Патент на изобретение №2352527
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) ПОРОШКООБРАЗНЫЙ ОКСИД АЛЮМИНИЯ, ПОЛУЧЕННЫЙ ПЛАМЕННЫМ ГИДРОЛИЗОМ И ОБЛАДАЮЩИЙ БОЛЬШОЙ ПЛОЩАДЬЮ ПОВЕРХНОСТИ
(57) Реферат:
Настоящие изобретения относятся к полученному пламенным гидролизом порошкообразному оксиду алюминия. Оксид алюминия характеризуется площадью поверхности БЭТ, равной от 100 до 250 м2/г, впитывание дибутилфталата составляет от 50 до 450 г/100 г порошкообразного оксида алюминия. На полученных с помощью ТЭМ изображениях высокого разрешения у него обнаруживаются только кристаллические первичные частицы. Оксид алюминия получают путем испарения хлорида алюминия, подачи его паров в камеру смешивания с помощью газа-носителя. Независимо от этого в камеру смешивания подают водород, первичный воздух, который необязательно может быть обогащен кислородом и/или необязательно предварительно подогрет. Смесь паров хлорида алюминия, водорода и воздуха поджигают горелкой, при этом пламя заполняет всю реакционную камеру, защищенную от доступа воздуха окружающей среды. После этого твердое вещество отделяют от газообразных веществ и затем обрабатывают его паром и необязательно воздухом. Изобретения позволяют получить более качественный оксид алюминия и использовать его в качестве впитывающего чернила вещества в средах для струйной печати, в качестве абразива в дисперсиях для полирования оксидных и металлических покрытий. 6 н. и 11 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.
Настоящее изобретение относится к полученному пламенным гидролизом порошкообразному оксиду алюминия и к его получению и применению. Получение порошкообразного оксида алюминия пирогенными способами является известным. Пирогенные способы включают пламенный гидролиз, при котором галогенид алюминия, обычно хлорид алюминия, гидролизуется при высоких температурах с образованием оксида алюминия и хлористоводородной кислоты по уравнению 1: 2AlCl3+3H2O -> Al2O3+6HCl (уравнение 1); 4AlCl3+3O2 -> 2Al2O3+6Cl2 (уравнение 2). В частности, таким способом получают оксид алюминия С, Degussa AG. Оксид алюминия С обладает площадью поверхности, равной примерно 90 м2/г. Другим порошкообразным оксидом алюминия, полученным пламенным гидролизом, является порошок, выпускающийся фирмой Cabot. Он обладает площадью поверхности БЭТ (определенной по изотерме Брунауэра-Эметта-Теллера), равной 55 м2/г, и содержит примерно 56% кристаллической тета- и 20% бета-модификации, а также 24% аморфных компонентов. В ЕР-А-1083151 описан порошкообразный оксид алюминия, обладающий площадью поверхности БЭТ, равной более 115 м2/г, и этот порошок одновременно обладает индексом Сирса, равным более 8 мл/2 г, и способностью впитывать дибутилфталат, которую нельзя определить. В частности, описан порошок, обладающий площадью поверхности БЭТ, равной 121 м2/г, и индексом Сирса, равным 9,38 мл/2 г. В US 3663283 описан способ получения порошкообразных оксидов металлов с помощью пламенного гидролиза. Хотя приведен пример, относящийся к оксиду алюминия, оксид алюминия описан только как тонкоизмельченный и обладающий узким распределением частиц по размерам. Другие подробности не приведены. В US 5527423 заявлена дисперсия, которая содержит осажденный оксид алюминия или оксид алюминия, полученный пламенным гидролизом и обладающий площадью поверхности БЭТ, равной от 40 до 430 м2/г. Однако не раскрыт способ, которым получены такие порошкообразные оксиды алюминия. В примерах раскрыты порошкообразные оксиды алюминия, обладающие площадью поверхности БЭТ только в узком диапазоне, составляющем от 55 до 100 м2/г. В ЕР-А-1256548 раскрыты частицы оксида алюминия, обладающие средним диаметром первичных частиц, равным от 5 до 100 нм, и средним диаметром агрегата, равным от 50 до 80 нм. Частицы могут быть аморфными или кристаллическими. Доля частиц крупнее 45 мкм предпочтительно составляет 0,05 мас.% или менее. Сообщают, что эти частицы оксида алюминия можно получить газофазной реакцией хлорида алюминия с кислородом и/или паром, причем реагенты предварительно нагреты, при температурах, равных примерно 800°С, с последующим отделением полученного таким образом оксида алюминия от газообразных веществ. В качестве окислительных реагентов в реакции следует использовать кислород, воду и смеси кислород/вода. Однако реакция является газофазной и не является ни пламенным гидролизом, ни пламенным окислением. Порошок, полученный в соответствии с ЕР-А-1256548, обладает не такими характеристиками, как порошок, полученный пламенным гидролизом или пламенным окислением. Например, доля хлорида может достигать нескольких мас.