Порошкоподібний оксид алюмінію, одержаний полуменевим гідролізом, спосіб його одержання та застосування

1. Порошкоподібний оксид алюмінію, який одержаний полуменевим гідролізом та містить агрегати первинних частинок, який відрізняється тим, що - площа поверхні за БЕТ становить від 100 до 250 м2/г, - поглинання дибутилфталату становить від 50 до 450 г на 100 г порошкоподібного оксиду алюмінію, і - на одержаних за допомогою трансмісійної електронної мікроскопії - ТЕМ зображеннях високого розрізнення у нього виявлені тільки кристалічні первинні частинки. 2. Порошкоподібний оксид алюмінію за п. 1, який відрізняється тим, що має щільність груп ОН, яка дорівнює від 8 до 12ОН/нм2. 3. Порошкоподібний оксид алюмінію за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що містить хлорид, вміст якого становить менше 1,5мас.%. 4. Порошкоподібний оксид алюмінію за будь-яким з пп. 1-3, який відрізняється тим, що частка частинок, які мають діаметр, що перевищує 45мкм, знаходиться в діапазоні від 0,0001 до 0,05мас.%. 5. Порошкоподібний оксид алюмінію за будь-яким з пп. 1-4, який відрізняється тим, що на рентгенограмі має сигнали з інтенсивністю, вираженою в кількості підрахованих імпульсів, яка становить більше ніж 50 при куті 2-тета, який дорівнює 67°. 6. Порошкоподібний оксид алюмінію за п. 5, який відрізняється тим, що на рентгенограмі він має 2 (19) 1 3 86789 4 12. Спосіб одержання порошкоподібного оксиду 13. Спосіб за п. 12, який відрізняється тим, що алюмінію за будь-яким з пп. 1-11 полуменевим повітря (первинне повітря) збагачують киснем. гідролізом, який відрізняється тим, що: 14. Спосіб за п. 12 або 13, який відрізняється - хлорид алюмінію випаровують, пару подають у тим, що повітря (первинне повітря) попередньо камеру змішування за допомогою газу-носія, та підігрівають. - незалежно від цього водень, повітря (первинне 15. Спосіб за п. 12, який відрізняється тим, що в повітря) подають у камеру змішування, потім реакційну камеру подають вторинний газ, який - суміш пари хлориду алюмінію, водню та повітря містить повітря і/або азот. підпалюють пальником і полум'я заповнює всю 16. Спосіб за п. 15, який відрізняється тим, що реакційну камеру, захищену від доступу повітря відношення кількостей первинне повітнавколишнього середовища, ря/вторинний газ становить від 10 до 0,5. - після цього тверду речовину відокремлюють від 17. Застосування порошкоподібного оксиду алюмігазоподібних речовин, та нію, одержаного полуменевим гідролізом, за будь- потім тверду речовину обробляють парою і неяким з пп. 1-11 як речовини, що поглинає чорнило, обов'язково повітрям, в середовищах для струминного друку. - швидкість виходу реакційної суміші з камери 18. Застосування порошкоподібного оксиду алюмізмішування в реакційну камеру становить не меннію, одержаного полуменевим гідролізом, за будьше 10м/с, та яким з пп. 1-11 як абразиву. - значення параметра лямбда становить від 1 до 19. Застосування порошкоподібного оксиду алюмі10, та нію, одержаного полуменевим гідролізом, за будь- значення параметра гамма становить від 1 до яким з пп. 1-11 як компонента для приготування 15. дисперсій. Даний винахід стосується одержаного полуменевим гідролізом порошкоподібного оксиду алюмінію, його одержання та застосування. Одержання порошкоподібного оксиду алюмінію пірогенними способами є відомим. Пірогенні способи включають полуменевий гідроліз, при якому галогенід алюмінію, звичайно хлорид алюмінію, гідролізується при високих температурах з утворенням оксиду алюмінію та хлористоводневої кислоти за рівнянням 1: 2АІСІ3+3Н2О→Аl2О3+6НСl (рівняння 1) 4АlСl3+3О2→2Аl2О3+6Сl2 (рівняння 2). Зокрема, таким способом одержують оксид алюмінію С, Degussa AG. Оксид алюмінію С має площу поверхні, що дорівнює приблизно 90м2/г. Іншим порошкоподібним оксидом алюмінію, одержаним полуменевим гідролізом, є порошок, що випускається фірмою Cabot. Він має площу поверхні БЕТ (яка визначена за ізотермою Брунауера-Емета-Телера), що дорівнює 55м2/г, і містить приблизно 56% кристалічної тета- та 20% бетамодифікації, а також 24 % аморфних компонентів. В ЕР-А-1083151 описаний порошкоподібний оксид алюмінію, який має площу поверхні БЕТ, що дорівнює більше 115м2/г, і цей порошок одночасно має індекс Сирса, що дорівнює більше 8мл/2г та здатність поглинати дибутилфталат, яку не можна визначити. Зокрема, описаний порошок, що має площу поверхні БЕТ, яка дорівнює 121м2/г, та індекс Сирса, що дорівнює 9,38мл/2г. В US 3663283 описаний спосіб одержання порошкоподібних оксидів металів за допомогою полуменевого гідролізу. Хоча наведено приклад, який відноситься до оксиду алюмінію, оксид алюмінію описаний тільки як тонкоподрібнений і має вузький розподіл частинок за розмірами. Інші подробиці не наведені. В US 5527423 заявлена дисперсія, яка містить осаджений оксид алюмінію або оксид алюмінію, одержаний полуменевим гідролізом і має площу поверхні БЕТ, що дорівнює від 40 до 430м2/г. Од нак не розкритий спосіб, яким одержані такі порошкоподібні оксиди алюмінію. У прикладах розкриті порошкоподібні оксиди алюмінію, що мають площу поверхні БЕТ тільки у вузькому діапазоні, що становить від 55 до 100м2/г. В ЕР-А-1256548 розкриті частинки оксиду алюмінію, що мають середній діаметр первинних частинок, що дорівнює від 5 до 100нм, та середній діаметр агрегату, що дорівнює від 50 до 80нм. Частинки можуть бути аморфними або кристалічними. Частка частинок більших ніж 45мкм бажано становить 0,05мас.% або менше. Вказують, що ці частинки оксиду алюмінію можна одержати газофазовою реакцією хлориду алюмінію з киснем і/або парою, причому реагенти попередньо нагріті, при температурах, що дорівнюють приблизно 800°С, з наступним відділенням одержаного в такий спосіб оксиду алюмінію від газоподібних речовин. Як окисні реагенти в реакції слід використовувати кисень, воду та суміші кисень/вода. Однак реакція є газофазовою і не є ні полуменевим гідролізом, ні полуменевим окислюванням. Порошок, одержаний відповідно до ЕР-А-1256548, має не такі характеристики, як порошок, одержаний полуменевим гідролізом або полуменевим окислюванням. Наприклад, частка хлориду може досягати декількох мас.%. Порошок може мати небажаний сірий колір, що можна пов'язувати з наявністю оксихлориду алюмінію, який утворився внаслідок неповної реакції хлориду алюмінію. Відомо багато можливих способів застосування порошкоподібного оксиду алюмінію. Його використовують у паперовій промисловості, зокрема в папері для струминного друкування. Порошкоподібний оксид алюмінію, зокрема, впливає на блиск, яскравість кольору, адгезію та вбирання чорнила. Зростаюча потреба в папері для струминного друку вимагає поліпшення цих характеристик. Порошкоподібний оксид алюмінію також застосовується як абразив у дисперсіях для полірування оксидних та металевих покриттів в електро 5 86789 6 нній промисловості (хіміко-механічне полірування, У такому порошку особливо краще, якщо плоХМП). І в цьому випадку мініатюризація, що підсища поверхні БЕТ становить від 125 до 150м2/г. люється, вимагає спеціальних абразивів, які доТакож можна віддати перевагу порошкоподібзволяють без дряпання полірувати поверхні наноному оксиду алюмінію метрового