DE102006020515B4 - Nanopartikel aus Aluminiumoxid und Oxiden von Elementen der I. und II. Hauptgruppe des Periodensystems sowie deren Herstellung - Google Patents

Nanopartikel aus Aluminiumoxid und Oxiden von Elementen der I. und II. Hauptgruppe des Periodensystems sowie deren Herstellung Download PDF

Info

Publication number
DE102006020515B4
DE102006020515B4 DE200610020515 DE102006020515A DE102006020515B4 DE 102006020515 B4 DE102006020515 B4 DE 102006020515B4 DE 200610020515 DE200610020515 DE 200610020515 DE 102006020515 A DE102006020515 A DE 102006020515A DE 102006020515 B4 DE102006020515 B4 DE 102006020515B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
nanoparticles
process according
agglomerates
calcination
drying
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE200610020515
Other languages
English (en)
Other versions
DE102006020515A1 (de
Inventor
Norbert Dr. Rösch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Archroma IP GmbH
Original Assignee
Clariant International Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Clariant International Ltd filed Critical Clariant International Ltd
Priority to DE200610020515 priority Critical patent/DE102006020515B4/de
Priority to EP06754655A priority patent/EP1968894A1/de
Priority to PCT/EP2006/006431 priority patent/WO2007009577A1/de
Priority to PCT/EP2006/006853 priority patent/WO2007009658A1/de
Priority to ES06776216.1T priority patent/ES2677894T3/es
Priority to US11/988,711 priority patent/US20090041656A1/en
Priority to JP2008520797A priority patent/JP5412109B2/ja
Priority to EP06776216.1A priority patent/EP1907323B1/de
Publication of DE102006020515A1 publication Critical patent/DE102006020515A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102006020515B4 publication Critical patent/DE102006020515B4/de
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09CTREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C1/00Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
    • C09C1/40Compounds of aluminium
    • C09C1/407Aluminium oxides or hydroxides
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09CTREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C1/00Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
    • C09C1/0081Composite particulate pigments or fillers, i.e. containing at least two solid phases, except those consisting of coated particles of one compound
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/50Solid solutions
    • C01P2002/52Solid solutions containing elements as dopants
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/50Solid solutions
    • C01P2002/52Solid solutions containing elements as dopants
    • C01P2002/54Solid solutions containing elements as dopants one element only
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/60Compounds characterised by their crystallite size
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/50Agglomerated particles
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/60Particles characterised by their size
    • C01P2004/62Submicrometer sized, i.e. from 0.1-1 micrometer
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/60Particles characterised by their size
    • C01P2004/64Nanometer sized, i.e. from 1-100 nanometer

