(57)【要約】  火炎加水分解により製造され、かつ１００〜２５０ｍ２／ｇのＢＥＴ表面積を有する一次粒子の凝集体からなり、５０〜４５０ｇ／酸化アルミニウム粉末１００ｇのフタル酸ジブチル吸収を有する酸化アルミニウム粉末であって、その粉末は結晶性一次粒子のみが高解像度ＴＥＭ写真で示される。これは、塩化アルミニウムを気化させ、その蒸気をキャリヤーガスにより混合室に移動させかつ、それとは別個に、水素、場合により酸素を用いて富化され、かつ／または場合により予熱されてよい空気（一次空気）を混合室に供給し、次いで塩化アルミニウム蒸気、水素、空気の混合物を燃焼装置中で点火し、かつ火炎を周囲空気から分離された反応室中へと燃焼させ、その後、固体物質をガス状物質から分離し、次いで、固体物質を蒸気、および場合により空気を用いて処理することにより製造し、その際、混合室から反応室中への反応混合物の吐出し量が少なくとも１０ｍ／ｓであり、かつラムダ値は１〜１０でありかつ、ガンマ値は１〜１５である。該粉末はインクジェットメディアにおけるインク吸収物質として使用することができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
火炎加水分解により製造され、一次粒子の凝集体からなる酸化アルミニウム粉末において、
−１００〜２５０ｍ２／ｇのＢＥＴ表面積を有し、
−フタル酸ジブチル吸収が５０〜４５０ｇ／酸化アルミニウム粉末１００ｇであり、かつ
−結晶性一次粒子のみを高解像度ＴＥＭ写真で示す
ことを特徴とする酸化アルミニウム粉末。
【請求項２】
８〜１２ＯＨ／ｎｍ２のＯＨ密度を有することを特徴とする、請求項１記載の火炎加水分解により製造される酸化アルミニウム粉末。
【請求項３】
塩化物含有率が１．５質量％を下回ることを特徴とする、請求項１または２記載の火炎加水分解により製造される酸化アルミニウム粉末。
【請求項４】
４５μｍを上回る直径を有する粒子の割合が０．０００１〜０．０５質量％の範囲にあることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載の火炎加水分解により製造される酸化アルミニウム粉末。
【請求項５】
Ｘ線回折図において、６７゜の角度２θで５０を上回る計数率で表される強度を示すことを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載の火炎加水分解により製造される酸化アルミニウム粉末。
【請求項６】
Ｘ線回折図がγ−、θ−および／またはδ−酸化アルミニウムのシグナルを示すことを特徴とする、請求項５記載の火炎加水分解により製造される酸化アルミニウム粉末。
【請求項７】
Ｘ線回折図において、６７゜の角度２θで５０を下回る計数率で表される強度を示すことを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載の火炎加水分解により製造される酸化アルミニウム粉末。
【請求項８】
−ＢＥＴ表面積が１２０〜２００ｍ２／ｇであり、フタル酸ジブチル吸収が１５０〜３５０ｇ／酸化アルミニウム粉末１００ｇであり、ＯＨ密度が８〜１２ＯＨ／ｎｍ２であり、かつ
−高解像度ＴＥＭ写真が結晶性一次粒子のみを示し、かつ
−Ｘ線回折図において酸化アルミニウム粉末が、６７゜の角度２θで５０を上回る計数率で表される強度を示し、かつγ−、θ−および／またはδ−酸化アルミニウムのシグナルを示すことを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載の火炎加水分解により製造される酸化アルミニウム粉末。
【請求項９】
ＢＥＴ表面積が１２５〜１５０ｍ２／ｇであることを特徴とする、請求項８記載の火炎加水分解により製造される酸化アルミニウム粉末。
【請求項１０】
−ＢＥＴ表面積が１２０〜２００ｍ２／ｇであり、フタル酸ジブチル吸収が１５０〜３５０ｇ／酸化アルミニウム粉末１００ｇであり、ＯＨ密度が８〜１２ＯＨ／ｎｍ２であり、かつ
−高解像度ＴＥＭ写真が結晶性一次粒子のみを示し、かつ
