含锆制造技术

本发明专利技术公开了一种含锆

【技术实现步骤摘要】
含锆、钛的层状石墨氮化碳纳米片及其制备方法与应用


：
[0001]本专利技术涉及防热复合材料
，具体涉及一种含锆
、
钛的层状石墨氮化碳纳米片及其制备方法与应用
。

技术介绍

：
[0002]近年来，烧蚀材料的研究旨在提高其烧蚀性能，以减少有效隔热所需的质量
。
其中纳米填料被认为是提高其性能的有效方法
。
据报道，通过添加
BN、POSS、SiO2、ZrB2、ZrO2、
碳纳米管等纳米填料可有效提高酚醛树脂基复合材料的抗烧蚀性能，纳米填料与树脂基体的协同作用使复合材料表现出改善的热稳定性
、
力学性能和导热性
。
但无机纳米材料的表面能较高，表面氢键
、
化学键和范德华力的作用导致在聚合物基体中极易发生团聚，较差的分散性不仅降低了抗烧蚀效率，还会影响其力学和加工性能
。
单一纳米填料改性的酚醛树脂基复合材料难以同时满足高抗烧蚀
、
高热稳定性和高力学性能的技术要求，因此开发同时兼具优异的抗烧蚀
、
热稳定性和力学性能的高性能酚醛树脂基烧蚀材料是目前烧蚀复合材料领域的研究重点
。