Abstract

Nanopartikel bestehend aus 50–99,99 Gew.-% Aluminiumoxid und 0,01–50 Gew.-% Metalloxid von Elementen der I. oder II. Hauptgruppe des Periodensystems.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft Nanopartikel sowie deren Herstellung, wobei die Nanopartikel aus Al2O3 mit Anteilen von Oxiden der Elemente der I. und II. Hauptgruppe des Periodensystems bestehen.
  • Feine Aluminiumoxidpulver werden insbesondere für keramische Anwendungen, zur Matrixverstärkung organischer oder metallischer Schichten, als Füllstoffe, Polierpulver, für die Herstellung von Schleifmittel, als Additive in Lacken und Laminaten sowie für weitere Spezialanwendungen eingesetzt.
  • Die Herstellung der ultra-feinen Aluminiumoxidpulver erfolgt entweder durch chemische Synthese, mechanische Zerkleinerungsverfahren oder auf thermophysikalischem Weg.
  • Die Nachteile der Verfahren nach dem bekannten Stand der Technik bestehen darin, dass die Ausbeuten pro Zeit aufgrund der langen Kalzinierungszeiten gering sind oder das Produkt im Fall der Mahlung verunreinigt und noch zu grob ist.
  • Ziel der vorliegenden Erfindung ist es deshalb nano-kristalline Mischoxide, bestehend aus Aluminiumoxid und Metalloxiden von Elementen der I. und II. Hauptgruppe des Periodensytsems mit einem Verfahren herzustellen, das hohe Ausbeuten in kurzer Zeit bei minimaler Energiezufuhr liefert. Das dabei erzeugte Produkt sollte mit einfachen Mitteln redispergierbar sein und damit stabile nano-Suspensionen liefern können.
  • Entgegen den bisher bekannten Aussagen verschiedener Autoren (Ber. DKG 74 (1997) No. 11/12; DE 199 22 492 ) kann diese Aufgabe ausgehend von Aluminiumchlorohydrat (Aluminiumhydroxychlorid) gelöst werden.
  • Überraschend wurde nun gefunden, dass sich die Mischoxide aus Al2O3, mit einem Gehalt an Oxiden von Elementen aus der ersten und zweiten Hauptgruppe des Periodensystems dadurch auszeichnen, dass die Nanopartikel in besonders feiner Form gebildet werden. Außerdem hat sich gezeigt, dass die hergestellten Pulver sehr weiche Agglomerate enthalten, die ohne Probleme bei Einbringen der Mischoxide in geeignete Lösungsmittel unter moderater Energiezufuhr zerstört werden können.
  • Gegenstand der Erfindung sind Nanopartikel bestehend aus 50–99,99 Gew.-% Aluminiumoxid und 0,01–50 Gew.-% Oxiden von Elementen der I. oder II. Hauptgruppe des Periodensystems. Das Aluminiumoxid in diesen Mischoxiden liegt bevorzugt zum überwiegenden Teil in der rhomboedrischen α-Modifikation (Korund) vor. Die Mischoxide gemäß der vorliegenden Erfindung haben vorzugsweise eine Kristallitgröße von kleiner 1 μm, bevorzugt kleiner 0,2 μm und besonders bevorzugt zwischen 0,001 und 0,09 μm. Erfindungsgemäße Partikel dieser Größenordnung sollen im folgenden als Nanopartikel bezeichnet werden.
  • Die erfindungsgemäßen Mischoxide können nach unterschiedlichen, im Folgenden beschriebenen Verfahren hergestellt werden. Diese Verfahrensbeschreibungen beziehen sich auf die Herstellung nur von reinen Aluminiumoxid-Partikeln, es versteht sich aber von selbst, dass bei all diesen Verfahrensvarianten neben Al-enthaltenden Ausgangsverbindungen auch solche Verbindungen aus Elementen der I. oder II. Hauptgruppe des Periodensystems anwesend sein müssen, um die erfindungsgemäßen Mischoxide zu bilden. Hierfür kommen vor allem infrage vorzugsweise die Chloride, aber auch die Oxide, Oxidchloride, Carbonate, Sulfate oder andere geeignete Salze. Die Menge an solchen Oxidbildnern ist so bemessen, dass die fertigen Nanopartikel die zuvor genannten Mengen an Oxid MeO enthalten.
  • Ganz allgemein geht man bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Nanopartikel von größeren Agglomeraten dieser Mischoxide aus, die anschließend auf die gewünschte Partikelgröße desagglomeriert werden. Diese Agglomerate können hergestellt werden durch nachfolgend beschriebene Verfahren.
  • Solche Agglomerate lassen sich beispielsweise durch verschiedene chemische Synthesen herstellen. Hierbei handelt es sich meist um Fällungsreaktionen (Hydroxidfällung, Hydrolyse metallorganischer Verbindungen) mit anschließender Kalzinierung. Dabei werden häufig Kristallisationskeime zugesetzt, um die Umwandlungstemperatur zum α-Aluminiumoxid herabzusetzen. Die so erhaltenen Sole werden getrocknet und dabei in ein Gel überführt. Die weitere Kalzinierung findet dann bei Temperaturen zwischen 350°C und 650°C statt. Für die Umwandlung zum α-Al2O3 muss dann bei Temperaturen um 1000°C geglüht werden. Die Verfahren sind ausführlich in DE 199 22 492 beschrieben.
  • Ein weiterer Weg ist das Aerosolverfahren. Dabei werden die gewünschten Moleküle aus chemischen Reaktionen eines Precursorgases oder durch schnelle Abkühlung eines übersättigten Gases erhalten. Die Bildung der Partikel erfolgt entweder durch Kollision oder die ständige im Gleichgewicht befindliche Verdampfung und Kondensation von Molekülclustern. Die neu gebildeten Teilchen wachsen durch weitere Kollision mit Produktmolekülen (Kondensation) und/oder Partikeln (Koagulation). Ist die Koagulationsrate größer als jene der Neubildung bzw. des Wachstums, entstehen Agglomerate von kugelförmigen Primärpartikeln.
  • Flammenreaktoren stellen eine auf diesem Prinzip basierende Herstellungsvariante dar. Nanopartikel werden hier durch die Zersetzung von Precursormolekülen in der Flamme bei 1500°C–2500°C gebildet. Als Beispiele seien die Oxidationen von TiCl4; SlCl4 und Si2O(CH3)6 in Methan/O2-Flammen erwähnt, die zu TiO2- und SiO2-Partikeln führen. Bei Einsatz von AlCl3 konnte bislang nur die entsprechende Tonerde erzeugt werden. Flammenreaktoren werden heute großtechnisch für die Synthese von Submikropartikeln wie Ruß, Pigment-TiO2, Kieselsäure und Tonerde eingesetzt.