−Ｘ線回折図において酸化アルミニウム粉末が、６７゜の角度２θで５０を下回る計数率で表される強度を示すことを特徴とする、請求項１から４および７のいずれか１項記載の火炎加水分解により製造される酸化アルミニウム粉末。
【請求項１１】
ＢＥＴ表面積が１３５〜１９０ｍ２／ｇであることを特徴とする、請求項１０記載の火炎加水分解により製造される酸化アルミニウム粉末。
【請求項１２】
請求項１から１１までのいずれか１項記載の火炎加水分解により製造される酸化アルミニウム粉末の製造法において、
−塩化アルミニウムを気化させ、その蒸気をキャリヤーガスにより混合室に移動させかつ、
−それとは別個に、水素、場合により酸素を用いて富化され、かつ／または場合により予熱されてよい空気（一次空気）を混合室に供給し、次いで
−塩化アルミニウム蒸気、水素および空気の混合物を燃焼装置中で点火し、かつ火炎は周囲空気から分離された反応室中へと燃焼し、
−その後、固体物質をガス状物質から分離し、
−次いで、固体物質を蒸気、および場合により空気を用いて処理し、
−混合室から反応室中への反応混合物の吐出し量は少なくとも１０ｍ／ｓであり、かつ
−ラムダ値は１〜１０でありかつ、
−ガンマ値は１〜１５である。
ことを特徴とする、請求項１から１１までのいずれか１項記載の火炎加水分解により製造される酸化アルミニウム粉末の製造法。
【請求項１３】
空気および／または窒素からなる二次ガスを反応室中に導入することを特徴とする、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
一次空気／二次ガスの比が１０〜０．５であることを特徴とする、請求項１２または１３記載の方法。
【請求項１５】
インクジェットメディアにおけるインク吸収物質としての、請求項１から１１までのいずれか１項記載の火炎加水分解により製造される酸化アルミニウム粉末の使用。
【請求項１６】
研磨材としての、請求項１から１１までのいずれか１項記載の火炎加水分解により製造される酸化アルミニウム粉末の使用。
【請求項１７】
分散液中での、請求項１から１１までのいずれか１項記載の火炎加水分解により製造される酸化アルミニウム粉末の使用。
【請求項１８】
充填材としての、キャリヤーとしての、触媒活性物質としての、セラミックベースとしての、電子工業においての、化粧品工業においての、シリコーンおよびゴム工業における添加剤としての、液体系のレオロジーを調整するための、熱安定化のための、表面被覆工業においての、請求項１から１１までのいずれか１項記載の火炎加水分解により製造される酸化アルミニウム粉末の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火炎加水分解により製造され、広い表面積を有する酸化アルミニウム粉末、その製造および使用に関する。
【０００２】
酸化アルミニウム粉末を熱分解法により製造することは公知である。熱分解法には火炎加水分解が含まれ、該火炎加水分解においてハロゲン化アルミニウム、一般に塩化アルミニウムが高温で加水分解され、酸化アルミニウムおよび塩酸が反応式１
２ＡｌＣｌ３＋３Ｈ２Ｏ  →  Ａｌ２Ｏ３＋６ＨＣｌ（反応式１）
４ＡｌＣｌ３＋３Ｏ２  →  ２Ａｌ２Ｏ３＋６Ｃｌ２（反応式２）
により形成される。
【０００３】
例えば、酸化アルミニウムＣ、ＤｅｇｕｓｓａＡＧは、この方法で製造される。酸化アルミニウムＣは、ほぼ９０ｍ２／ｇの表面積を有する。
【０００４】
火炎加水分解により製造されるさらに別の酸化アルミニウム粉末は、カボット社からの粉末である。前記粉末は、５５ｍ２／ｇのＢＥＴ表面積を有し、約５６％のθ結晶および２０％のδ結晶の変態、ならびに２４％の非晶質成分を含んでいる。
【０００５】
ＥＰ−Ａ−１０８３１５１には、１１５ｍ２／ｇを上回るＢＥＴ表面積を有する酸化アルミニウム粉末が記載されており、その粉末は同時に８ｍｌ／２ｇを上回るシアーズインデックス(Sears index)を有し、該粉末のフタル酸ジブチル吸収は測定不可能である。実施例には、１２１ｍ２／ｇのＢＥＴ表面積および９．３８ｍｌ／２ｇのシアーズインデックスを有する粉末が記載されている。
