一种溶解法制备含锆沥青的方法 【技术领域】
本发明涉及一种含锆沥青制备方法。具体地说是采用有机酸锆与沥青制备含锆沥青。
背景技术
掺杂是改进材料性能的主要手段之一，其过程是向炭材料添加特定元素以形成复合材料。通过原料向炭基体引入掺杂组元一直在工业和研究中使用着。工业和科研人员通过粉末掺杂的方法制备了含锆、钛、硅、硼等元素的炭基复合材料，如邱海鹏等人在《航空材料学报》2003年第一期29-33页中报道了采用微粉掺杂锆制备复合材料。目前复合材料的制造所采用的微粉是10-50微米大小的颗粒，由于粉末的颗粒度过高使得材料均匀性难以精细控制，无法充分发挥掺杂组元功效。
在发明者一项申请的专利“一种含锆沥青及其制备方法”(申请号0116023.3；公开号CN1385494A)中，采用氯化锆(ZrCl4)通过化学反应制备了含锆沥青；为了降低成本，发明者在另一篇专利中“氧氯化锆制备含锆沥青的方法”(申请号03145679.0)(分子式是ZrOCl2.8H2O)。在上述两个专利中，氯化锆或氧氯化锆发生了化学反应，部分锆是以化学方式结合在沥青分子中，部分锆是以物理微细颗粒存在的。虽然上述专利中锆的存在形态较以往采用微米级颗粒混合有较大的改善，但尚未达到分子状态的分散。
【发明内容】
本发明目的提供一种采用有机酸锆与沥青通过溶解制备分子状态分散的含锆沥青的方法。
本发明使用有机酸锆，采用直接溶解混合或借助助溶剂提高环己烷酸锆(分子式为(C6H11COO)-2Zr)或异辛酸锆(分子式为(C7H15COO)-2Zr)与沥青的相溶性进行溶解混合，制取含锆沥青。
本发明的制备过程如下：
将软化点60-80℃的煤沥青或软化点50-70℃的石油沥青与有机酸锆、助溶剂按一定重量比在180-230℃下搅拌混合2--5小时；混合完成后，在350-400℃下进一步热缩聚2-5小时以提高至合适的软化点；
其中煤沥青或石油沥青与有机酸锆的重量比为100∶10～40；有机酸锆与助溶剂的重量比例是：环己烷酸锆∶助溶剂＝10∶1～0.8，异辛酸锆∶助溶剂＝10∶4～5。
如上所述地有机酸锆是环己烷酸锆(分子式为C6H11COO)-2Zr)或异辛酸锆(分子式为(C7H15COO)-2Zr)。
如上所述的助溶剂是甲苯。
本发明的含锆沥青软化点为70--85℃(环球法GB2294-80)，炭化残留物(GB-8297-89)重量百分比为45--52％，锆重量百分比含量为0.9-4％。
本发明的优点是采用溶解法，使含锆化合物与沥青分子形成分子上的结合，得到一种理想混合的含锆沥青。这一沥青作为向炭材料引入掺杂组元锆的载体，可以作为制备锆分布均匀、元素引用率高、性能更加优良的炭基复合材料。
【具体实施方式】
实施例1
取软化点68℃的煤沥青200克，环己烷酸锆10克和甲苯1克，在200℃下搅拌2小时，进一步升温至350℃缩聚5小时，产品收率96.5％，得到含锆沥青。该沥青软化点是72℃，含锆1.3wt％，产碳率47.0wt％。含锆沥青软化点是按GB2294-80测定，炭化残留物是按GB-8297-89测定，以下同。
实施例2
取软化点68℃的煤沥青200克，环己烷酸锆35克和甲苯3.5克，在150℃下搅拌5小时，进一步升温至350℃缩聚5小时，产品收率97.0％，得到含锆沥青。该沥青软化点是78℃，含锆4.0wt％，产碳率50.3wt％。
实施例3
取软化点80℃的煤沥青250克，环己烷酸锆10克和甲苯0.8克，在200℃下搅拌2小时，进一步升温至350℃缩聚2小时，产品收率98.7％，得到含锆沥青。该沥青软化点是85℃，含锆1.02wt％，产碳率52.0wt％。
实施例4
取软化点60℃的煤沥青200克，环己烷酸锆20克和甲苯1.6克，在200℃下搅拌2小时，进一步升温至400℃缩聚2小时，产品收率94.5％，得到含锆沥青。该沥青软化点是82℃，含锆2.52％，产碳率51.0wt％。
实施例5
取软化点50℃的石油沥青200克，环己烷酸锆10克和甲苯1克，在200℃下搅拌5小时，进一步升温至390℃缩聚5小时，产品收率90.3％，得到含锆沥青。该沥青软化点是70℃，含锆1.4wt％，产碳率45.0wt％。
实施例6
取软化点68℃的煤沥青200克，异辛酸锆10克和甲苯5克，在200℃下搅拌4小时，进一步升温至390℃缩聚3小时，产品收率96.8％，得到含锆沥青。该沥青软化点是78℃，含锆1.2wt％，产碳率50.5wt％。
实施例7
取软化点60℃的煤沥青200克，异辛酸锆40克和甲苯16克，在200℃下搅拌2小时，进一步升温至390℃缩聚3小时，产品收率97.1％，得到含锆沥青。该沥青软化点是76℃，含锆4.0wt％，产碳率51.3wt％。
实施例8
取软化点70℃的石油沥青200克，异辛酸锆20克和甲苯10克，在150℃下搅拌2小时，进一步升温至400℃缩聚3小时，产品收率94.5％，得到含锆沥青。该沥青软化点是79℃，含锆2.3wt％，产碳率46.1wt％。