  • Kleine Partikel können auch mit Hilfe von Fliehkraft, Druckluft, Schall, Ultraschall und weiteren Methoden auch aus Tropfen gebildet werden. Die Tropfen werden dann durch direkte Pyrolyse oder durch in situ Reaktionen mit anderen Gasen in Pulver umgewandelt. Als bekannte Verfahren sind die Sprüh- und Gefriertrocknung zu erwähnen. Bei der Spraypyrolyse werden Precursortropfen durch ein Hochtemperaturfeld (Flamme, Ofen) transportiert, was zu einer raschen Verdampfung der leicht flüchtigen Komponente führt oder die Zersetzungsreaktion zum gewünschten Produkt initiiert. Die gewünschten Partikel werden in Filtern gesammelt. Als Beispiel kann hier die Herstellung von BaTiO3 aus einer wässrigen Lösung von Bariumacetat und Titanlactat genannt werden.
  • Durch Mahlung kann ebenfalls versucht werden, Korund zu zerkleinern und dabei Kristallite im nano-Bereich zu erzeugen. Die besten Mahlergebnisse können mit Rührwerkskugelmühlen in einer Nassmahlung erzielt werden. Dabei müssen Mahlperlen aus einem Material verwendet werden, das eine größere Härte als Korund hat.
  • Ein weiterer Weg zur Herstellung von Korund bei niedriger Temperatur stellt die Umwandlung von Aluminiumchlorohydrat dar. Dieses wird dazu ebenfalls mit Impfkeimen, bevorzugt aus Feinstkorund oder Hämatit, versetzt. Zur Vermeidung von Kristallwachstum müssen die Proben bei Temperaturen um 700°C bis maximal 900°C kaliziniert werden. Die Dauer der Kalzinierung beträgt hierbei mindestens vier Stunden. Nachteil dieser Methode ist deshalb der große Zeitaufwand und die Restmengen an Chlor im Aluminiumoxid. Die Methode wurde ausführlich beschrieben in Ber. DKG 74 (1997) No. 11/12, S. 719–722.
  • Aus diesen Agglomeraten müssen die Nanopartikel freigesetzt werden. Dies geschieht vorzugsweise durch Mahlen oder durch Behandlung mit Ultraschall. Erfindungsgemäß erfolgt diese Desagglomeration in Gegenwart eines Lösungsmittels und eines Beschichtungsmittels, bevorzugt eines Silans, das während des Mahlprozesses die entstehenden aktiven und reaktiven Oberflächen durch eine chemische Reaktion oder physikalische Anlagerung absättigt und somit die Reagglomeration verhindert. Das nano-Mischoxid bleibt als kleines Partikel erhalten. Es ist auch möglich, das Beschichtungsmittel nach erfolgter Desagglomeration zuzugeben.
  • Vorzugsweise geht man bei der erfindungsgemäßen Herstellung der Mischoxide von Agglomeraten aus, die entsprechend den Angaben in Ber. DKG 74 (1997) No. 11/12, S. 719–722 hergestellt werden, wie zuvor beschrieben.
  • Ausgangspunkt hierbei ist Aluminiumchlorohydrat, dem die Formel Al2(OH)x(Cly zukommt, wobei x eine Zahl von 2,5 bis 5,5 und y eine Zahl von 3,5 und 0,5 ist und die Summe von x und y stets 6 beträgt. Dieses Aluminiumchlorohydrat wird als wässrige Lösung mit Kristallisationskeimen vermischt, anschließend getrocknet und dann einer thermischen Behandlung (Kalzinierung) unterzogen.
  • Bevorzugt geht man dabei von 50%igen wässrigen Lösungen aus, wie sie kommerziell verfügbar sind. Eine solche Lösung wird mit Kristallisationskeimen versetzt, die die Bildung der α-Modifikation des Al2O3 fördern. Insbesondere bewirken solche Keime eine Herabsetzung der Temperatur für die Bildung der α-Modifikation bei der nachfolgenden thermischen Behandlung. Als Keime kommen bevorzugt infrage feinstdisperser Korund, Diaspor oder Hämatit. Besonders bevorzugt nimmt man feinstdisperse α-Al2O3-Keime mit einer mittleren Teilchengröße von weniger als 0,1 μm. Im Allgemeinen reichen 2 bis 3 Gew.-% an Keimen bezogen auf das entstehende Aluminiumoxid aus.
  • Diese Ausgangslösung enthält zusätzlich noch Oxidbildner, um die Oxide MeO in dem Mischoxid zu erzeugen. Hierfür kommen vor allem infrage die Chloride der Elemente der I. und II. Hauptgruppe des Periodensystems, insbesondere die Chloride der Elemente Ca und Mg, aber darüber hinaus auch andere lösliche oder dispergierbare Salze wie Oxide, Oxichloride, Carbonate oder Sulfate. Die Menge an Oxidbildner ist so bemessen, dass die fertigen Nanopartikel 0,01 bis 50 Gew.-% des Oxids Me enthalten. Die Oxide der I. und II. Hauptgruppe können als separate Phase neben dem Aluminiumoxid vorliegen oder mit diesem echte Mischoxide wie z. B. Spinelle etc. bilden. Der Begriff "Mischoxide" im Rahmen dieser Erfindung ist so zu verstehen, dass er beide Typen mit einschließt.
  • Diese Suspension aus Aluminiumchlorohydrat, Keimen und Oxidbildnern wird dann bis zum Trocknen eingedampft und einer thermischen Behandlung (Kalzinierung) unterworfen. Diese Kalzinierung erfolgt in hierfür geeigneten Vorrichtungen, beispielsweise in Durchschub-, Kammer-, Rohr-, Drehrohr- oder Mikrowellenöfen oder in einem Wirbelschichtreaktor. Gemäß einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann man auch so vorgehen, dass man die wässrige Suspension aus Aluminiumchlorohydrat, Oxidbildnern und Keimen ohne vorherige Entfernung des Wassers direkt in die Kalzinierungsapparatur einspritzt.
  • Die Temperatur für die Kalzinierung soll 1400°C nicht übersteigen. Die untere Temperaturgrenze ist abhängig von der gewünschten Ausbeute an nanokristallinem Mischoxid, vom gewünschten Restchlorgehalt und dem Gehalt an Keimen. Die Bildung der Nanopartikel setzt bereits bei ca. 500°C ein, um jedoch den Chlorgehalt niedrig und die Ausbeute an Nanopartikeln hoch zu halten, wird man jedoch bevorzugt bei 700 bis 1100°C, insbesondere bei 1000 bis 1100°C arbeiten.
  • Es hat sich überraschend herausgestellt, dass für die Kalzinierung im Allgemeinen weniger als 0,5 bis 30 Minuten, vorzugsweise 0,5 bis 10, insbesondere 2 bis 5 Minuten ausreichen. Bereits nach dieser kurzen Zeit kann unter den oben angegebenen Bedingungen für die bevorzugten Temperaturen eine ausreichende Ausbeute an Nanopartikeln erreicht werden. Man kann jedoch auch entsprechend den Angaben in Ber. DKG 74 (1997) No. 11/12, S. 722 4 Stunden lang bei 700°C oder 8 Stunden lang bei 500°C kalzinieren.
  • Bei der Kalzinierung fallen Agglomerate in Form von nahezu kugelförmigen Nanopartikeln an. Diese Partikel bestehen aus Al2O3 und MeO. Der Gehalt an MeO wirkt als Inhibitor für das Kristallwachstum und hält die Kristallitgröße klein. Dadurch unterscheiden sich die anfallenden Nanopartikel, wie sie durch die oben beschriebene Kalzinierung erhalten werden, deutlich von den Partikeln, wie sie bei den in DE 199 22 492 ; WO 2004/089827 und WO 02/08124 beschriebenen Verfahren erzielt werden.