【０００６】
ＵＳ３６６３２８３には、火炎加水分解による金属酸化物粉末の製造法が記載されている。酸化アルミニウムに関する実施例が与えられているけれども、その酸化アルミニウムは、微細に分散され狭い粒度分布をもっていることのみが記載されている。より詳細な説明は与えられていない。
【０００７】
ＵＳ５５２７４２３では、４０〜４３０ｍ２／ｇのＢＥＴ表面積を有する沈降酸化アルミニウムまたは火炎加水分解により製造された酸化アルミニウムを含有する分散液が請求されている。しかしながら、そのような酸化アルミニウム粉末が得られる方法は開示されていない。この実施例において、５５〜１００ｍ２／ｇの狭い範囲内にとどまるにすぎないＢＥＴ表面積を有する酸化アルミニウム粉末が開示されている。
【０００８】
ＥＰ−Ａ−１２５６５４８では、５〜１００ｎｍの平均一次粒径および５０〜８０ｎｍの平均凝集体直径を有する酸化アルミニウム粒子が開示されている。粒子は非晶質または結晶性であってよい。４５μｍより大きい粒子の割合は、有利には０．０５質量％以下である。これらの酸化アルミニウム粒子は、塩化アルミニウムと酸素および／または水蒸気とを約８００℃の温度で気相反応させ、その際、反応物質は予熱され、その後、ガス状物質から形成される酸化アルミニウムを分離することにより得られるといわれている。酸素、水および酸素／水混合物は、反応における酸化剤として使用される。
【０００９】
しかしながら、この反応は気相反応であり、火炎加水分解または火炎酸化ではない。ＥＰ−Ａ−１２５６５４８に従って得られる粉末は、火炎加水分解または火炎酸化により得られる粉末とは異なった構造および異なった特性を有する。例えば、塩化物の割合は数質量％以下でありうる。粉末は不所望のグレー色を有しうるが、このことは塩化アルミニウムの不完全反応により生じるオキシ塩化アルミニウム成分が原因でありうる。
【００１０】
酸化アルミニウム粉末の多数の考えられうる用途は公知である。前記酸化アルミニウム粉末は、製紙工業において、とりわけインクジェット紙において使用される。酸化アルミニウム粉末は、なかでも光沢度、色の輝度、接着性およびインク吸収に影響を及ぼす。増大しつつあるインクジェット紙の需要により、これらのパラメータの数値を改善することが必要となる。
【００１１】
酸化アルミニウム粉末はまた、電子工業における酸化物および金属の被覆を研磨するため分散液中で研磨材として使用される（化学的機械的研磨、ＣＭＰ）。ここでも、部材の連続した小形化は、引掻きせずに研磨されうるナノメートル範囲の表面を可能にするカスタマイズされた研磨材を必要とする。
本発明の目的は、インクジェットおよびＣＭＰの分野において増大した需要を満たす酸化アルミニウム粉末を提供することである。とりわけ、容易に、かつ高い充填度で粉末を分散液に混合することが可能であるべきである。本発明のさらなる目的は、そのような粉末の製造法である。
【００１２】
本発明は、火炎加水分解により製造され、一次粒子の凝集体からなる酸化アルミニウム粉末を提供し、該粉末は
−１００〜２５０ｍ２／ｇのＢＥＴ表面積を有し、
−フタル酸ジブチル吸収が酸化アルミニウム粉末１００ｇあたり５０〜４５０ｇであり、かつ
−結晶性一次粒子のみが高解像度ＴＥＭ写真で示される
ことを特徴とする。
【００１３】
本発明による酸化アルミニウム粉末は、有利には８〜１２ＯＨ／ｎｍ２のＯＨ密度を有する。
【００１４】
本発明による酸化アルミニウム粉末の塩化物含有率は、有利には１．５質量％を下回る。
【００１５】
４５μｍより大きい直径を有する粒子の割合が、０．０００１〜０．０５質量％の範囲にあることもまた有利である。
【００１６】
Ｘ線回折図において、６７゜の角度２θで５０を上回る計数率で表される強度を示す本発明による酸化アルミニウム粉末も有利である。
【００１７】
