專利名稱：通過火焰水解法制備的具有大表面積的氧化鋁粉末的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過火焰水解法制備并具有大的表面積的氧化鋁粉末，并涉及其制備和用途。
背景技術(shù)：
已知生產(chǎn)氧化鋁粉末是依靠熱解法。熱解法包括火焰水解法，其中在高溫下依照方程式1使通常是氯化鋁的鹵化鋁水解，生成氧化鋁和鹽酸。
(方程式.1)(方程式.2).
例如，Degussa AG的氧化鋁C就是按照這種方式生產(chǎn)的。所述氧化鋁C的表面積為大約90m2/g。
另一種通過火焰水解法制備的氧化鋁粉末是Cabot的粉末。其BET表面積為55m2/g，并且包含約56％的θ晶體變種和20％的δ晶體變種，及24％的無定型成分。
EP-A-1083151描述了一種BET表面積大于115m2/g的氧化鋁粉末，同時該粉末的Sears指數(shù)為大于8ml/2g，并且其鄰苯二甲酸二丁酯的吸收值不能被確定。該實例描述了一種BET表面積為121m2/g、Sears指數(shù)為9.38ml/2g的粉末。
US 3663283描述了一種用火焰水解法制備金屬氧化物粉末的方法。盡管給出了一個涉及氧化鋁的實例，但是該氧化鋁僅僅描述為具有細分散的窄粒子分布。進一步的詳細資料未給出。
US 5527423申請保護一種包含沉淀法氧化鋁、或火焰水解法制備的、BET表面積為40至430m2/g氧化鋁的分散體?？墒?，獲得這種氧化鋁粉末的方式并未透露。在實施例中，僅公開了BET表面積為55至100m2/g的狹窄范圍內(nèi)的氧化鋁粉末。
EP-A-1256548中公開了一種平均初始粒徑為5至100nm、聚集體平均粒徑為50至80nm的氧化鋁粒子。所述粒子可以是無定型的或者結(jié)晶的。直徑大于45μm的粒子的比例優(yōu)選為0.05wt％或更少。這些氧化鋁粒子據(jù)說可以通過氯化鋁與氧和/或蒸汽的氣相反應(yīng)而得到，其中所述反應(yīng)物在800℃的溫度下被預(yù)熱，隨后由氣相物質(zhì)形成的氧化鋁被分離。氧、水和氧/水混合物在該反應(yīng)中被用來作為氧化劑。
但是，該反應(yīng)是氣相反應(yīng)，不是火焰水解或火焰氧化反應(yīng)。按照EP-A-1256548制備的粉末與通過火焰水解或火焰氧化得到的粉末具有不同的結(jié)構(gòu)和不同的性能。例如，其氯化物的比例可達到幾個wt％。該粉末會有一種不受歡迎的灰色，其原因可歸于由氯化鋁不完全反應(yīng)而產(chǎn)生的鋁的氧氯化物成分。
已知氧化鋁粉末有許多的可能用途。它們被用于造紙業(yè)，特別是用于噴墨紙。氧化鋁粉末尤其影響光澤、顏色的鮮艷、持久，以及對墨水的粘附與吸收。由于對噴墨紙越來越多的需求，所以要求這些參數(shù)也要不斷改良。
氧化鋁粉末也在電子工業(yè)中作為用于拋光氧化物及金屬涂層的分散體中的研磨劑(化學(xué)機械拋光，CMP)。這里，組份不斷的微型化要求定制允許在納米范圍內(nèi)對表面進行無劃痕拋光的研磨劑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種滿足在噴墨和CMP領(lǐng)域的進一步需求的氧化鋁粉末。特別是，應(yīng)當(dāng)可以容易地將所述粉末混合入分散體中，同時又具有高度的填充。本發(fā)明的另一個目的是制備這種粉末的方法。
本發(fā)明提供了一種通過火焰氧化法制備的、由初級粒子聚集體組成的氧化鋁粉末，該粉末的特征在于-BET表面積為100至250m2/g，-鄰苯二甲酸二丁酯吸收值為50至450g/100g氧化鋁粉末，及-其在高分辨率TEM照片中只顯示結(jié)晶的初級粒子。
本發(fā)明的氧化鋁粉末優(yōu)選具有的OH密度為8至12OH/nm2。