  • Zur Gewinnung von Nanopartikeln werden die Agglomerate vorzugsweise durch Nassmahlung in einem Lösungsmittel zerkleinert, beispielsweise in einer Attritormühle, Perlmühle oder Rührwerksmühle. Dabei erhält man Nanopartikel, die eine Kristallitgröße von kleiner 1 μm, bevorzugt kleiner 0,2 μm, besonders bevorzugt zwischen 0,001 und 0,9 μm aufweisen. Auch hier zeigt das beschriebene Verfahren deutliche Vorteile, da die erfindungsgemäß hergestellten Mischoxide deutlich weichere Agglomerate bilden, was sich positiv auf die für die Desagglomeration benötigte Zeit und den Verschleiß in der Mühle auswirkt. So erhält man beispielsweise nach einer sechsstündigen Mahlung eine Suspension von Nanopartikeln mit einem d90-Wert von ungefähr 50 nm. Eine andere Möglichkeit der Desagglomeration ist die Anwendung von Ultraschall.
  • Als Lösungsmittel für die Desagglomeration kommen in Frage sowohl Wasser als auch Alkohole und sonstige polare Lösungsmittel, die in der Lage sind, die freigesetzten Nanopartikel stabil aufzunehmen. Erfolgt die Desagglomeration in Wasser, sollte eine anorganische oder organische Säure, beispielsweise HCl, HNO3, Ameisensäure oder Essigsäure zugegeben werden, um die entstehenden Nanopartikel in der wässrigen Suspension zu stabilisieren. Die Menge an Säure kann 0,1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Mischoxid, betragen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Nanopartikel durch Zugabe von Acrylaten, Polyethylenglykolen, geringen Mengen Silan oder sonstigen Oberflächen aktiven Substanzen sterisch zu stabilisieren. Bei dieser Art der Stabilisierung werden die Nanopartikel abgeschirmt und damit der starken Anziehungskraft zwischen den Partikeln entgegengewirkt. Aus dieser Suspension kann dann bevorzugt die Kornfraktion mit einem Teilchendurchmesser von weniger als 20 nm durch Zentrifugieren abgetrennt werden. Die so erhaltenen feinen Fraktionen können dann durch Trocknung, wie z. B. durch Gefriertrocknung, in leicht redispergierbare Nanopulver überführt werden.
  • Die Desagglomerierung durch Mahlen oder Zufuhr von Ultraschallenergie erfolgt vorzugsweise bei Temperaturen von 20 bis 100°C, besonders bevorzugt bei 20 bis 90°C.
  • Beispiele:
  • Beispiel 1:
  • Eine 50%ig wässrige Lösung von Aluminiumchlorohydrat wurde mit Magnesiumchlorid versetzt, dass nach der Kalzinierung das Verhältnis von Aluminiumoxid zu Magnesiumoxid 99,5:0,5% betrug. Außerdem wurden der Lösung 2% Kristallisationskeime einer Suspension aus Feinstkorund zugesetzt. Nachdem die Lösung durch Rühren homogenisiert wurde, erfolgte die Trocknung in einem Rotationsverdampfer. Das feste Aluminiumchlorohydrat-Magnesiumchlorid-Gemisch wurde in einer Reibschale zerkleinert, wobei ein grobes Pulver entstand.
  • Das Pulver wurde in einem Drehrohrofen bei 1050°C kalziniert. Die Kontaktzeit in der heißen Zone betrug maximal 5 min. Es wurde ein weißes Pulver erhalten, dessen Kornverteilung dem Aufgabegut entsprach.
  • Eine Röntgenstrukturanalyse zeigt, dass überwiegend α-Aluminiumoxid vorliegt.
  • Die Bilder der durchgeführten REM-Aufnahme (Rasterelektronenmikroskop) zeigten Kristallite im Bereich 10–80 nm (Abschätzung aus REM-Aufnahme), die als Agglomerate vorliegen. Der Restchlorgehalt betrug nur wenige ppm.
  • In einem weiteren Schritt wurden 40 g dieses mit Magnesiumoxid dotierten Korundpulvers in 160 g Wasser suspendiert. Die Suspension wurde in einer vertikalen Rührwerkskugelmühle der Fa. Netzsch (Typ PE 075) desagglomeriert. Die eingesetzten Mahlperlen bestanden aus Zirkoniumoxid (stabilisiert mit Yttrium) und wiesen eine Größe von 0,3 mm auf. Der pH-Wert der Suspension wurde alle 30 min kontrolliert und durch Zugabe von verdünnter Salpetersäure auf pH 4–4,5 gehalten. Nach 6 Stunden wurde die Suspension von den Mahlperlen abgetrennt und mit Hilfe einer analytischen Scheibenzentrifuge der Fa. Brookhaven bezüglich Kornverteilung charakterisiert. Es wurde dabei ein d90 von 54 nm, ein d50 von 42 nm und ein d10 von 22 nm gefunden. Die Nanosuspension aus den Mischoxiden ist damit deutlich feiner als Vergleichbare Suspensionen aus reinem α-Aluminiumoxid.
  • Beispiel 2:
  • Eine 50%ig wässrige Lösung von Aluminiumchlorohydrat wurde mit Calciumchlorid versetzt, dass nach der Kalzinierung das Verhältnis von Aluminiumoxid zu Calciumoxid 99,5:0,5% beträgt. Außerdem werden der Lösung 2% Kristallisationskeime einer Suspension aus Feinstkorund zugesetzt. Nachdem die Lösung durch Rühren homogenisiert wurde, erfolgt die Trocknung in einem Rotationsverdampfer. Das feste Aluminiumchlorohydrat-Calciummchlorid-Gemisch wurde in einer Reibschale zerkleinert, wobei ein grobes Pulver entstand.
  • Das Pulver wurde in einem Drehrohrofen bei 1050°C kalziniert. Die Kontaktzeit in der heißen Zone betrug maximal 5 min. Es wurde ein weißes Pulver erhalten, dessen Kornverteilung dem Aufgabegut entsprach.
  • Eine Röntgenstrukturanalyse zeigt, dass überwiegend α-Aluminiumoxid vorliegt.
  • Die Bilder der durchgeführten REM-Aufnahme (Rasterelektronenmikroskop) zeigten Kristallite im Bereich 10–80 nm (Abschätzung aus REM-Aufnahme), die als Agglomerate vorliegen. Der Restchlorgehalt betrug nur wenige ppm.
  • In einem weiteren Schritt wurden 40 g dieses mit Calciumoxid dotierten Korundpulvers in 160 g Wasser suspendiert. Die Suspension wurde in einer vertikalen Rührwerkskugelmühle der Fa. Netzsch (Typ PE 075) desagglomeriert. Die eingesetzten Mahlperlen bestanden aus Zirkoniumoxid (stabilisiert mit Yttrium) und wiesen eine Größe von 0,3 mm auf. Der pH-Wert der Suspension wurde alle 30 min kontrolliert und durch Zugabe von verdünnter Salpetersäure auf pH 4–4,5 gehalten. Nach 6 Stunden wurde die Suspension von den Mahlperlen abgetrennt und mit Hilfe einer analytischen Scheibenzentrifuge der Fa. Brookhaven bezüglich Kornverteilung charakterisiert. Es wurde dabei ein d90 von 77 nm, ein d50 von 55 nm und ein d10 von 25 nm gefunden. Die Nanosuspension aus den Mischoxiden ist damit deutlich feiner als Vergleichbare Suspensionen aus reinem α-Aluminiumoxid.