技术实现思路

：
[0003]本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种含锆
、
钛的层状石墨氮化碳纳米片的制备方法，通过超声液相剥离
、
水热法和原位生长法将石墨氮化碳
(g
>‑
C3N4)、
磷酸锆
(
α
‑
ZrP)
和二氧化钛
(TiO2)
结合制备了一种复合纳米材料，并将其应用于提高酚醛复合材料的烧蚀性能
、
热稳定性和力学性能，原因有以下几点：
1)g
‑
C3N4具有较好的热稳定性，可在树脂基体中形成片层阻隔作用，阻碍热解区物质和热量的交换；
2)g
‑
C3N4具有较大的表面积，为陶瓷纳米粒子提供结合位点，可以一定程度降低团聚现象，使其在树脂基体中均匀分散；
3)
均匀分散的纳米片在酚醛复合材料中具有高强度，在复合材料拉伸过程中能够分担负荷吸收更多的应力，并且能减少聚合物基体分子链的运动，对裂纹的产生有显著抑制作用；
4)
α
‑
ZrP
和
TiO2在树脂烧蚀时与碳层发生陶瓷化反应形成致密的陶瓷层，从而提高复合材料的烧蚀隔热性能
。
[0004]本专利技术所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
[0005]本专利技术的第一个目的是提供一种含锆
、
钛的层状石墨氮化碳纳米片的制备方法，先通过超声辅助液相剥离法合成
g
‑
C3N4纳米片，再利用水热法和原位生长法制备
g
‑
C3N4/
α
‑
ZrP2，然后通过静电作用在
g
‑
C3N4/
α
‑
ZrP
上负载
TiO2得到
g
‑
C3N4/
α
‑
ZrP/TiO2。
[0006]具体包括以下步骤：
[0007](a)
将尿素在马弗炉中高温煅烧，冷却至室温，得到
g
‑
C3N4；
[0008](b)
将
g
‑
C3N4分散于去离子水中，超声处理，得到
g
‑
C3N4分散液；向
g
‑
C3N4分散液中滴加氯氧化锆溶液和磷酸溶液，升温至沸腾回流保温，冷却至室温后转入衬有聚四氟乙烯的压力容器中进行水热反应，静置，沉淀物经洗涤
、
干燥，得到
g
‑
C3N4/
α
‑
ZrP
；
[0009](c)
取
g
‑
C3N4/
α
‑
ZrP
溶解于去离子水中，加入
TiCl4搅拌，随后滴加氨水，继续搅拌，
沉淀物经离心
、
洗涤，真空干燥，高温煅烧，得到
g
‑
C3N4/
α
‑
ZrP/TiO2。
[0010]步骤
(a)
中，所述高温煅烧的保温温度为
580
～
600℃
，保温时间为2～
3h
，升温速率为5～
10℃/min。
先由室温升至
80℃
保温一段时间，再将温度升至
580
～
600℃
继续保温
。
[0011]步骤
(b)
中，所述
g
‑
C3N4分散液的质量浓度为5～
10mg/mL
；所述氯氧化锆溶液
(
由氯氧化锆溶解于去离子水中配制而成
)
的浓度为
0.05
～
0.1mol/L
；所述磷酸溶液
(
由磷酸溶解于去离子水中配制而成
)
的浓度为
0.03
～
0.05mol/L
；所述氯氧化锆溶液与磷酸溶液的体积比为
(1.5
～
2.5):1
；所述回流保温的时间为3～
6h
；所述水热反应的温度为
180
～
220℃
，时间为
12
～
24h。
[0012]步骤
(c)
中，所述
g
‑
C3N4/
α
‑
ZrP、TiCl4和氨水的用量比为
5g:(0.05
～
0.1)mol:(0.025
～
0.05)mol
；所述高温煅烧的保温温度为
350
～
400℃
，保温时间为3～
4h。
[0013]本专利技术的第二个目的是提供一种通过前述的制备方法制备得到的含锆
、
钛的层状石墨氮化碳纳米片
。
[0014]本专利技术的第三个目的是提供前述的含锆
、
钛的层状石墨氮化碳纳米片在酚醛树脂复合材料中的应用
。
[0015]本专利技术的第四个目的是提供一种酚醛树脂复合材料，由以下重量份数的原料制成：
[0016]酚醛树脂
50
～
80
份，高硅氧纤维
50
～
80
份，硅烷偶联剂2～3份，内脱模剂1～2份，...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种含锆
、
钛的层状石墨氮化碳纳米片的制备方法，其特征在于：所述制备方法是先通过超声辅助液相剥离法合成
g
‑
C3N4纳米片，再利用溶剂热法和原位生长法制备
g
‑
C3N4/
α
‑
ZrP2，然后通过静电作用在
g
‑
C3N4/
α
‑
ZrP
上负载
TiO2得到
g
‑
C3N4/
α
‑
ZrP/TiO2。2.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
(a)
将尿素在马弗炉中高温煅烧，冷却至室温，得到
g
‑
C3N4；
(b)
将
g
‑
C3N4分散于去离子水中，超声处理，得到
g
‑
C3N4分散液；向
g
‑
C3N4分散液中滴加氯氧化锆溶液和磷酸溶液，升温至沸腾回流保温，冷却至室温后转入衬有聚四氟乙烯的压力容器中进行水热反应，静置，沉淀物经洗涤
、
干燥，得到
g
‑
C3N4/
α
‑
ZrP
；
(c)
取
g
‑
C3N4/
α
‑
ZrP
溶解于去离子水中，加入
TiCl4搅拌，随后滴加氨水，继续搅拌，沉淀物经离心
、
洗涤，真空干燥，高温煅烧，得到
g
‑
C3N4/
α
‑
ZrP/TiO2。3.
根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤
(a)
中，所述高温煅烧的保温温度为
580
～
600℃
，保温时间为2～
3h
，升温速率为5～
10℃/min。4.
根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤
(b)
中，所述
g
‑
C3N4分散液的质量浓度为5～
10mg/mL
；所述氯氧化锆溶液的浓度为
0.05
～
0.1mol/L
；所述磷酸溶液的浓度为
0.03
～
0.05mol/L
；优选地，所述氯氧化锆溶液与磷酸溶液的体积比为
(1.5
～
2.5):1

【专利技术属性】
技术研发人员：陈瑞，陈树，陈晨，陈妹，
申请(专利权)人：蚌埠市天宇高温树脂材料有限公司，
类型：发明
国别省市：