DE1767920A1

DE1767920A1 - Verfahren zur Herstellung einer stabilen Diamantdispersion

Info

Publication number: DE1767920A1
Application number: DE19681767920
Authority: DE
Inventors: Figiel Francis John
Original assignee: Allied Chemical Corp
Current assignee: Allied Corp
Priority date: 1967-07-03
Filing date: 1968-07-02
Publication date: 1971-10-07
Also published as: NL6809323A; FR1578199A; SE341001B; GB1210299A

Description

DR. ILSE RUCH

PATENTANWALT MUNCHFN5

RBCHEnbachstr. si 1 7 fi 7 Q 9 ft

TU.M3J51 I /O /«U

Pol id 12256 B/J 5

Allled Chawlcal Corporation, New York,, N. Y. USA Verfahren zur Herstellung einer stabilen Diamantdispersion

Diamant kann beispielsweise nach dem Verfahren der USA Patentschrift ? 2^8 019 durch An*srdung von Stoßwellen auf Graphit synthetisiert werden* Dabei wird ein Pulver aus Diamantteilohen, die im Mittel einen Durchmesser in dem Bereich von 7x10^ bi3 1χ1θ"²μ haben mit einer Oberfläche zwischen etwa 40 und etwa 400 m²/g erhalten. Wenigstens

der Oberfläche enthalten funkt lone He Gruppen, wie Hydroxyl-, Carbonyl-,und Carboxylgruppen. Das Diamantpulver ist mit Aggloeeraten au» Graphit _t S11 lolircrrerbindungen und festen Diairantaggiomeraten alt einem Durobjnesser von etwa 1 bis 5μ verunreinigt, Eine genauere Besobrel'öung eines solchen Diamantpulv*rs findet sich Xn der Patentanmeldung P 15 42 612.7 der gleichen Anmelderln.

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Synthetisches Diamantpulvdr kann be!spieleweise in Sohlelfmltteln verwendet oder in Oberflächenschichten von Metlallen oder Kunststoffen eingelagert werden, um diese abriebfest SU machen.

Für viele Verwendungszwecke wird das Diamantpulver sweek- «äßlg in der Form einer stabilen Dispersion In «inen flüssigen Dleperslonsmediua» verwendet. Eine aolohe Dispersion kann beispielsweise direkt als Schleif¹- oder Poliermittel verwendet werden, oder sie kann unter Verwendung eines polymerisierbaren Dieperslonsmediums hergestellt und dieses dann zu einem Abriebfesten Festkörper polymerisiert werden. Für diese und andere Anwendungen müssen die Agglomerate aufgebrochen Werden, well sie beispielsweise da» Schleifmittel na grob machen, so da£ die verarbeitete Oberfläche Kratzer erhält/ oder die erhaltene Oberfläche unansehnlloh naohen.

Ea war jedoch bisher nicht tnöglioh, synthetischen Diamant zu Dispersionen zu verarbeiten, in denen dl· Aggregate aufgebrochen waren und die Teilchen eine hinreichend ein* heitliche OrUSe hatten. D. h. bei Anwendung der bekannten Methoden zur Herstellung von Dispersionen war es nicht möglich, synthetischen Diamant in größerem Maßstab oder in hohen Konzentrationen zu segregieren oder die Aggregate

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aufzubrechen und demit eine Segregation unnötig zu machen. Außerdem konnte durch keines der bekannten Verfahren eine, stabile Dispersion nit einer Konzentration an synthetischem Diamant von etwa 0,5 Oew.-£ odor darüber hergestellt werden. Beispielsweise konnte die Zugabe von peptisierbftren Kolloiden wie (telatine, Gummiarabikum oder Seife.eine Flocculation

nicht verhindern* wenn man eine solche Dispersion stehen ließ, auch wenn deren Konzentration nur etwa i QeWi-Ji betrug. Weder mit automatischen Mörsern nooh nit Kugelmühlen oder Ultraachallwellen konnten für technisohe Zwecke ausreichende Kengen an synthetischem Diamant in beispielsweise Olivenöl, Wasser, Olykol oder Varsol hergestellt werden, d. h. die erhaltenen Dispersl non waren auch bei geringeren Diamant":onzentationen noch wenig stabil« Beispielsweise konnte keine Dispersion mit einer Diamantkonzentratlon von 0,5 Ge*.-J* oder darüber, die mehr als etwa 12 Stunden stabil war, hergestellt werden. Außerdem blieben groie Agglomerate in der Dispersion, auoh'wdnn das Diamant pulver lKngere gilt in einer Kugelmühle zermahlen worden war .

Aufgabe der Erfindung 1st daher die Herstellung einer stabilen Diamantdlsperslon, die etwa 0,5 his etwa 15 Qew.-£ Diamant in einem flüssigen Dispersionsaediue enthielt. .

Oegenstand der Erfindung 1st ein Verfahren sur Herstellung einer stabilen Dispersion von durch Stoßwellen erzeugten

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synthetischen Diamantpulver in einem flüssigen Dispersions* medium, das dadurch gekennzeichnet ist; daß man ein Gemisch aus dom flues igen Dispersionsmedium und 0,5 bis 3.5 Gew. -% an synthetischem Diamantpulver einer hohen Schsrbe&nspruohung unterwirft.

Vorzugsweise erfolgt die Dispergierung in dem flüssigen Medium mittels rotierender Messer oder Schaufeln, beispielsweise in einem Homogenisator (homogenizer) oder einem Propellerini schwerk oder Mixer (Blender)
statt in einer Kugelmühle, und vorzugsweise werden Scher-

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kraftβ von wenigstens etwa 1 Watt/cm für eine Zeit von wenigstens etwa 2 Minuten angewandt. Die bevorzugten Dis-

persiosaen der Erfindung enthalten etwa 3 bis etwa 8 Gew.-^ Di amant pulve r.

Das flüssige Dispersionsmedium soll eine Viskosität zwischen etwa 0,5 und etwa 100 cps haben urA hat vorzugsweise eine Viskosität MVvi^chen etwa 0,5 und etwa 3 cps. Auch Radien mit höheren Viskositäten können verwendet werden, wenn die Viskosität durch Erwärmen in den angegotsnon Bereich gebracht werden kann* Da>: rii^^i^e Medium soll eine Oberflächenspannung über cti'o 3"j dyn/cm haben und hat vorzugsv/eise eine Oterfläc^ciirüpannung zwischen etwa 45 und 85 dyn/cm. Bei Ύκ^,βϊΐάχιην:. einer i?lü!3sigi:e:!.t mit einer Oberflsichenspamiur.'g uir;.ir ct'.a J5!5 dyn/cm n.uS ein oberflächenaktives Mitte.'··.

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Geegnete Dispersionsaedien sind beispielsweise pflanzliche öle, wie Olivenöl, Polyole, wie Glykol, und im Handel erhältliche Lösungßfflittelgemisehej, wie Varsol.

Die Menge an Diamantpulver, die dem flüssigen Dispersionsmediun zugesetzt wird, bevor das Gemisch den Scherkräften unterworfen wird, soll zwischen etwa 0,5 und etwa 15 g Je 100 g Flüssigkeit betragen und beträgt vorzugsweise etwa 5 bis etwa 8 g Je 100 g Flüssigkeit.

Die Temperatur, bei der das Gemisch den Scherkräften unterworfen wird, ist nicht von entscheidender Bedeutung, sofern sie ausreichend hoch ist, um das Dispersionsmediimi in flüssiger Phase vnd seine Viskosität in dem oben angegebenen Bereich zu halten» Vorzugsweise wird Jedoch eine Temperatur von etwa 40⁶C und darüber angewandt.

Die Scherkräfte können beispielsweise in üblichen Homogenisatoren oder mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden technischen oder Hauehalts- Mixem auf das Gemisch angewandt werden, wobei die Mixer bevorzugt sind, wio sie in genügender Anzehl verfügbar sind. Jedoch kann grundsätzlich jode Vorrichtung verwendet werden, in <3ök Scherkräfte der oben angegebenen Größenordnung erzeugt werden können.

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Es ist übe rr ac cha lid, daß solche Dispersionen mit einem

Messern oder
Mischwerk mit rotierendenfSchaufeln erzeugt werden können, während eine Kugelmühle sich zur Herstellung einer Dispersion von synthetischem Diamantpulver, die 24 Stunden stabil ist, als ungeeignet erwiesen hat.

Die Energie, die in der Form einer Scherbeanspruchung, auf das Gemisch von Diamantpulver und Flüssigkeit angewandt wird, liegt zweckmäßig in dem Bereich von etwa 250 bis etwa 1000 Watt und vorzugsweise zwischen etwa 400 und etwa 500 Watt für eine diamanthaltige Beschickung, die etwa 50 bis etwa 300 enr Flüssigkeit enthalt, d. h. bei mindestens etwa 1 Watt/cm . Diese Energie soll bei einer Geschwindigkeit zwischen etwa 8000 und 20 000 Upm, vorzugsweise zwischen etwa 15 000 und etwa 19 000 Upra für eine Zeit von etwa 2 bis etwa 60 Minuten und vorzugsweise etwa 10 bis etwa 20 Minuten angewandt werden.

Es wurde gefunden, daß die Dispersionen der Erfindung in nahezu jedem flüssigen Medium» dessen Viskosität und Oberflächenspannung in den oben angegebenen Bereichen liegen, hergestellt werden können. Beispiele für solche Flüssigkeiten sind: Vareol, Äthanol, Olivenöl, Glykcl, Glycerin.. Kohlenwasserstoffe, halogeniert« Kohler? wasserst of fc„ wie 1,Α,2-Trichlor-»U2,2~ rrifluoräthan, Wasser und Gtemiscije davon.

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Wenn Wssser als Diapersionsmedium verwendet wird* so muS Jedoch noch einer weiteren Forderung genügt werden, damit das synthetische Dicmantpulver gut dispergiört wird, d. h. der pH-Wert muß zwischen otwa 5 und etwa 10.2 und vorzugsweise zwischen etwa 7 und etwa 8,5 gehalten werden. Wie oben er wähnt, muß, wenn die Oberflächenspannung des Suspensionsmediums unter etv/a 55 dyn/cra liegt, ein Übliches oberflächenaktives Mittel verwendet werden, damit stabile Dispersionen erhalten vier den. Ein solches oberflächenaktives Mittel wird ™ in einer Range von etwa 0 bis 15$ und vorzugsweise etwa 2 bis etwa ¥J>, bezogen auf das Gewicht des Dispersionsmediums, verwendet. Beispiele für geeignete oberflächenaktive Mittel sind Alkylarylsulfonate, wie EMCOL P-10-59 und EMCOL P-5900 der Witco Chemical Co. ₉ Inc. Es können aber natürlich auch andere übliche oberflächenaktive Kittel verwendet werden.

In einer Dispersion soll jedes Diamantteilchen von Molekülen dos Dispersionsmediums umgeben sein, und die^v Teilchen sollen Jj einander nicht berühren. In den Dispersionen der Erfindung kann es nach längerem Stehen, beispielsweise nach einigen Tagen zu einer- geringfügigen Phasentrennung oder einem Absetzen korumen. Dieses Absetzen kann jedoch noch nicht als eine Sedimentation beze lehnst werdsn, und das Diamantpulver bleibt dor obigen Definition entsprechend dispergierfc. Die Dispers5.oneiv -«■ densii ain solches geringfügiges Absetzen erfolgt ist,, können auch leicht mieder in den ursprünglichen

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Zustand übergeführt werden« indem nan sie rUhrt oder schüttelt, wonach wiederum für längere Zeit, d. h. mehr als 24 Stunden, kein Absetzen erfolgt.

Dispersionen von Diamant pulver, das nach dem Verfahren der erwähnten USA Patentschrift 3 2J58 019 erhalten war, wurden nach dem vertahren der Erfindung unter Verwendung von Glykol, Wasser vom pH-Wert 10,1 und Varsol * etwa 4,0 Gew. -# oberflächenaktives Mittel (EMCOL P-10-59) hergestellt. Alle diese Dispersionen erwiesen sich als fUr mehr als 24 Stunden stabil.

Die Figuren der Zeichnungen sind Mikrophotographien, die einen Vergleich der Dispersionen der Erfindung mit nach bekanntem Verfahren erhaltenen Dispersionen ermöglichen. Die Vergrößerung ist bei Jeder Figur angegeben:

Figur 1 ist eine Mikrophotographie einer Dispersion von synthetischem Diamantpulver in Olivenöl gemäß der Erfindung, die 0,5 Gew.-£ Diamant enthält.

Figur 2 zeigt eine Dispersion von synthetischem Diamant in Olivenöl, die 0,1 Gew.-£ Diamantpulvor enthält und durch 8 stUndiges Vermählen des Gemisches in einer Kugelmühle (Spex Mixer Mill), erhalten war. Die nicht aufgebrochenen Agglomerate sind deutlich erkennbar.

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Figur 2 zeigt eins Dispersion von synthetischem Diamantpulver in Olivenöl* die 8 Gew.-^ Diamant pulver enthält und nach dem Verfahren der Erfindung erhalten war.

Lie Figuren 4 und 5 zeigen eine Dispersion von synthetischem Diamantpulver in Wasser vom pH 10,1, erhalten naeh dem Verfahren der Erfindung. Die Dispersion von Figur 4 hatte eine Diamantkonzentratlon von 0,5 0ew.-# und diejenige von Figur hatte eine Diamantkonzentration von 8 Gew.-Ji.

Die Figuren 6 und 7 zeigen Dispersionen von synthetisches Diamantpulver in Varsol mit einem Zusatz an oberflächenaktivem Mittel, nämlich EMCCXi P-10-59, erhalten nach dem Verfahren der Erfindung. Die Diamantkonzent rat ionen waren 0,5 Gew. -$ bei der Dispersion von Figur 6 und 8 Gew.-Jl» bei der Dispersion von Figur 7.

Figur 8 zeigt eins Diamantdispersion gemäß der Erfindung in Varsol mit einer Konzentration von 0,5 Gtew.-# nach etwa 16-stündigem Stehen.

Figur 9 zeigt die gleiche Dispersion wie Figur 8 nach einfachem Schütteln.

Figur 10 zeigt zum Vergleich eine Dispersion von synthetischem Diamantpulver in VJasser vom pH 10,1 mit einer Konzentration

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von 0,1$, erhalten durch 6 stUndiges Vermählen in einer Kugelmühle (Spex Mixer Mill}« Die noch anwesenden Agglomerate sind deutlich erkennbar.

Figur 11 zeigt eine Dispersion der gleichen Zusammensetzung wie derjenigen von Figur 10, d.h. einer Dispersion von 0,5 Gew Diamantpulver in Wasser vom pH 10,1, erhalten nach dem Verfahren der Erfindung. Der Einfluß der Scherbeanspruchung hinsichtlich des Aufbrechens der Agglomerate ist bei einem Vergleich der Figuren 10 und 11 deutlich erkennbar.

Beispiel;

Etwa 200 bis etwa 210 crt Olivenöl oder ein anderes der oben genannten Dispersionsmittel wird in den abnehmbaren Becher eines Haushaltsmixers (blendor) mit einem Fassungsvermögen von 11, 2,54cm langen RUhrmessern und einem 1/4 PS-Motor mit veränderlicher Geschwindigkeit eingebracht. Dem Dispersionsmedium werden etwa 0,08 bis etwa 0,10 g 3ynthetischo3 Diamantpulver, hergestellt nach dem Verfahren der US«Patent« schrift 2 2j58 019, Je cnr Dispersionsmedium zugesetzt, und der Mixer wird eingeschaltet und etwa 10 bis 20 Minuten mit einer Geschwindigkeit von etwa 15000 bis etwa I9OOO Upm laufengelassen» Die erhaltene Dispersion ist etwa eine Woche stabil.

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Claims

1. Verfahren sur Herstellung eine ? stabilen Dispersion von durch Stoßwellen erzeugtem sj-ithctischeni Diamantpulver in einem flüssigen Dispersionamffdiuin, dadurch gekennzeichnet, da!3 man ein Gemisch aus dem flüssigen Dispcrsionsmedium und 0,5 bis 15 Gew.-# synthetischem Diamant·= pulver einer hohen Scherbeanspruchimg unterwirft.

2, Verfahren nach Anspruch !,dadurch ge ken:n- r. «lehnet., da/3 das Diamantpulvev mittels rotierender Mesner in eiern Medium dispergiurt wird..

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man saun Dispergieren einen Homogenisator oder einen technischen oder Haushal :9-Mix«r verwendete

4. Verfaliren nach Anspruch 5» d a d u r c \i g e k e η η« zeichnet., daß man Sen Mixer rait einer Geschwindigkeit von etwa 8000 bis etwa 20 000 Upm λ auf en lä.St.

5. Verfahren nach einen der vorhergehenden Ansprüche, d a~

durch G e k e η ίζ e i c h η α t, daß man in cnr Misch-

3 vorrichtung eine Energie vcn etwa 1 Wat/c je cnr Dispersion

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medium auf das Gemisch einwirken läßt.

6. Verfahren nach 5» dadurch gekennzeichnet j daß man in der Mischvorrichtung eine Energie von etwa 250 bis etwa 1000 Watt, vorzugsweise etwa 400 bis etwa 500 Watt, je 50 bis 500 ort Beschickung auf das Gemisch einwirken läßt.

7. Verfahren nach einsin der vorhergehenden Ansprüche, d a ^ durch gefcennzojohnet* daß man als Dispersionsmedium Weoser mit einem pH-Wert zwischen 5 und 10,2 verwendet .

8. Verfahret! nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e k e η η ;. e i c h η e t , daß man als Dispersionsmedium ein pflanzliihes öl ο 3er ein Fwlyol verwendet.

9. Verfahren nach eir.üra der vorhergehenden Ansprüche, dadurch β 8 Ic en η zeich net a daß raan ein

P Dispersionsmadium mit einer Viskosität zwischen etwa 0,5 und etwa 100 cpa verwendet;.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gakennsßic?3net, daß man ein synthetisch;:

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Diamantpulver mit einem mittleren ie innendurchmesser von etwa 7x10 bis etwa 1x10 μ, einer Oberfläche zwischen etwa 4o und etwa 400 m /g, bei dem wenigstens etwa der Oberfläche funktioneile Hydroxyl-, Carbonyl- und Carboxylgruppen enthalten, verwendet*

11. Dispersion, die etwa 0,5 bis etwa 15 Qew.-jS durch Stoßwellen erzeugtes Diaaantpulver in einem flüssigen Dispersionsmedium, das eine Viskosität zwischen etwa 0,5 und etwa lOOcps hat, enthält und wenigstens etwa 24 Stunden stabil 1st.

12. Dispersion nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Dispersionsmedium Olivenöl enthält und etwa eine Wochei stabil ist.

%3. Dispersion nach Anspruch 11 _s dadurch gekennzeichnet, daß sie als Dispersionsmedlusi Wasser mit einem pH-Wert zwischen etwa 5 und etwa 10,2 enthält.

14« Dispersion nach Anspruch Ii, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Dispersionsmedium Varsol mit einem Zusatz von etwa 2 bis etwa 15 Gew«-Jß eines oberflächen* aktiven Mittels enthält.

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