Claims (19)

  1. Nanopartikel bestehend aus 50–99,99 Gew.-% Aluminiumoxid und 0,01–50 Gew.-% Metalloxid von Elementen der I. oder II. Hauptgruppe des Periodensystems.
  2. Nanopartikel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kristallgitter des Aluminiumoxids überwiegend in der rhomboedrischen α-Modifikation vorliegt.
  3. Nanopartikel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie Kristallitgrößen von kleiner 1 μm, bevorzugt kleiner 0,2 μm, besonders bevorzugt zwischen 0,001 und 0,09 μm aufweisen.
  4. Verfahren zur Herstellung von Nanopartikeln gemäß der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass man Aluminiumchlorohydrat mit Keimen und Oxidbildnern aus Elementen der I. und II Hauptgruppe des Periodensystems versetzt, innerhalb weniger als 2 bis 30 Minuten lang thermisch behandelt und die dabei erhaltenen Agglomerate zerkleinert.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Aluminiumchlorohydrat eine Verbindung mit der chemischen Formel Al2(OH)xCly eingesetzt wird, wobei x eine Zahl zwischen 2,5 und 5,5 und y eine Zahl zwischen 3,5 und 0,5 ist, wobei die Summe x + y stets 6 beträgt.
  6. Verfahren nach den Ansprüchen 4–5, dadurch gekennzeichnet, dass als Kristallisationskeime feinstdisperser α-Al2O3, Hämatit oder Diaspor verwendet wird.
  7. Verfahren nach den Ansprüchen 4–6, dadurch gekennzeichnet, dass die eingesetzten feinstdispersen α-Al2O3–Keime eine mittlere Teilchengröße von weniger als 0,1 μm aufweisen.
  8. Verfahren nach den Ansprüchen 4–7, dadurch gekennzeichnet, dass man die Suspension aus Aluminiumchlorohydrat plus Kristallisationskeime plus Oxidbildner zunächst trocknet und das getrocknete Produkt anschließend kalziniert.
  9. Verfahren nach den Ansprüchen 4–8, dadurch gekennzeichnet, dass man die Kalzinierung in einem Durchschub-, Kammer-, Rohr-, Drehrohr- oder Mikrowellenofen oder in einem Wirbelschichtreaktor durchführt.
  10. Verfahren nach den Ansprüchen 4–9, dadurch gekennzeichnet, dass man die Kalzinierung bei Temperaturen unterhalb 1100°C durchführt.
  11. Verfahren nach den Ansprüchen 4–9, dadurch gekennzeichnet, dass man die Kalzinierung bei 700 bis 1100°C durchführt.
  12. Verfahren nach den Ansprüchen 4, 5, 6, 7, 8 und 10 dadurch gekennzeichnet, dass man die wässrige Suspension aus Aluminiumchlorohydrat und Keimen ohne vorherige Entfernung des Wassers direkt in die Kalzinierungsapparatur einspritzt.
  13. Verfahren nach den Ansprüchen 4–12, dadurch gekennzeichnet, dass man die thermische Behandlung innerhalb von 0,5 bis 30, vorzugsweise 0,5 bis 10, insbesondere 2 bis 5 Minuten durchführt.
  14. Verfahren gemäß den Ansprüchen 4–13, dadurch gekennzeichnet, dass man die bei der thermischen Behandlungs-Reaktion gebildeten Agglomerate in einem anschließenden Schritt durch eine Nass- oder Trockenmahlung zerkleinert werden.
  15. Verfahren gemäß den Ansprüchen 4–13, dadurch gekennzeichnet, dass man die Agglomerate durch Ultraschall zerstört.
  16. Verfahren nach Anspruch 4, 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass man die Agglomerate bei 20 bis 90°C desagglomeriert.
  17. Verfahren gemäß den Ansprüchen 4, 14, 15, 16, dadurch gekennzeichnet, dass die bei der Desagglomeration erhaltenen Suspensionen durch Spruchtrocknung, Gefriertrocknung oder sonstige Trocknungsverfahren in eine Pulver mit weichen Agglomeraten überführt wird.
  18. Verfahren gemäß den Ansprüchen 4, 14, 15, 17, dadurch gekennzeichnet, dass die bei der Desagglomeration erhaltenen Suspensionen Zentrifugiert und die klaren bis leicht opaleszenten Überstände mit Nanopartikeln < 20 nm abgetrennt.
  19. Verfahren gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die nach der Zentrifugation erhaltenen Suspensionen mit Nanopartikeln < 20 nm getrocknet werden durch Sprühtrocknung, Gefriertrocknung oder sonstige Trocknungsverfahren und dabei ein leicht redispergierbares Pulver gebildet wird
DE200610020515 2005-07-16 2006-04-29 Nanopartikel aus Aluminiumoxid und Oxiden von Elementen der I. und II. Hauptgruppe des Periodensystems sowie deren Herstellung Expired - Fee Related DE102006020515B4 (de)

