明度、稳定性及纤维制品性能的效果。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

3、一种氧化铝短纤维用改性硅溶胶的制备方法，包括以下步骤：

4、（1）将液体硅酸钠稀释至预定浓度，经阳离子交换去除阳离子杂质，得到活性硅酸；在碱性条件下对所述活性硅酸进行加热反应，得到碱性硅溶胶；对所述碱性硅溶胶依次进行浓缩和酸化，得到粗产品；

5、（2）向所述粗产品中加入电解质，得到半成品；

6、（3）将所述半成品升温，在搅拌条件下加入多元醇和高分子分散剂，得到氧化铝短纤维用改性硅溶胶。

7、进一步地，步骤（1）中所述阳离子交换在顺流再生固定床中进行，所述顺流再生固定床中的阳离子交换树脂为强酸性阳离子交换树脂。

8、进一步地，所述强酸性阳离子交换树脂经盐酸活化后至少冲洗4次，每次冲洗用水量为所述强酸性阳离子交换树脂体积的1.5倍，且末次冲洗出水的电导率不高于50μs/cm。

9、进一步地，步骤（1）中所述加热反应的温度为90~100℃，反应体系的ph值为9~13。

10、进一步地，所述加热反应采用导热油加热或蒸汽加热。

11、进一步地，所述碱性条件通过加入氢氧化钠或氢氧化钾形成。

12、进一步地，步骤（1）中所述浓缩采用超滤浓缩、常压蒸馏或减压蒸馏。

13、进一步地，步骤（2）中所述电解质为草酸或磷酸，所述电解质的加入量以使所述半成品的ph值为2.5~3.0为准。

14、进一步地，步骤（3）中所述多元醇为甘油、乙二醇或山梨醇，所述多元醇的添加量为所述半成品中二氧化硅质量的0.25%~1.00%。

15、进一步地，步骤（3）中所述高分子分散剂为聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇，所述高分子分散剂的添加量为所述半成品中二氧化硅质量的0.5%~1.0%。

16、进一步地，步骤（3）中将所述半成品升温至50~60℃，搅拌转速为400~500r/min。

17、本发明取得了如下有益效果。

18、1.本发明采用强酸性阳离子交换树脂对稀释后的液体硅酸钠进行阳离子交换，并对盐酸活化后的离子交换树脂实施若干次（例如不少于4次）、每次冲洗水量为树脂体积1.5倍且冲洗水电导率不高于50μs/cm的冲洗处理，能够减少树脂中残留的氯离子，降低改性硅溶胶的阴离子含量，使氯离子含量低于20ppm，提高产品纯度。

19、2.本发明将活性硅酸在碱性条件和90~100℃下反应，并依次进行浓缩和酸化处理，能够获得平均粒径为10~15nm的小粒径硅溶胶，使碱性硅溶胶的粒径分布较窄且主峰强度积分大于95%，有利于提高产品粒径的一致性。

20、3.本发明通过加入草酸或磷酸将体系ph值调节至2.5~3.0，增强硅溶胶颗粒之间的电荷排斥作用，从而抑制颗粒聚集，提高硅溶胶体系的分散性和稳定性。

21、4.本发明通过加入甘油、乙二醇或山梨醇，使多元醇与水形成较强的氢键网络并增强硅溶胶颗粒表面的水合层，同时通过加入聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇，使高分子分散剂吸附于硅溶胶颗粒表面形成聚合物保护层，利用水合层和聚合物保护层共同增强颗粒之间的空间位阻，改善硅溶胶与铝溶胶体系的兼容性。

22、5.本发明在50~60℃和400~500转/min的搅拌条件下加入多元醇和高分子分散剂，能够使添加剂及时、均匀地分散于体系中，减少改性过程中发生絮凝和沉淀的可能，使制得的硅铝复合溶胶具有较好的均一性、透明度和稳定性，并提高其可纺性、成纤性以及纤维制品的性能。

1.一种氧化铝短纤维用改性硅溶胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的氧化铝短纤维用改性硅溶胶的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述阳离子交换在顺流再生固定床中进行，所述顺流再生固定床中的阳离子交换树脂为强酸性阳离子交换树脂。

3.根据权利要求2所述的氧化铝短纤维用改性硅溶胶的制备方法，其特征在于，所述强酸性阳离子交换树脂经盐酸活化后至少冲洗4次，每次冲洗用水量为所述强酸性阳离子交换树脂体积的1.5倍，且末次冲洗出水的电导率不高于50μs/cm。

4.根据权利要求1所述的氧化铝短纤维用改性硅溶胶的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述加热反应的温度为90~100℃，反应体系的ph值为9~13。

5.根据权利要求4所述的氧化铝短纤维用改性硅溶胶的制备方法，其特征在于，所述加热反应采用导热油加热或蒸汽加热，所述碱性条件通过加入氢氧化钠或氢氧化钾形成。

6.根据权利要求1所述的氧化铝短纤维用改性硅溶胶的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述浓缩采用超滤浓缩、常压蒸馏或减压蒸馏。

7.根据权利要求1所述的氧化铝短纤维用改性硅溶胶的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述电解质为草酸或磷酸，所述电解质的加入量以使所述半成品的ph值为2.5~3.0为准。

8.根据权利要求1所述的氧化铝短纤维用改性硅溶胶的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述多元醇为甘油、乙二醇或山梨醇，所述多元醇的添加量为所述半成品中二氧化硅质量的0.25%~1.00%。

9.根据权利要求1所述的氧化铝短纤维用改性硅溶胶的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述高分子分散剂为聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇，所述高分子分散剂的添加量为所述半成品中二氧化硅质量的0.5%~1.0%。

10.根据权利要求1所述的氧化铝短纤维用改性硅溶胶的制备方法，其特征在于，步骤（3）中将所述半成品升温至50~60℃，搅拌转速为400~500r/min。