そのような酸化アルミニウム粉末は、Ｘ線回折図においてγ−、θ−および／またはδ−酸化アルミニウムのシグナルを示すことができ、一般にγ−酸化アルミニウムのシグナルが最も強い。
【００１８】
Ｘ線回折図において、６７゜の角度２θで５０を下回る計数率で表される強度を示す本発明による酸化アルミニウム粉末も可能である。そのような粉末は、最大限の範囲でＸ線アモルファスである。
【００１９】
有利であるのは、
−ＢＥＴ表面積が１２０〜２００ｍ２／ｇであり、フタル酸ジブチル吸収が酸化アルミニウム粉末１００ｇあたり１５０〜３５０ｇであり、ＯＨ密度が８〜１２ＯＨ／ｎｍ２であり、かつ
−結晶性一次粒子のみが高解像度ＴＥＭ写真で示され、かつ
−Ｘ線回折図において、６７゜の角度２θで５０を上回る計数率で表される強度を伴うシグナルを有し、かつγ−、θ−および／またはδ−酸化アルミニウムのシグナルを示す
酸化アルミニウム粉末である。
【００２０】
そのような粉末では、１２５〜１５０ｍ２／ｇのＢＥＴ表面積がとりわけ有利である。
【００２１】
有利であるのはさらに、
−ＢＥＴ表面積が１２０〜２００ｍ２／ｇであり、フタル酸ジブチル吸収が酸化アルミニウム粉末１００ｇあたり１５０〜３５０ｇであり、ＯＨ密度が８〜１２ＯＨ／ｎｍ２であり、その粉末は
−結晶性一次粒子のみが高解像度ＴＥＭ写真で示され、かつ
−Ｘ線回折図において、６７゜の角度２θで５０を下回る計数率で表される強度を示す
酸化アルミニウム粉末である。
【００２２】
そのような粉末の場合、とりわけ１３５〜１９０ｍ２／ｇのＢＥＴ表面積が有利である。
【００２３】
本発明はさらに、本発明による酸化アルミニウム粉末の製造法を提供し、該製造法において、
−塩化アルミニウムを気化させ、その蒸気をキャリヤーガスにより混合室に移動させかつ、
−それとは別個に、水素、場合により酸素を用いて富化され、かつ／または場合により予熱されてよい空気（一次空気）を混合室に供給し、次いで
−塩化アルミニウム蒸気、水素および空気の混合物を燃焼装置中で点火し、かつ火炎は周囲空気から分離された反応室中へと燃焼し、
−その後、固体物質をガス状物質から分離し、
−次いで、固体物質を蒸気、および場合により空気を用いて処理し、
−混合室から反応室内への反応混合物の吐出し量は少なくとも１０ｍ／ｓであり、かつ
−ラムダ値は１〜１０でありかつ、
−ガンマ値は１〜１５である。
【００２４】
Ｘ線結晶状態またはＸ線非晶質状態に関する本発明による酸化アルミニウム粉末の構造は、ガス流中での塩化アルミニウム濃度を変化させることにより制御することができる。ガス流中の高い酸化アルミニウム濃度により、Ｘ線結晶性粉末が産出される。
高い塩化アルミニウム濃度の定義は、反応器の構造に依存する；気体１ｍ３あたり０．２〜０．６ｋｇのＡｌＣｌ３を、製造装置における基準点として使用することができる。
【００２５】
同一の製造装置中の塩化アルミニウム濃度を０．４〜０．６倍する場合、最大限の範囲でＸ線アモルファスである粉末が得られる。
【００２６】
Ｘ線結晶性粉末または最大限の範囲でＸ線アモルファスである粉末を産出する調整に加えて、ガス流中のアルミニウム濃度を変化させることにより、例えばＸ線アモルファス酸化アルミニウムの定義された割合を含む粉末を得ることも可能である。
【００２７】
本発明による方法の特別の実施態様において、空気および／または窒素からなる二次ガスを反応室中に導入してよい。一次空気／二次ガスの比は、有利には１０〜０．５の値を有する。二次ガスの導入は、反応室中でのケーキングの回避に役立つことができる。
【００２８】
本発明は、インクジェットメディアにおけるインク吸収物質としての本発明による酸化アルミニウム粉末の使用にも関する。
【００２９】
本発明は、研磨材としての本発明による酸化アルミニウム粉末の使用にも関する。
【００３０】
本発明は、分散液中での本発明による酸化アルミニウム粉末の使用にも関する。
【００３１】
本発明は、充填材としての、キャリヤーとしての、触媒活性物質としての、セラミックベースとしての、電子工業においての、化粧品工業においての、シリコーンおよびゴム工業における添加剤としての、液体系のレオロジーを調整するための、熱安定化のための、表面被覆工業においての、本発明による酸化アルミニウム粉末の使用にも関する。
【００３２】
実施例
分析
粒子のＢＥＴ表面積をＤＩＮ６６１３１に従って測定する。
【００３３】
Ｘ線回折図をＳｔｏｅ＆Ｃｉｅ社（ドイツ国ダルムシュタット在）からの透過型回折計により測定する。パラメータはＣｕｋα線、励起３０ｍＡ、４５ｋＶ、ＯＥＤである。
【００３４】
フタル酸ジブチル吸収を、Ｈａａｋｅ社（カールスルーエ在）からの装置ＲＨＥＯＣＯＲＤ９０を用いて測定する。この目的のために、酸化アルミニウム粉末１６ｇを、０．００１ｇの精度で混練室中に導入し、室を蓋で閉じ、フタル酸ジブチルを０．０６６７ｍｌ／ｓの前決定された計量割合でその蓋の孔を通して計量供給する。混練機を１分間に１２５回転のモーター速度で作動させる。最大トルクに達した時、混練機およびＤＢＰ計量を自動的に切る。消費されたＤＢＰの量および秤量された粒子の量から、ＤＢＰ吸収を以下のように算出する：
ＤＢＰ数（ｇ／１００ｇ）＝（ＤＢＰ消費量ｇ記載／粒子の秤量部ｇ記載）×１００。
【００３５】
ヒドロキシル基密度は、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｏｌｌｏｉｄ  ａｎｄ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ１２５（１９８８）でＪ．Ｍａｔｈｉａｓ  ａｎｄ  Ｇ．Ｗａｎｎｅｍａｃｈｅｒにより公表された方法に従って、水素化アルミニウムリチウムとの反応により測定する。シアーズインデックスの測定はＥＰ−Ａ−７１７００８に記載されている。
γ＝供給されたＨ２／化学量論的に必要なＨ２
λ＝供給されたＯ２／化学量論的に必要なＯ２
【００３６】
実施例１：
ＡｌＣｌ３２．７６ｋｇ／ｈを蒸発器中で気化させる。蒸気を不活性ガス（２．００Ｎｍ３／ｈ）により混合室に移動させる。それとは別個に、水素３．０４Ｎｍ３／ｈおよび空気１０．００Ｎｍ３／ｈを混合室中に導入する。中央のパイプで、反応混合物を燃焼装置中に送り、点火する。燃焼装置からの反応混合物の吐出し量は３１．４ｍ／ｓである。火炎は水冷式火炎管(water cooled flame tube)中へと燃焼する。加えて、二次空気２０Ｎｍ３／ｈを反応室中に導入する。形成される粉末を分離し、下流のフィルターで分散し、次いで約６００℃で水および蒸気により向流で処理する。粉末の物理化学的データは第２表に記載されている。
【００３７】
実施例２から８を、実施例１と同様に行う。粉末のプロセスパラメータおよび物理化学的データは第１表に見出すことができる。
【００３８】
図１Ａは実施例１からの粉末のＸ線回折図を示し、図１Ｂは実施例４からの粉末のＸ線回折図を示す。実施例１からの粉末のＸ線回折図は、酸化アルミニウム変態のシグナルを明示している。他方で、実施例４からの粉末は、２θ＝６７゜で非常に弱いシグナルのみを示し、最大限の範囲でＸ線アモルファスとして特徴づけられている。両方の粉末の一次粒子は結晶性一次粒子からなる。図２は、実施例４からの粉末の高解像度ＴＥＭ写真を示し、この状況を示している。
【００３９】
【表１】
2007522062.tif 000002
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１Ａ】本発明による実施例１からの粉末のＸ線回折図を示す図
【図１Ｂ】本発明による実施例４からの粉末のＸ線回折図を示す図
【図２】本発明による実施例４からの粉末の高解像度ＴＥＭ写真を示す図
【図１Ａ】
2007522062.tif 000003
【図１Ｂ】
2007522062.tif 000004
【図２】
2007522062.tif 000005
【国際調査報告】
2007522062.tif 000006
2007522062.tif 000007
2007522062.tif 000008
2007522062.tif 000009