Priority Applications (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200610020515 DE102006020515B4 (de) 2006-04-29 2006-04-29 Nanopartikel aus Aluminiumoxid und Oxiden von Elementen der I. und II. Hauptgruppe des Periodensystems sowie deren Herstellung
PCT/EP2006/006431 WO2007009577A1 (de) 2005-07-16 2006-07-01 Verfahren zur herstellung von farbigem nanokorund
EP06754655A EP1968894A1 (de) 2005-07-16 2006-07-01 Verfahren zur herstellung von farbigem nanokorund
ES06776216.1T ES2677894T3 (es) 2005-07-16 2006-07-13 Procedimiento para la producción de nanopartículas de óxido de aluminio y óxidos de elementos del grupo principal I y II del sistema periódico
PCT/EP2006/006853 WO2007009658A1 (de) 2005-07-16 2006-07-13 Nanopartikel aus aluminiumoxid und oxiden von elementen der i. und ii. hauptgruppe des periodensystems sowie deren herstellung
US11/988,711 US20090041656A1 (en) 2005-07-16 2006-07-13 Nanoparticles of alumina and oxides of elements of main groups I and II of the periodic table, and their preparation
JP2008520797A JP5412109B2 (ja) 2005-07-16 2006-07-13 酸化アルミニウム及び元素周期律表の第1及び2主族の元素の酸化物よりなるナノ粒子ならびにその製造方法
EP06776216.1A EP1907323B1 (de) 2005-07-16 2006-07-13 Verfahren zur herstellung von nanopartikeln aus aluminiumoxid und oxiden von elementen der i. und ii. hauptgruppe des periodensystems