%. Порошок может обладать нежелательным серым цветом, что можно приписать наличию оксихлорида алюминия, образовавшегося вследствие неполной реакции хлорида алюминия. Известно много возможных способов применения порошкообразного оксида алюминия. Его используют в бумажной промышленности, в частности в бумаге для струйной печати. Порошкообразный оксид алюминия, в частности, влияет на блеск, яркость цвета, адгезию и впитывание чернил. Возрастающая потребность в бумаге для струйной печати требует улучшения этих характеристик. Порошкообразный оксид алюминия также применяется в качестве абразива в дисперсиях для полирования оксидных и металлических покрытий в электронной промышленности (химико-механическое полирование, ХМП). И в этом случае усиливающаяся миниатюризация требует специальных абразивов, которые позволяют без царапания полировать поверхности нанометрового диапазона. Настоящее изобретение относится к порошкообразному оксиду алюминия, который соответствует увеличивающейся потребности в областях струйной печати и ХМП. В частности, должно быть возможно легкое включение порошков в дисперсии при высоких степенях наполнения. Другим объектом настоящего изобретения является способ получения такого порошка. Настоящее изобретение относится к порошкообразному оксиду алюминия, полученному пламенным гидролизом и содержащему агрегаты первичных частиц, каковой порошок характеризуется тем, что – он обладает площадью поверхности БЭТ, равной от 100 до 250 м2/г, – впитывание дибутилфталата составляет от 50 до 450 г/(100 г порошкообразного оксида алюминия), – на полученных с помощью ТЭМ (трансмиссионная электронная микроскопия) изображениях высокого разрешения у него обнаруживаются только кристаллические первичные частицы. Порошкообразный оксид алюминия, предлагаемый в настоящем изобретении, предпочтительно обладает плотностью групп ОН, равной от 8 до 12 ОН/нм2. Содержание хлорида в порошкообразном оксиде алюминия, предлагаемом в настоящем изобретении, предпочтительно составляет менее 1,5 мас.%. Также предпочтительно, чтобы доля частиц, обладающих диаметром, превышающим 45 мкм, находилась в диапазоне от 0,0001 до 0,05 мас.%. Также можно отдать предпочтение порошкообразному оксиду алюминия, предлагаемому в настоящем изобретении, который на рентгенограмме обладает интенсивностью, выраженной в количестве подсчитанных импульсов, составляющей более 50 при угле 2-тета, равном 67°. Такой порошкообразный оксид алюминия может обладать сигналами гамма-, тета- и/или дельта-оксида алюминия на рентгенограмме, причем сигнал гамма-оксида алюминия обычно является самым интенсивным. Также возможно, что порошкообразный оксид алюминия, предлагаемый в настоящем изобретении, на рентгенограмме обладает сигналами с интенсивностью, выраженной в количестве подсчитанных импульсов, составляющей менее 50 при угле 2-тета, равном 67°. Такой порошок по рентгенографическим данным является аморфным в наибольшей возможной степени. Можно отдать предпочтение порошкообразному оксиду алюминия, – у которого площадь поверхности БЭТ составляет от 120 до 200 м2/г, впитывание дибутилфталата составляет от 150 до 350 г/(100 г порошкообразного оксида алюминия), плотность групп ОН составляет от 8 до 12 ОН/нм2, – который на полученных с помощью ТЭМ изображениях высокого разрешения обнаруживает только кристаллические частицы, – который на рентгенограмме обладает сигналами с интенсивностью, выраженной в количестве подсчитанных импульсов, составляющей более 50 при угле 2-тета, равном 67°, и обладает сигналами гамма-, тета- и/или дельта-оксида алюминия. В таком порошке особенно предпочтительно, если площадь поверхности БЭТ составляет от 125 до 150 м2/г. Также можно отдать предпочтение порошкообразному оксиду алюминия, – у которого площадь поверхности БЭТ составляет от 120 до 200 м2/г, впитывание дибутилфталата составляет от 150 до 350 г/(100 г порошкообразного оксида алюминия), плотность групп ОН составляет от 8 до 12 ОН/нм2, каковой порошок – на полученных с помощью ТЭМ изображениях высокого разрешения обнаруживает только кристаллические частицы и – на рентгенограмме обладает сигналами с интенсивностью, выраженной в количестве подсчитанных импульсов, составляющей менее 50 при угле 2-тета, равном 67°. В случае такого порошка особенно предпочтительно, если площадь поверхности БЭТ составляет от 135 до 190 м2/г. Настоящее изобретение также относится к способу получения порошкообразного оксида