ПОРОШКООБРАЗНЫЙ ОКСИД АЛЮМИНИЯ, ПОЛУЧЕННЫЙ ПЛАМЕННЫМ ГИДРОЛИЗОМ И ОБЛАДАЮЩИЙ БОЛЬШОЙ ПЛОЩАДЬЮ ПОВЕРХНОСТИ
POWDERY ALUMINIUM OXIDE, RECEIVED BY FLAMING HYDROLYSIS AND ALLOWING LARGE SURFACE AREA

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:
3
2
2
3
2AlCl+3HO -> AlO+6HCl (уравнение 1);
3
2
2
3
2
4AlCl+3O -> 2AlO+6Cl (уравнение 2).
2
В частности, таким способом получают оксид алюминия С, Degussa AG. Оксид алюминия С обладает площадью поверхности, равной примерно 90 м/г.
2
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 м/г, и содержит примерно 56% кристаллической тета- и 20% бета-модификации, а также 24% аморфных компонентов.
2
2
В ЕР-А-1083151 описан порошкообразный оксид алюминия, обладающий площадью поверхности БЭТ, равной более 115 м/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 м/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.
2
2
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 м/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 м/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
2
- он обладает площадью поверхности БЭТ, равной от 100 до 250 м/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.
2
Порошкообразный оксид алюминия, предлагаемый в настоящем изобретении, предпочтительно обладает плотностью групп ОН, равной от 8 до 12 ОН/нм.
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,
2
2
- у которого площадь поверхности БЭТ составляет от 120 до 200 м/г, впитывание дибутилфталата составляет от 150 до 350 г/(100 г порошкообразного оксида алюминия), плотность групп ОН составляет от 8 до 12 ОН/нм,
- 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.
2
В таком порошке особенно предпочтительно, если площадь поверхности БЭТ составляет от 125 до 150 м/г.
Также можно отдать предпочтение порошкообразному оксиду алюминия,
2
2
- у которого площадь поверхности БЭТ составляет от 120 до 200 м/г, впитывание дибутилфталата составляет от 150 до 350 г/(100 г порошкообразного оксида алюминия), плотность групп ОН составляет от 8 до 12 ОН/нм, 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°.
2
В случае такого порошка особенно предпочтительно, если площадь поверхности БЭТ составляет от 135 до 190 м/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.
3
3
Определение того, какая концентрация хлорида алюминия является высокой, зависит от конструкции реактора; диапазон, составляющий от 0,2 до 0,6 кг AlCl/м 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.
2
2
Гамма = (поданное количество Н)/(стехиометрически необходимое количество H).
2
2
Лямбда = (поданное количество O)/(стехиометрически необходимое количество O).
Пример 1
3
3
3
3
3
2,76 кг/ч AlCl испаряют в испарителе. Пары переносят в камеру смешивания с помощью инертного газа (2,00 нм/ч). Отдельно в камеру смешивания подают 3,04 нм/ч водорода и 10,00 нм/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 нм/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.