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200610020515 DE102006020515B4 (de) 2006-04-29 2006-04-29 Nanopartikel aus Aluminiumoxid und Oxiden von Elementen der I. und II. Hauptgruppe des Periodensystems sowie deren Herstellung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102006020515A1 DE102006020515A1 (de) 2007-11-22
DE102006020515B4 true DE102006020515B4 (de) 2008-11-27

Family

ID=38607706

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE200610020515 Expired - Fee Related DE102006020515B4 (de) 2005-07-16 2006-04-29 Nanopartikel aus Aluminiumoxid und Oxiden von Elementen der I. und II. Hauptgruppe des Periodensystems sowie deren Herstellung

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102006020515B4 (de)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0263810A2 (de) * 1986-10-03 1988-04-13 Treibacher Chemische Werke Aktiengesellschaft Gesintertes Schleifmaterial auf Basis von alpha-Aluminiumoxid
DE3883083T2 (de) * 1987-06-05 1994-03-10 Minnesota Mining & Mfg Keramische Körper auf Basis von mikrokristallinem Aluminiumoxid.
EP0678489A1 (de) * 1994-04-19 1995-10-25 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Förderung Der Angewandten Forschung E.V. Alumina-Sinterprodukt und Verfahren zu seiner Herstellung
DE10035679A1 (de) * 2000-07-21 2002-01-31 Inst Neue Mat Gemein Gmbh Nanoskalige Korundpulver, daraus gefertigte Sinterkörper und Verfahren zu deren Herstellung