алюминия, предлагаемого в настоящем изобретении, в котором – хлорид алюминия испаряют, пары подают в камеру смешивания с помощью газа-носителя, и – независимо от этого водород, воздух (первичный воздух), который необязательно может быть обогащен кислородом и/или необязательно предварительно подогрет, подают в камеру смешивания, затем – смесь паров хлорида алюминия, водорода и воздуха поджигают горелкой, и пламя заполняет всю реакционную камеру, защищенную от доступа воздуха окружающей среды, – после этого твердое вещество отделяют от газообразных веществ и – затем твердое вещество обрабатывают паром и необязательно воздухом, – скорость выхода реакционной смеси из камеры смешивания в реакционную камеру составляет не менее 10 м/с, – значение параметра лямбда составляет от 1 до 10 и – значение параметра гамма составляет от 1 до 15. Структуру порошкообразных оксидов алюминия, предлагаемых в настоящем изобретении, с точки зрения их кристаллического или аморфного состояния, определяемого с помощью рентгенографии, можно регулировать путем изменения концентрации хлорида алюминия в газовом потоке. Высокие концентрации оксида алюминия в газовом потоке приводят к порошку, кристаллическому по данным рентгенографии. Определение того, какая концентрация хлорида алюминия является высокой, зависит от конструкции реактора; диапазон, составляющий от 0,2 до 0,6 кг AlCl3/м3 газа, можно использовать в качестве эталонного значения для производственных установок. Если концентрацию хлорида алюминия в данной производственной установке умножить на коэффициент, равный от 0,4 до 0,6, то при использовании такого значения получается порошок, по данным рентгенографии аморфный в наибольшей возможной степени. В дополнению к значениям параметров, при которых получаются порошки, по данным рентгенографии кристаллические, или порошки, по данным рентгенографии аморфные в наибольшей возможной степени, путем изменения концентрации хлорида алюминия в газовом потоке можно получить порошки, которые по данным рентгенографии, например, содержат определенную долю аморфного оксида алюминия. В предпочтительном варианте осуществления способа, предлагаемого в настоящем изобретении, в реакционную камеру можно подать вторичный газ, содержащий воздух и/или азот. Отношение количеств первичный воздух/вторичный газ предпочтительно составляет от 10 до 0,5. Подача вторичного газа может способствовать исключению комкования в реакционной камере. Настоящее изобретение также относится к применению порошкообразного оксида алюминия, предлагаемого в настоящем изобретении, в качестве впитывающего чернила вещества в средах для струйной печати. Настоящее изобретение также относится к применению порошкообразного оксида алюминия, предлагаемого в настоящем изобретении, в качестве абразива. Настоящее изобретение также относится к порошкообразного оксида алюминия, предлагаемого в настоящем изобретении, в дисперсиях. Настоящее изобретение также относится к порошкообразного оксида алюминия, предлагаемого в настоящем изобретении, в качестве наполнителя, в качестве носителя, в качестве каталитически активного вещества, в качестве основы для керамики, в электронной промышленности, в косметической промышленности, в качестве добавки в силиконовой и каучуковой промышленности, для регулирования реологических характеристик жидких систем, для термостабилизации, в промышленности покрытий для поверхностей. Примеры Анализ Площадь поверхности БЭТ определяют в соответствии со стандартом DIN 66131. Рентгенограммы получают с помощью трансмиссионного дифрактометра, выпускающегося фирмой Stoe & Cie Darmstadt, Germany. Параметры являются следующими: излучение CuK-альфа, ток возбуждения 30 мА, 45 кВ, OED. Способность впитывать дибутилфталат (ДБФ) определяют с помощью устройства RHEOCORD 90, выпускающегося фирмой Haake, Karlsruhe. Для этого 16 г, отвешенные с точностью 0,001 г, порошкообразного оксида алюминия помещают в месильную камеру, камеру закрывают крышкой и через отверстие в крышке с заданной скоростью, равной 0,0667 мл/с, подают дибутилфталат. Месильная камера работает с двигателем, вращающимся со скоростью 125 об/мин. Когда вращающий момент достигает максимума, месильная камера автоматически выключается, и прекращается подача ДБФ. По количеству израсходованного ДБФ и количеству отвешенных частиц впитывание ДБФ рассчитывают следующим образом: Показатель ДБФ (г/100 г) = (израсходованное количество ДБФ в г/количество отвешенных частиц в г) × 100. Плотность гидроксигрупп определяют по методике, приведенной в публикации J.Mathias and G.Wannemacher в Journal of Colloid and Interface Science 125 (1988), по реакции с алюмогидридом лития. Измерение индекса Сирса описано в ЕР-А-717008. Гамма = (поданное количество Н2)/(стехиометрически необходимое количество H2). Лямбда = (поданное количество O2)/(стехиометрически необходимое количество O2). Пример 1 2,76 кг/ч AlCl3 испаряют в испарителе. Пары переносят в камеру смешивания с помощью инертного газа (2,00 нм3/ч). Отдельно в камеру смешивания подают 3,04 нм3/ч водорода и 10,00 нм3/ч воздуха. В центральной трубе реакционную смесь подают в горелку и зажигают. Скорость выхода реакционной смеси из горелки составляет 31,4 м/с. Пламя горит в охлаждаемой водой пламенной трубе. В реакционную камеру дополнительно подают 20 нм3/ч вторичного воздуха. Образовавшийся порошок отделяют в расположенном ниже по потоку фильтре и затем в противотоке обрабатывают воздухом и паром примерно при 600°С. Физико-химические характеристики порошка приведены в таблице 2. Примеры 2-8 выполняют аналогично примеру 1. Параметры способа и физико-химические характеристики порошков приведены в таблице 1. На фиг.1А приведена рентгенограмма порошка, полученного в примере 1, на фиг.1В приведена рентгенограмма порошка, полученного в примере 4. На рентгенограмме порошка, полученного в примере 1, четко видны сигналы модификаций оксида алюминия. С другой стороны, порошок, полученный в примере 4, обладает лишь очень слабым сигналом при 2-тета = 67° и характеризуется по рентгенографическим данным как аморфный в наибольшей возможной степени. Первичные частицы обоих порошков состоят из кристаллических первичных частиц. На фиг.2 приведено полученное с помощью ТЭМ изображение высокого разрешения порошка, полученного в примере 4, который иллюстрирует эти результаты.
Формула изобретения
1. Порошкообразный оксид алюминия, полученный пламенным гидролизом хлорида алюминия и состоящий из агрегатов первичных частиц, характеризующийся тем, что 2. Порошкообразный оксид алюминия, полученный пламенным гидролизом, по п.1, отличающийся тем, что обладает плотностью групп ОН, равной от 8 до 12 ОН/нм2. 3. Порошкообразный оксид алюминия, полученный пламенным гидролизом, по п.1 или 2, отличающийся тем, что содержание хлорида составляет менее 1,5 мас.%. 4. Порошкообразный оксид алюминия, полученный пламенным гидролизом, по п.1, отличающийся тем, что доля частиц, обладающих диаметром, превышающим 45 мкм находится в диапазоне от 0,0001 до 0,05 мас.%. 5. Порошкообразный оксид алюминия, полученный пламенным гидролизом, по п.1, отличающийся тем, что на рентгенограмме он обладает сигналами с интенсивностью, выраженной в количестве подсчитанных импульсов, составляющей более 50 при угле 2-тета, равном 67°. 6. Порошкообразный оксид алюминия, полученный пламенным гидролизом, по п.5, отличающийся тем, что на рентгенограмме он обладает сигналами гамма-, тета- и/или дельта-оксида алюминия. 7. Порошкообразный оксид алюминия, полученный пламенным гидролизом, по п.1, отличающийся тем, что на рентгенограмме он обладает сигналами с интенсивностью, выраженной в количестве подсчитанных импульсов, составляющей менее 50 при угле 2-тета, равном 67°. 8. Порошкообразный оксид алюминия, полученный пламенным гидролизом, по п.1, отличающийся тем, что 9. Порошкообразный оксид алюминия, полученный пламенным гидролизом, по п.8, отличающийся тем, что площадь поверхности БЭТ составляет от 125 до 150 м2/г. 10. Порошкообразный оксид алюминия, полученный пламенным гидролизом, по п.1, отличающийся тем, что 11. Порошкообразный оксид алюминия, полученный пламенным гидролизом, по п.10, отличающийся тем, что площадь поверхности БЭТ составляет от 135 до 190 м2/г. 12. Способ получения порошкообразного оксида алюминия, по пп.1-11, отличающийся тем, что 13. Способ по п.12, отличающийся тем, что в реакционную камеру подают вторичный газ, содержащий воздух и/или азот. 14. Способ по п.12 или 13, отличающийся тем, что объемное отношение количеств первичный воздух/вторичный газ составляет от 10 до 0,5. 15. Применение порошкообразного оксида алюминия, полученного пламенным гидролизом, по пп.1-11 в качестве впитывающего чернила вещества в средах для струйной печати. 16. Применение порошкообразного оксида алюминия, полученного пламенным гидролизом, по пп.1-11 в качестве абразива. 17. Применение порошкообразного оксида алюминия, полученного пламенным гидролизом, по пп.1-11 в качестве абразива в дисперсиях для полирования оксидных и металлических покрытий.
РИСУНКИ
|
||||||||||||||||||||||||||