本發(fā)明的氧化鋁粉末的氯含量優(yōu)選為低于1.5wt％。
還有，優(yōu)選直徑大于45μm的粒子比例在0.0001至0.05wt％的范圍內(nèi)。
也可以優(yōu)選本發(fā)明的氧化鋁粉末在X射線衍射圖中的強度以計數(shù)率所表示為在2θ角等于67°時大于50。
這種氧化鋁粉末可以在X射線衍射圖上顯示出γ-、θ-和/或δ-氧化鋁的信號，γ-氧化鋁的信號通常最強。
本發(fā)明的氧化鋁粉末也可以具有在X射線衍射圖上的強度以計數(shù)率表示為在2θ角等于67°時小于50。這樣的粉末最可能的是X射線無定型的。
可以優(yōu)選的是以下的氧化鋁粉末-BET表面積為120至200m2/g，鄰苯二甲二丁酯吸收值為150至350g/100g氧化鋁粉末，OH密度為8至12OH/nm2，和-在高分辨率TEM照片中只顯示結(jié)晶的初級粒子，并且-在X射線衍射圖上具有的強度信號以計數(shù)率來表示為在2θ角等于67°時大于50，并且具有γ-、θ-和/或δ-氧化鋁的信號。
在這種粉末中，BET表面積125至150m2/g為特別優(yōu)選。
可以進一步優(yōu)選氧化鋁粉末
-BET表面積為120至200m2/g，鄰苯二甲酸二丁酯吸收值為150至350g/100g氧化鋁粉末，OH密度為8至12OH/nm2，該粉末-在高分辨率TEM照片中只顯示結(jié)晶的初級粒子，并且-在X射線衍射圖上具有的強度以計數(shù)率表示為在2θ角等于67°時小于50。
在這種粉末的情況下，特別優(yōu)選的BET表面積為135至190m2/g。
本發(fā)明另外提供了一種制備本發(fā)明氧化鋁粉末的方法，其中-氯化鋁被蒸發(fā)，蒸氣借助于載氣被轉(zhuǎn)移到混合室中，-分別地將可以任選富集氧氣和/或可以任選被預(yù)熱的空氣(初級空氣)和氫氣送入所述混合室，然后，-將氯化鋁蒸氣、氫氣和空氣的混合物在燃燒器中點燃，火焰在和周圍的空氣隔開的反應(yīng)室里燃燒，-隨后，固體物質(zhì)與氣體物質(zhì)分離，并且-所述固體物質(zhì)然后用蒸汽及任選地用空氣處理，-所述反應(yīng)混合物從混合室到反應(yīng)室中的流出速率為至少10m/s，-λ值為1至10，-γ值為1至15。
就其X射線結(jié)晶的或X射線無定型的狀態(tài)而言，本發(fā)明氧化鋁粉末的結(jié)構(gòu)可以通過改變氣流中氯化鋁的濃度來控制。氣流中高的氧化鋁濃度產(chǎn)生X射線的結(jié)晶粉末。
高的氯化鋁濃度的定義取決于反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)；0.2至0.6kgAlCl3/m3的范圍可以作為生產(chǎn)裝置的參考點。
如果在同樣的生產(chǎn)裝置中的氯化鋁濃度乘以因子0.4至0.6，將最有可能獲得X射線的無定型粉末。
除了最大程度地產(chǎn)生X射線結(jié)晶粉末或X射線無定型粉末的調(diào)整外，同樣也可以通過改變氣流中的鋁濃度來獲得例如含有規(guī)定比例的X射線無定型氧化鋁的粉末。
在本發(fā)明方法的具體實施方案中，由空氣和/或氮氣組成的二級氣體可以被引進反應(yīng)室中。初級空氣/二級氣體的比優(yōu)選為10至0.5。二級氣體的導(dǎo)入可以幫助消除反應(yīng)室中的結(jié)塊。
本發(fā)明也涉及本發(fā)明的氧化鋁粉末作為吸墨物質(zhì)在噴墨介質(zhì)中的用途。
本發(fā)明還涉及本發(fā)明的氧化鋁粉末作為研磨劑的用途。
本發(fā)明還涉及本發(fā)明的氧化鋁粉末在分散體中的用途。
本發(fā)明還涉及本發(fā)明的氧化鋁粉末作為填料、載體、催化活性物質(zhì)、陶瓷的基材、在電子工業(yè)中、在化妝品工業(yè)中、作為有機硅和橡膠工業(yè)中的添加劑、用于調(diào)節(jié)液態(tài)系統(tǒng)的流變性能、用于熱穩(wěn)定、以及在表面涂料工業(yè)中的用途。
具體實施例方式
實施例分析粒子的BET表面積按照DIN 66131標(biāo)準(zhǔn)確定。
X射線衍射圖借助于德國Darmstadt的Stoe & Cie的衍射計來確定。其參數(shù)為CuKα射線，激發(fā)30mA，45kV，OED。
鄰苯二甲酸二丁酯的吸收值用Karlsruhe的Haake RHEOCORD90裝置進行測量。為此，精確到0.001g的16g氧化鋁粉末被引入蓋子密封的捏合室中，鄰苯二甲酸二丁酯吸收值通過在預(yù)定的測量速率0.0667ml/s下穿過蓋子上的孔來計量。捏合機在馬達轉(zhuǎn)速為125轉(zhuǎn)/分鐘下運轉(zhuǎn)。當(dāng)達到最高扭矩時，捏合機和DBP計量被自動中斷。利用已經(jīng)被消耗的DBP的數(shù)量和粒子的初始重量，DBP吸收值的計算如下
DBP數(shù)量(g/100g)＝(消耗的DBP g/粒子部分的重量g)×100羥基密度依照由J.Mathias and G.Wannemacher在Journal ofColloid and Interface Science 125(1988)中發(fā)表的方法，通過與氫化鋰鋁反應(yīng)來確定。
Sears指數(shù)的測量描述在EP-A-717008中。
γ＝提供的H2/化學(xué)計算所必需的H2λ＝提供的O2/化學(xué)計算所必需的O2實施例1將2.76kg/h的AlCl3在汽化器中汽化。蒸氣通過惰性氣體(2.00Nm3/h)被轉(zhuǎn)移至混合室。分別地從那里，3.04Nm3/h的氫氣和10.00Nm3/h的空氣被引入所述混合室。通過中心管道，反應(yīng)混合物被送入燃燒器中并點燃。燃燒器的反應(yīng)混合物的流出速率為31.4m/s?；鹧鏌M水冷的火焰管道。20Nm3/h的二級空氣另外被引入反應(yīng)室中。形成的粉末在下游過濾器中被分離，并且逆流地由空氣和蒸汽在約600℃下進行處理。所述粉末的物理化學(xué)數(shù)據(jù)見表2中所示。
實施例2至8類似于實施例1進行。過程參數(shù)和所述粉末的物理化學(xué)數(shù)據(jù)見表1。


圖1A所示為實施例1的粉末的X射線衍射圖，圖1B所示為實施例4的粉末。實施例1的粉末的X射線衍射圖清楚地顯示出氧化鋁變種的信號。另一方面，實施例4的粉末在2θ＝67°時只顯示出非常微弱的信號，并且在最大可能的程度上表現(xiàn)出X射線無定型的特性。兩種粉末的初級粒子都是由結(jié)晶的初級粒子組成。圖2是實施例4的粉末的高分辨率TEM照片，其也顯示了這種情況。
表1Al2O3粉末的過程設(shè)置與物理化學(xué)數(shù)據(jù)

*vB＝在燃燒器口的流出速率；#基于核心氣體初始空氣、氫氣、惰性氣體
權(quán)利要求
1.一種通過火焰水解法制備的、由初級粒子的聚集體組成的氧化鋁粉末，其特征在于-BET表面積為100至250m2/g，-鄰苯二甲酸二丁酯吸收值為50至450g/100g氧化鋁粉末，且-在高分辨率TEM照片中只顯示結(jié)晶的初級粒子。
2.權(quán)利要求1的火焰水解法制備的氧化鋁粉末，其特征在于其OH密度為8至12OH/nm2。
3.權(quán)利要求1或2的火焰水解法制備的氧化鋁粉末，其特征在于其氯含量為低于1.5wt％。
4.權(quán)利要求1至3之一的火焰水解法制備的氧化鋁粉末，其特征在于直徑大于45μm的粒子比例在0.0001至0.05wt％的范圍內(nèi)。
5.權(quán)利要求1至4之一的火焰水解法制備的氧化鋁粉末，其特征在于在X射線衍射圖中，其顯示的強度以計數(shù)率表示為在2θ角等于67°時大于50。
6.權(quán)利要求5的火焰水解法制備的氧化鋁粉末，其特征在于所述X射線衍射圖顯示出γ-、θ-和/或δ-氧化鋁的信號。
7.權(quán)利要求1至4之一的火焰水解法制備的氧化鋁粉末，其特征在于在X射線衍射圖中，其顯示的強度以計數(shù)率表示為在2θ角等于67°時小于50。
8.權(quán)利要求1至6之一的火焰水解法制備的氧化鋁粉末，其特征在于-BET表面積為120至200m2/g，鄰苯二甲酸二丁酯吸收值為150至350g/100g氧化鋁粉末，OH密度為8至12OH/nm2，-在高分辨率TEM照片中只顯示結(jié)晶初級粒子，并且-在X射線衍射圖中，氧化鋁粉末顯示的強度以計數(shù)率表示為在2θ角等于67。時大于50，并顯示出γ-、θ-和/或δ-氧化鋁的信號。
9.權(quán)利要求8的火焰水解法制備的氧化鋁粉末，其特征在于所述BET表面積為125至150m2/g。
10.權(quán)利要求1至4和7之一的火焰水解法制備的氧化鋁粉末，其特征在于-BET表面積120至200m2/g，鄰苯二甲酸二丁酯吸收值為150至350g/100g氧化鋁粉末，OH密度為8至12OH/nm2，且，-在高分辨率TEM照片中只顯示結(jié)晶初級粒子，且-在X射線衍射圖中，氧化鋁粉末顯示的強度以計數(shù)率表示為在2θ角等于67°時小于50。
11.權(quán)利要求10的火焰水解法制備的氧化鋁粉末，其特征在于所述BET表面積為135至190m2/g。
12.一種制備權(quán)利要求1至11之一的火焰水解法制備的氧化鋁粉末的方法，其特征在于-汽化氯化鋁，借助于載氣將蒸氣轉(zhuǎn)移至混合室，-分別將可以任選富集氧氣和/或可以任選預(yù)熱的空氣(初級空氣)和氫氣送入所述混合室，然后，-將氯化鋁蒸氣、氫氣和空氣的混合物在燃燒器中點燃，火焰在和周圍的空氣隔開的反應(yīng)室里燃燒，-隨后，將固體物質(zhì)與氣體物質(zhì)分離，和-然后用蒸汽及任選地用空氣處理所述固體物質(zhì)，-所述反應(yīng)混合物從混合室進入反應(yīng)室中的流出速率為至少10m/s，-λ值為1至10，-γ值為1至15。
13.權(quán)利要求12的方法，其特征在于由空氣和/或氮氣組成的二級氣體被引進反應(yīng)室中。
14.權(quán)利要求12或13的方法，其特征在于所述初級空氣/二級氣體的比例為10至0.5。
15.權(quán)利要求1至11之一的火焰水解法制備的氧化鋁粉末作為吸墨物質(zhì)在噴墨介質(zhì)中的用途。
16.權(quán)利要求1至11之一的火焰水解法制備的氧化鋁粉末作為研磨劑的用途。
17.權(quán)利要求1至11之一的火焰水解法制備的氧化鋁粉末在分散體中的用途。
18.權(quán)利要求1至11之一的火焰水解法制備的氧化鋁粉末作為填料、載體、催化活性物質(zhì)、陶瓷基材、在電子工業(yè)中、在化妝品工業(yè)中、作為有機硅和橡膠工業(yè)中的添加劑、用于調(diào)節(jié)液態(tài)系統(tǒng)的流變性、用于熱穩(wěn)定、在表面涂料工業(yè)中的用途。
全文摘要
通過火焰水解法制備的、由初級粒子的聚集體組成的氧化鋁粉末，其BET表面積為100至250m
文檔編號C01F7/02GK1894163SQ200480037938
公開日2007年1月10日 申請日期2004年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月20日
發(fā)明者凱·舒馬赫, 賴納·高爾凱爾特, 羅蘭·席林, 克里斯托夫·巴茨-佐恩, 馬丁·莫爾特爾斯 申請人:德古薩股份公司