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0263810A2 (de) * 1986-10-03 1988-04-13 Treibacher Chemische Werke Aktiengesellschaft Gesintertes Schleifmaterial auf Basis von alpha-Aluminiumoxid
DE3883083T2 (de) * 1987-06-05 1994-03-10 Minnesota Mining & Mfg Keramische Körper auf Basis von mikrokristallinem Aluminiumoxid.
EP0678489A1 (de) * 1994-04-19 1995-10-25 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Förderung Der Angewandten Forschung E.V. Alumina-Sinterprodukt und Verfahren zu seiner Herstellung
DE10035679A1 (de) * 2000-07-21 2002-01-31 Inst Neue Mat Gemein Gmbh Nanoskalige Korundpulver, daraus gefertigte Sinterkörper und Verfahren zu deren Herstellung

Also Published As

Publication number Publication date
DE102006020515A1 (de) 2007-11-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1907323B1 (de) Verfahren zur herstellung von nanopartikeln aus aluminiumoxid und oxiden von elementen der i. und ii. hauptgruppe des periodensystems
DE102005033393B4 (de) Verfahren zur Herstellung von nanokristallinem α-Al2O3
EP1840085B1 (de) Verfahren zur herstellung eines feinkristallinen böhmits
EP0823885B1 (de) Verfahren zur herstellung schwach agglomerierter nanoskaliger teilchen
DE60202373T2 (de) Verfahren zur herstellung von lithiumtitanat
DE102005033392B4 (de) Nanokristalline Sinterkörper auf Basis von Alpha-Aluminiumoxyd, Verfahren zu Herstellung sowie ihre Verwendung
WO2000069790A2 (de) Verfahren zur herstellung von aluminiumoxiden und daraus hergestellte produkte
DE102005047807A1 (de) Modifizierte Nanopartikel
DE102005007036A1 (de) Verfahren zur Herstellung von kugelförmigen Mischoxid-Pulvern mittels Sprühpyrolyse in einem Heißwandreaktor
DE3633030A1 (de) Aluminiumoxid-titandioxid-compositpulver und verfahren zu ihrer herstellung
DE102005010878A1 (de) Verfahren zur Herstellung von Alpha-Aluminiumoxidteilchen
DE102006011965A1 (de) Verfahren zur Herstellung feiner Alpha-Aluminiumoxidteilchen
EP2141124B1 (de) Verfahren zur Herstellung von grob- und/oder nanoskaligen, gecoateten, desagglomerierten Magnesiumhydroxidpartikeln
EP0427938B1 (de) Verfahren zur Herstellung von Zirkondioxidpulver
EP2168936B1 (de) Verfahren zur Herstellung eines feinteiligen Pulverwerkstoffs
DE102004018336A1 (de) Flammhemmender Füllstoff für Kunststoffe
EP0519159A2 (de) Polykristalline, gesinterte Schleifkörner aus Basis von alpha-A12O3, Verfahren zu ihrer Herstellung und deren Verwendung
EP0817811A1 (de) Kationische schichtverbindungen, herstellung und verwendung
DE102006020515B4 (de) Nanopartikel aus Aluminiumoxid und Oxiden von Elementen der I. und II. Hauptgruppe des Periodensystems sowie deren Herstellung
DE102006039462B4 (de) Verfahren zur Herstellung von Partikeln
DE3308008C1 (de) Verfahren zur Herstellung feinverteilter Dispersionen von Metalloxiden in Aluminiumhydroxid
DE102005025720A1 (de) Nanopartikelhaltige makrocyclische Oligoester
DE102005059961A1 (de) Hochgefüllte Aluminiumoxid enthaltende Dispersionen
DD297627A5 (de) Zirkondioxidpulver, verfahren zu seiner herstellung, seine verwendung und aus ihm hergestellte sinterkoerper

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8364 No opposition during term of opposition
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: CLARIANT FINANCE (BVI) LTD., ROAD TOWN, TORTOL, VG

8328 Change in the person/name/address of the agent

Representative=s name: MIKULECKY, K., DIPL.-CHEM. DR.PHIL.NAT., PAT.-ASS.

R082 Change of representative

Representative=s name: WALLINGER RICKER SCHLOTTER TOSTMANN PATENT- UN, DE

R081 Change of applicant/patentee

Owner name: ARCHROMA IP GMBH, CH

Free format text: FORMER OWNER: CLARIANT FINANCE (BVI) LTD., ROAD TOWN, TORTOLA, VG

R082 Change of representative

Representative=s name: WALLINGER RICKER SCHLOTTER TOSTMANN PATENT- UN, DE

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee