专利名称：一种含锆沥青及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种含锆沥青及其制备方法。
炭和石墨材料具有优良的强度和模量，并且它的高温机械性能也十分优越，因此，除了在结构、摩擦和功能材料领域得到应用外，也常用在高温条件下。但纯炭和石墨材料在高温氧化气氛中会发生氧化和烧蚀，美国在1976年76-609号的AIAA“固体推进火箭发动机喷管用炭炭材料”报告中指出，添加锆等元素形成难熔碳化物，可以提高材料的抗氧化和抗烧蚀性能。
沥青是制造炭材料的基本原料，它是作为粘结剂或浸渍剂在相关工艺中进入炭基体中，如果沥青携带有锆元素，就可以制成含锆的炭材料，提高炭材料的抗氧化和抗烧蚀性。目前制造碳化锆的抗烧蚀炭材料常采用微粉掺杂的方法，通过将含锆的化合物，如ZrO2、ZrC微末级粉末通过一定的物理手段使其分散在沥青原料中，锆随沥青进入材料中并在高温石墨阶段成为含碳化锆的炭材料。
与微粉掺杂不同的是，本发明采用化学反应的方法，使锆元素与沥青分子形成化合物，二者之间是化学结合，这样得到的沥青中锆元素的分布更为均匀。
由陶文田、黎心懿主编，1992年化学工业出版社出版《现代化学试剂手册，第五分册 金属有机试剂》584-592页中介绍了常见的锆有机化合物在空气中、水中或日光中易发生化学反应，稳定性差。
本发明的目的是提供一种在空气中，水中或日光中稳定性好的含锆沥青及其制备方法。
本发明的含锆沥青软化点为85～140℃(环球法GB2294-80)，炭化残留物(产碳率GB-8729-89)重量百分比为50～70％，锆重量百分比含量为1～10％。
本发明的含锆沥青的制备方法具体步骤如下将煤焦油或沥青经过初期过滤或蒸馏除去一次喹啉不熔物，然后在无水、无氧气氛中，锆按如下重量比煤焦油或沥青∶氯化锆＝100∶1～20加入氯化锆，在280～420℃下，自升压或在0.3～1.0Mpa下进行反应，反应4～10小时，即可得到含锆沥青。
上述的沥青可以是煤沥青或石油沥青。
上述的氯化锆可以是三氯化锆或四氯化锆，最好是四氯化锆。
上述的反应温度最好是330～380℃。
本发明的含锆沥青与现有的沥青相比具有如下优点1.本发明的含锆沥青物理和化学稳定性好，在320℃以下热反应缓慢，在空气和水中可以保持很长时间性质不改变。
2.本发明的含锆沥青在200～350℃区间的范围内的最低粘度在0.01～0.1Pa.s之间，是优良的浸渍剂原料，也可作为粘结剂使用。
3.本发明的含锆沥青中锆元素的分布较物理掺杂法的分布更为均匀。
本发明的实施例如下实施例1取软化点68℃无喹啉不溶物的煤沥青200克，四氯化锆5克，在350℃自升压下反应5小时，得到含锆沥青，软化点是105℃，含锆1.64wt％，产碳率62.5wt％的沥青。
实施例2取软化点68℃无喹啉不溶物的煤沥青200克，四氯化锆5克，在280℃、0.1Mpa压力下反应10小时，得到含锆沥青，软化点是85℃，含锆1.46wt％，产碳率50.5wt％的沥青。
实施例3取软化点68℃无喹啉不溶物的煤沥青200克，四氯化锆5克，在420℃自升压下反应5小时，得到含锆沥青，软化点是138℃，含锆1.87wt％，产碳率69.5wt％的沥青。
实施例4取软化点68℃无喹啉不溶物的煤沥青200克，四氯化锆15克，在350℃自升压下反应4小时，得到含锆沥青，软化点是115℃，含锆5.01wt％，产碳率64.5wt％的沥青。
实施例5取软化点68℃无喹啉不溶物的煤沥青200克，四氯化锆40克，在350℃自升压下反应5小时，得到含锆沥青，软化点是137℃，含锆9.01wt％，产碳率69.5wt％的沥青。
实施例6取软化点68℃无喹啉不溶物的煤沥青200克，三氯化锆5克，在350℃自升压下反应5小时，得到含锆沥青，软化点是98℃，含锆1.78wt％，产碳率57.2wt％的沥青。
实施例7取液态、无喹啉不溶物的煤焦油200克，四氯化锆10克，在350℃自升压下反应10小时，得到含锆沥青，软化点是93℃，含锆7.21wt％，产碳率56.7wt％的沥青。
实施例8取软化点72℃无喹啉不溶物的石油沥青200克，四氯化锆5克，在350℃自升压下反应5小时，得到含锆沥青，软化点是95℃，含锆1.84wt％，产碳率50.7wt％的沥青。
权利要求
1.一种含锆沥青，其特征在于软化点为85～140℃(环球法GB2294-80)，炭化残留物(产碳率GB-8729-89)重量百分比为50～70％，锆重量百分比含量为1～10％。
2.一种制备权利要求1所述的含锆沥青的方法，其特征在于具体步骤如下将煤焦油或沥青经过初期过滤或蒸馏除去一次喹啉不熔物，然后在无水、无氧气氛中，按如下重量比煤焦油或沥青∶氯化锆＝100∶1～20加入氯化锆，在280～420℃下，自升压或在0.3～1.0Mpa下反应4～10小时，即可得到含锆沥青。
3.如权利要求2所述的一种制备权利要求1所述的含锆沥青的方法，其特征在于所述的沥青是煤沥青或石油沥青。
4.如权利要求2所述的一种制备权利要求1所述的含锆沥青的方法，其特征在于所述的氯化锆是三氯化锆或四氯化锆。
5.如权利要求2所述的一种制备权利要求1所述的含锆沥青的方法，其特征在于该反应是在330～380℃下进行的。
全文摘要
本发明公开了一种含锆沥青及其制备方法,制得的沥青软化点为85～140℃(环球法GB2294－80),炭化残留物(产碳率GB－8729－89)重量百分比为50～70%,锆重量百分比含量为1～10%;制备方法是将煤焦油或沥青经过初期过滤或蒸馏除去一次喹啉不熔物,然后在无水、无氧气氛中,按如下重量比:煤焦油或沥青∶氯化锆=100∶1～20加入氯化锆,在280～420℃下,自升压或在0.3～1.0MPa下反应4～10小时,即可得到含锆沥青。本发明的含锆沥青物理和化学稳定性好,是优良的浸渍剂原料,也可作为粘结剂使用。
文档编号C10C3/02GK1385494SQ0111602
公开日2002年12月18日 申请日期2001年5月10日 优先权日2001年5月10日
发明者刘朗, 史景利, 张东卿, 宋进仁, 郎冬生, 刘乃芝 申请人:中国科学院山西煤炭化学研究所