діапазону. - у якого площа поверхні БЕТ становить від Даний винахід стосується порошкоподібного 120 до 200м2/г, вбирання дибутилфталту станооксиду алюмінію, який відповідає зростаючій повить від 150 до 350г/(100г порошкоподібного окситребі, для таких застосувань, як струминний друк ду алюмінію), щільність груп ОН становить від 8 до та ХМП. Зокрема, повинно бути можливо легке 12ОН/нм2, причому порошок включення порошків у дисперсії при високих сту- на одержаних за допомогою ТЕМ зображенпенях наповнення. Іншим об'єктом даного винахонях високого розрізнення виявляє тільки кристаліду є спосіб одержання такого порошку. чні частинки, та Даний винахід стосується порошкоподібного - на рентгенограмі має сигнали з інтенсивнісоксиду алюмінію, який одержано полуменевим тю, вираженою в кількості підрахованих імпульсів, гідролізом та який містить агрегати первинних часщо становить менше 50 при куті 2-тета, що дорівтинок, причому порошок характеризується тим, що нює 67°. - він має площу поверхні БЕТ, що дорівнює від У випадку такого порошку особливо краще, 100 до 250м2/г, якщо площа поверхні БЕТ становить від 135 до - вбирання дибутилфталату становить від 50 190м2/г. до 450г/(100г порошкоподібного оксиду алюмінію), Даний винахід також стосується способу одета ржання порошкоподібного оксиду алюмінію, про- на одержаних за допомогою ТЕМ (трансміпонованого в даному винаході, у якому сійна електронна мікроскопія) зображеннях висо- хлорид алюмінію випаровують, пари подають кого розрізнення в нього виявляються тільки крису камеру змішування за допомогою газу-носія та, талічні первинні частинки. - незалежно від цього водень, повітря (перПорошкоподібний оксид алюмінію, пропоновавинне повітря), яке необов'язково може бути збаний у даному винаході, переважно має щільність гачене киснем і/або необов'язково попередньо груп ОН, що дорівнює від 8 до 12ОН/нм2. підігріте, подають у камеру змішування, потім Вміст хлориду в порошкоподібному оксиді - суміш пари хлориду алюмінію, водню та повіалюмінію, пропонованому в даному винаході, батря підпалюють пальником і полум'я заповнює всю жано становить менше 1,5мас.%. реакційну камеру, захищену від доступу повітря Також краще, щоб частка частинок, що мають навколишнього середовища, діаметр, який перевищує 45мкм, знаходилась в - після цього тверду речовину відокремлюють діапазоні від 0,0001 до 0,05мас.%. від газоподібних речовин, та Також можна віддати перевагу порошкоподіб- потім тверду речовину обробляють парою і ному оксиду алюмінію, пропонованому в даному необов'язково повітрям, винаході, який на рентгенограмі має інтенсивність, - швидкість виходу реакційної суміші з камери виражену в кількості підрахованих імпульсів, що змішування в реакційну камеру становить не менстановить більше 50 при куті 2-тета, що дорівнює ше 10м/с, та 67°. - значення параметра лямбда становить від 1 Такий порошкоподібний оксид алюмінію може до 10 і мати сигнали гамма-, тета-і/або дельта-оксиду - значення параметра гамма становить від 1 алюмінію на рентгенограмі, причому сигнал гаммадо 15. оксиду алюмінію звичайно є найінтенсивнішим. Структуру порошкоподібних оксидів алюмінію, Також можливо, що порошкоподібний оксид пропонованих у даному винаході, з погляду їх криалюмінію, пропонований у даному винаході, на сталічного або аморфного стану, що визначають рентгенограмі має сигнали з інтенсивністю, вираза допомогою рентгенографії, можна регулювати женою в кількості підрахованих імпульсів, що сташляхом зміни концентрації хлориду алюмінію в новить менше 50 при куті 2-тета, що дорівнює 67°. газовому потоці. Високі концентрації оксиду алюТакий порошок за рентгенографічними даними є мінію в газовому потоці приводять до порошку, аморфним у найбільш можливому ступені. кристалічному за даними рентгенографії. Можна віддати перевагу порошкоподібному Визначення того, яка концентрація хлориду оксиду алюмінію алюмінію є високою, залежить від конструкції реа- у якого площа поверхні БЕТ становить від ктора; діапазон, що становить від 0,2 до 0,6 (кг 120 до 200м2/г, вбирання дибутилфталату станоАlСl3)/(м3 газу) можна використовувати як еталонвить від 150 до 350г/(100г порошкоподібного оксине значення для виробничих установок. ду алюмінію), щільність груп ОН становить від 8 до Якщо концентрацію хлориду алюмінію в даній 12ОН/нм2, та який виробничій установці помножити на коефіцієнт, що - на одержаних за допомогою ТЕМ зображендорівнює від 0,4 до 0,6, то при використанні такого нях високого розрізнення виявляє тільки кристалізначення одержують порошок, за даними рентгечні частинки, і який нографії аморфний у найбільш можливому ступе- на рентгенограмі має сигнали з інтенсивнісні. тю, вираженою в кількості підрахованих імпульсів, На додаток до значень параметрів, при яких що становить більше 50 при куті 2-тета, що доріводержують порошки, за даними рентгенографії нює 67°, і має сигнали гамма-, тета- і/або дельтакристалічні, або порошки, за даними рентгенограоксиду алюмінію. фії аморфні в найбільш можливому ступені, шля 7 86789 8 хом зміни концентрації хлориду алюмінію в газодосягає максимуму, місильна камера автоматично вому потоці можна одержати порошки, які за давимикається й припиняється подача ДБФ. За кільними рентгенографії, наприклад, містять певну кістю витраченого ДБФ і кількістю зважених частичастку аморфного оксиду алюмінію. нок вбирання ДБФ розраховують у такий спосіб: У кращому варіанті здійснення способу, проПоказник ДБФ (г/100г) = (витрачена кількість понованого в даному винаході, у реакційну камеру ДБФ у г/кількість зважених частинок у г)×100. можна подати вторинний газ, що містить повітря Щільність гідроксигруп визначають за методиі/або азот. Відношення кількостей первинне повіткою, наведеною в публікації J. Mathias and G. ря/вторинний газ бажано становить від 10 до 0,5. Wannemacher в Journal of Colloid and Interface Подача вторинного газу може сприяти виключенScience 125 (1988), за реакцією з алюмогідридом ню грудкування в реакційній камері. літію. Даний винахід також стосується застосування Вимірювання індексу Сирса описано в ЕР-Апорошкоподібного оксиду алюмінію, пропоновано717008. го в даному винаході, як речовини, що вбирає чоГамма = (подана кількість Н2)/(стехіометрично рнило, в середовищах для струминного друку. необхідна кількість Н2) Даний винахід також стосується застосування Лямбда = (подана кількість порошкоподібного оксиду алюмінію, пропонованоО2)/(стехіометрично необхідна кількість О2) го в даному винаході, як абразиву. Приклад 1: Даний винахід також стосується застосування 2,76кг/год АІСІ3 випаровують у випарнику. Папорошкоподібного оксиду алюмінію, пропонованору переносять у камеру змішування за допомогою го в даному винаході, у дисперсіях. інертного газу (2,00нм3/год). Окремо в камерузміДаний винахід також стосується застосування шування подають 3,04нм3/год водню та 3 порошкоподібного оксиду алюмінію, пропоновано10,00нм /год повітря. У центральній трубі реакційго в даному винаході, як наповнювача, як носія, як ну суміш подають у пальник і запалюють. Швидкаталітично активної речовини, як основи для кекість виходу реакційної суміші з пальника станораміки, в електронній промисловості, у косметичвить 31,4м/с. Полум'я горить в охолоджуваній ній промисловості, як добавки у силіконовій та каводою полуменевій трубі. У реакційну камеру доучуковій промисловості, для регулювання датково подають 20нм3/год вторинного повітря. реологічних характеристик рідких систем, для Порошок, що утворився, відокремлюють у розтатермостабілізації, у промисловості покриттів для шованому нижче за потоком фільтрі та потім у поверхонь. протитечії обробляють повітрям і парою приблизПриклади но при 600°С. Фізико-хімічні характеристики пороАналіз шку наведені в таблиці 2. Площу поверхні БЕТ визначають у відповідноПриклади 2-8 виконують аналогічно прикладу сті зі стандартом DIN 66131. 1. Параметри способу та фізико-хімічні характериРентгенограми одержують за допомогою стики порошків наведені в таблиці 1. трансмісійного дифрактометра, що випускається На Фіг.1А наведена рентгенограма порошку, фірмою Stoe & Сіe Darmstadt, Germany. Параметодержаного в прикладі 1, на Фіг.1В наведена рентри є наступними: випромінювання СиКальфа, генограма порошку, одержаного в прикладі 4. На струм збудження 30мА, 45кВ, OED. рентгенограмі порошку, одержаного в прикладі 1, Здатність вбирати дибутилфталат (ДБФ) вичітко видні сигнали модифікацій оксиду алюмінію. значають за допомогою пристрою RHEOCORD 90, З іншого боку, порошок, одержаний у прикладі 4, що випускається фірмою Haake, Karlsruhe. Для має лише дуже слабкий сигнал при 2-тета=67° і цього 16г, зваженого з точністю 0,001г, порошкохарактеризується, за рентгенографічним даними подібного оксиду алюмінію поміщають у місильну як аморфний у найбільш можливому ступені. Перкамеру, камеру закривають кришкою й через отвір винні частинки обох порошків складаються із крису кришці із заданою швидкістю, що дорівнює талічних первинних частинок. На Фіг.2 наведено 0,0667мл/с, подають дибутилфталат. Місильна одержане за допомогою ТЕМ зображення високого камера працює з двигуном, що обертається зі розрізнення порошку, одержаного в прикладі 4, що швидкістю 125оборотів/хв. Коли крутний момент ілюструє ці результати. 9 86789 10 Таблиця 1 Параметри способу одержання та фізико-хімічні параметри порошкоподібного АІ2О3 Приклад АІСІ3 Водень Первинне повітря Вторинне повітря Інертний газ Повна кількість газів АІСІ3/повна кількість газів Гамма# Лямбда# vB* Площа поверхні БЕТ Кількість рентгенівських імпульсів при 2-тета=67° Показник ДБФ Щільність груп ОН Індекс Сирса рН Об'ємна густина Ущільнена об'ємна густина Вміст хлориду Частка частинок розміром > 45мкм 1 2 3 4 5 6 7 8 кг/год 2,76 2,76 2,76 1,25 1,25 1,25 1,25 1,25 нм3/год 3,04 3,04 3,04 1,90 1,9 1,9 0,5 3,5 нм3/год 10,00 9,15 9,5 13,50 13 13,8 8,25 15 нм3/год 20,00 20,00 20,00 20,00 20,00 20,00 20,00 20,00 нм3/год 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 нм3/год 35,04 34,19 34,54 37,4 36,9 37,7 30,75 40,5 кг/нм 0,079 0,081 0,080 0,033 0,034 0,033 0,041 0,031 4,37 4,37 4,37 6,03 6,03 6,03 1,59 11,1 1,38 1,26 1,31 7,38 7,27 7,45 6,91 1,79 м/с 31,4 29,7 30,4 35,4 34,0 36,0 22,9 43,4 м2/г 175 104 125 181 124 195 192 101 400 500 650 15 5 0 22 10 г/100г 280 160 204 284 215 315 301 154 ОН/нм2 8,7 8,1 10,5 8,9 11,4 8,9 11,1 9,6 мл/2г 15,3 17,8 24,5 23,1 25,3 227 24,5 21,5 5,3 5,1 5,4 5,5 5,5 5,1 5,2 5,3 г/л 20 19 18 20 21 20 19 19 г/л 26 24 26 28 25 28 31 27 мас.% 1,2 0,8 1,0 1,3 0,9 1,4 1,4 0,7 % *vB = Швидкість виведення з вихідного отвору пальника; # у перерахунку на гази в центрі камери: первинне повітря, водень, інертний газ. 11 Комп’ютерна верстка О. Рябко 86789 Підписне 12 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601