RU2815078C2 - Aluminum oxides and methods for production thereof - Google Patents
Aluminum oxides and methods for production thereof Download PDFInfo
- Publication number
- RU2815078C2 RU2815078C2 RU2021112380A RU2021112380A RU2815078C2 RU 2815078 C2 RU2815078 C2 RU 2815078C2 RU 2021112380 A RU2021112380 A RU 2021112380A RU 2021112380 A RU2021112380 A RU 2021112380A RU 2815078 C2 RU2815078 C2 RU 2815078C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- alumina
- aged
- phosphono
- modified alumina
- aluminum oxyhydroxide
- Prior art date
Links
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 115
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 10
- 239000003607 modifier Substances 0.000 claims abstract description 37
- 125000001476 phosphono group Chemical group [H]OP(*)(=O)O[H] 0.000 claims abstract description 34
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 30
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims description 22
- FAHBNUUHRFUEAI-UHFFFAOYSA-M hydroxidooxidoaluminium Chemical compound O[Al]=O FAHBNUUHRFUEAI-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 21
- OFOBLEOULBTSOW-UHFFFAOYSA-N Malonic acid Chemical compound OC(=O)CC(O)=O OFOBLEOULBTSOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 7
- 239000011550 stock solution Substances 0.000 claims description 4
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 claims description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 150000002903 organophosphorus compounds Chemical class 0.000 claims description 2
- -1 aluminium oxyhydroxide Chemical compound 0.000 abstract description 4
- 239000003637 basic solution Substances 0.000 abstract description 3
- IVHVNMLJNASKHW-UHFFFAOYSA-M Chlorphonium chloride Chemical group [Cl-].CCCC[P+](CCCC)(CCCC)CC1=CC=C(Cl)C=C1Cl IVHVNMLJNASKHW-UHFFFAOYSA-M 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 14
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid group Chemical group C(CC(O)(C(=O)O)CC(=O)O)(=O)O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 9
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 9
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 8
- 229910001593 boehmite Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 5
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- VXAUWWUXCIMFIM-UHFFFAOYSA-M aluminum;oxygen(2-);hydroxide Chemical compound [OH-].[O-2].[Al+3] VXAUWWUXCIMFIM-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K aluminium hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[Al+3] WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YSMRWXYRXBRSND-UHFFFAOYSA-N TOTP Chemical group CC1=CC=CC=C1OP(=O)(OC=1C(=CC=CC=1)C)OC1=CC=CC=C1C YSMRWXYRXBRSND-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 description 1
- 239000000908 ammonium hydroxide Substances 0.000 description 1
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 150000001735 carboxylic acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000013068 control sample Substances 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001627 detrimental effect Effects 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 238000010335 hydrothermal treatment Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000000634 powder X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000001694 spray drying Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF TECHNOLOGY TO WHICH THE INVENTION RELATES
Настоящее изобретение относится к способу (способам) получения поверхностно-модифицированного оксида алюминия. В частности, настоящее изобретение относится к способу получения поверхностно-модифицированного оксида алюминия, который является диспергируемым при pH=8 и выше и который имеет низкую вязкость при pH=8 и выше. Настоящее изобретение относится к модифицированному оксиду алюминия, получаемому согласно способу настоящего изобретения, и к модифицированному оксиду алюминия, имеющему конкретные характеристики.The present invention relates to a method(s) for producing surface-modified alumina. In particular, the present invention relates to a method for producing surface-modified alumina that is dispersible at pH=8 and above and which has low viscosity at pH=8 and above. The present invention relates to a modified alumina obtained according to the method of the present invention, and to a modified alumina having specific characteristics.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОМУ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕBACKGROUND OF THE INVENTION
Хорошо известно, что оксид алюминия, модифицированный лимонной кислотой, образует модифицированный оксид алюминия, который является диспергируемым при pH=8 и выше. Однако проблема, связанная с такими модифицированными лимонной кислотой оксидами алюминиями, состоит в том, что при pH=8 и выше вязкость этих материалов быстро увеличивается до величины, при которой обработка этих материалов становится затруднительной.It is well known that alumina modified with citric acid produces modified alumina which is dispersible at pH=8 and above. However, a problem with such citric acid-modified aluminas is that at pH=8 and above, the viscosity of these materials rapidly increases to a point where processing of these materials becomes difficult.
Для разрешения этой проблемы требуется использование второй карбоновой кислоты, например, малоновой кислоты. Добавление малоновой кислоты уменьшает вязкость модифицированного лимонной кислотой оксида алюминия при pH=8 и выше.To solve this problem, the use of a second carboxylic acid, such as malonic acid, is required. The addition of malonic acid reduces the viscosity of citric acid-modified alumina at pH=8 and above.
Хотя это решение является эффективным, оно требует использования второго модифицирующего агента и значительно увеличивает количество добавляемого модификатора. Это может быть вредно для некоторых применений, например, для керамики, в которых дополнительный модификатор может приводить к сложностям во время производственных стадий формования и обжига и может приводить к нежелательным взаимодействиям с другими компонентами системы.Although this solution is effective, it requires the use of a second modifier and significantly increases the amount of modifier added. This may be detrimental for some applications, such as ceramics, where the additional modifier may cause difficulties during the molding and firing production steps and may result in undesirable interactions with other components of the system.
Целью настоящего изобретения является устранение недостатков, известных в данной области техники.The purpose of the present invention is to overcome the disadvantages known in the art.
Авторы изобретения неожиданно нашли новый способ модифицирования поверхности оксида алюминия для получения модифицированного оксида алюминия, который является диспергируемым при pH=8 и выше и который имеет низкую вязкость при pH=8 и выше, а также имеет низкую дозировку модификатора.The inventors have unexpectedly found a new method for modifying the surface of alumina to obtain a modified alumina that is dispersible at pH=8 and above and which has low viscosity at pH=8 and above, and also has a low modifier dosage.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ SUMMARY OF THE INVENTION
Согласно одному из аспектов изобретения предлагается способ получения модифицированного оксида алюминия, включающий в себя этапы, на которых:According to one aspect of the invention, there is provided a method for producing modified alumina, comprising the steps of:
i) обеспечивают наличие оксида алюминия; иi) provide the presence of aluminum oxide; And
ii) добавляют в оксид алюминия модификатор, содержащий фосфоно-группу, с получением поверхностно-модифицированного оксида алюминия.ii) adding a modifier containing a phosphono group to the alumina to obtain surface-modified alumina.
Настоящее изобретение может включать в себя дополнительный этап, на котором сушат поверхностно-модифицированный оксид алюминия после добавления содержащего фосфоно-группу модификатора.The present invention may include the additional step of drying the surface-modified alumina after adding the phosphono group-containing modifier.
Настоящее изобретение может также включать в себя:The present invention may also include:
а) дополнительный этап, на котором оксид алюминия состаривают перед добавлением содержащего фосфоно-группу модификатора с образованием состаренного оксида алюминия, имеющего кристаллиты размером 35-450 Å (при измерении на плоскости 120); илиa) an additional step in which the alumina is aged before adding a phosphono group-containing modifier to form aged alumina having crystallites measuring 35-450 Å (as measured on a 120 plane); or
b) дополнительный этап, на котором состаривают поверхностно-модифицированный оксид алюминия с образованием состаренного поверхностно-модифицированного оксида алюминия; илиb) an additional step of aging the surface-modified alumina to form aged surface-modified alumina; or
с) этапы a) и b), описанные выше.c) steps a) and b) described above.
Настоящее изобретение может включать в себя этап состаривания, описанный выше (либо а), либо b)) и этап сушки, или как этапы состаривания, описанные в с) выше, так и этап сушки.The present invention may include the aging step described in either a) or b)) above and a drying step, or both the aging steps described in c) above and the drying step.
Таким образом:Thus:
Первым вариантом первого аспекта настоящего изобретения является способ получения модифицированного оксида алюминия, включающий в себя этапы, на которых:A first embodiment of the first aspect of the present invention is a method for producing modified alumina, comprising the steps of:
i) обеспечивают наличие оксида алюминия;i) provide the presence of aluminum oxide;
ii) состаривают оксид алюминия с образованием состаренного оксида алюминия путем гидротермической обработки до тех пор, пока оксид алюминия не будет иметь кристаллиты размером 35-450 Å (при измерении на плоскости 120);ii) aging the alumina to form aged alumina by hydrothermal treatment until the alumina has crystallites measuring 35-450 Å (measured on a 120 plane);
iii) добавляют содержащий фосфоно-группу модификатор в состаренный оксид алюминия с получением поверхностно-модифицированного оксида алюминия; иiii) adding a phosphono group-containing modifier to the aged alumina to obtain a surface-modified alumina; And
iv) необязательно, сушат поверхностно-модифицированный оксид алюминия с получением модифицированного оксида алюминия.iv) optionally, drying the surface modified alumina to obtain modified alumina.
Вторым вариантом первого аспекта настоящего изобретения является способ получения модифицированного оксида алюминия, включающий в себя этапы, на которых:A second embodiment of the first aspect of the present invention is a method for producing modified alumina, comprising the steps of:
i) обеспечивают наличие оксида алюминия;i) provide the presence of aluminum oxide;
ii) добавляют содержащий фосфоно-группу модификатор в оксид алюминия с получением поверхностно-модифицированного оксида алюминия;ii) adding a phosphono group-containing modifier to the alumina to produce surface-modified alumina;
iii) состаривают поверхностно-модифицированный оксид алюминия путем термической обработки поверхностно-модифицированного оксида алюминия (предпочтительно при повышенной температуре под автогенным давлением) с образованием состаренного поверхностно-модифицированного оксида алюминия; иiii) aging the surface-modified alumina by heat treating the surface-modified alumina (preferably at elevated temperature under autogenous pressure) to form aged surface-modified alumina; And
iv) необязательно, сушат состаренный поверхностно-модифицированный оксид алюминия с получением модифицированного оксида алюминия.iv) optionally, drying the aged surface modified alumina to obtain modified alumina.
Третьим вариантом первого аспекта настоящего изобретения является способ получения модифицированного оксида алюминия, включающий в себя этапы, на которых:A third embodiment of the first aspect of the present invention is a method for producing modified alumina, comprising the steps of:
i) обеспечивают наличие оксида алюминия;i) provide the presence of aluminum oxide;
ii) состаривают оксид алюминия с образованием состаренного оксида алюминия путем гидротермического старения до тех пор, пока оксид алюминия не будет иметь кристаллиты размером 35-450 Å (при измерении на плоскости 120);ii) aging the alumina to form aged alumina by hydrothermal aging until the alumina has crystallites measuring 35-450 Å (measured on a 120 plane);
iii) добавляют содержащий фосфоно-группу модификатор в оксид алюминия с получением поверхностно-модифицированного оксида алюминия;iii) adding a phosphono group-containing modifier to the alumina to produce surface-modified alumina;
iv) состаривают поверхностно-модифицированный оксид алюминия путем термической обработки поверхностно-модифицированного оксида алюминия (предпочтительно при повышенной температуре под автогенным давлением) с образованием состаренного поверхностно-модифицированного оксида алюминия; иiv) aging the surface-modified alumina by heat treating the surface-modified alumina (preferably at elevated temperature under autogenous pressure) to form aged surface-modified alumina; And
v) необязательно, сушат состаренный поверхностно-модифицированный оксид алюминия с получением модифицированного оксида алюминия.v) optionally, drying the aged surface modified alumina to obtain modified alumina.
Предпочтительно включать этап сушки во все варианты первого аспекта настоящего изобретения.It is preferable to include a drying step in all embodiments of the first aspect of the present invention.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения, предлагается модифицированный оксид алюминия, получаемый согласно способу настоящего изобретения.According to a second aspect of the present invention, there is provided a modified alumina produced according to the method of the present invention.
Согласно третьему аспекту настоящего изобретения, предлагается модифицированный оксид алюминия, имеющий по меньшей мере одну, предпочтительно больше одной, наиболее предпочтительно все из следующих характеристик после диспергирования при pH=8 или выше:According to a third aspect of the present invention, there is provided a modified alumina having at least one, preferably more than one, most preferably all of the following characteristics after dispersion at pH=8 or higher:
i) изоэлектрическая точка при pH меньше 4;i) isoelectric point at pH less than 4;
ii) диспергируемость больше 90% при диспергировании с дозировкой 5, 10 или 20% по весу в основном растворе;ii) dispersibility greater than 90% when dispersing at a dosage of 5, 10 or 20% by weight in the main solution;
iii) распределение частиц по размерам, имеющее D50 ниже 250 нм, при диспергировании с дозировкой 5, 10 или 20% по весу в основных растворах; и/илиiii) a particle size distribution having a D 50 below 250 nm when dispersed at 5, 10 or 20% by weight in stock solutions; and/or
iv) вязкость меньше 50 сП при 500 с-1.iv) Viscosity less than 50 cP at 500 s -1 .
Изоэлектрическую точку измеряют посредством измерений электрокинетических потенциалов, начиная с pH=10, с титрованием кислотой. The isoelectric point is measured by measuring electrokinetic potentials starting at pH=10, titrating with acid.
Диспергируемость измеряют таким образом, чтобы pH результирующей суспензии поддерживалась выше изоэлектрической точки (isoelectric point - IEP) материала.Dispersibility is measured such that the pH of the resulting suspension is maintained above the isoelectric point (IEP) of the material.
Распределение частиц по размерам измеряют с использованием средства измерения рассеяния света, включающего в себя Horiba 950 и правильное разбавление.Particle size distribution is measured using a light scattering meter including a Horiba 950 and proper dilution.
Под основным раствором для измерения диспергируемости и распределения частиц по размерам имеется в виду раствор с pH=9 или выше. Предпочтительным основным раствором является раствор гидроксида аммония.By basic solution for measuring dispersibility and particle size distribution we mean a solution with a pH of 9 or higher. The preferred stock solution is ammonium hydroxide solution.
Вязкость измеряют посредством переноса аликвотной пробы суспензии в концентрическую цилиндрическую геометрию вискозиметра DHR 2 со средствами ТА, поддерживаемого при 25°С. Сдвиговую развертку осуществляют от 0,1 до 3600 с-1.Viscosity is measured by transferring an aliquot of the suspension into a concentric cylindrical geometry DHR 2 viscometer with TA means, maintained at 25°C. The shear scan is carried out from 0.1 to 3600 s -1 .
Характеристики модифицированного оксида алюминия, определенные в третьем аспекте настоящего изобретения, применимы к модифицированному оксиду алюминия второго аспекта настоящего изобретения.The characteristics of the modified alumina defined in the third aspect of the present invention are applicable to the modified alumina of the second aspect of the present invention.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED IMPLEMENTATION OPTIONS
Настоящее изобретение направлено на способ получения модифицированного оксида алюминия посредством модифицирования поверхности оксида алюминия добавлением содержащего фосфоно-группу модификатора. Необязательно, настоящее изобретение направлено на способ получения модифицированного оксида алюминия посредством модифицирования поверхности оксида алюминия, или гидротермически-состаренного оксида алюминия добавлением содержащего фосфоно-группу модификатора. Настоящее изобретение может, таким образом, включать в себя один или несколько этапов старения. Настоящее изобретение предпочтительно включает в себя этап сушки. Различные варианты первого аспекта настоящего изобретения описаны в вариантах первого аспекта настоящего изобретения. Настоящее изобретение дополнительно направлено на модифицированный оксид алюминия, получаемый согласно способу настоящего изобретения, и на модифицированный оксид алюминия, имеющий конкретные характеристики.The present invention is directed to a method for producing modified alumina by modifying the surface of alumina by adding a phosphono group-containing modifier. Optionally, the present invention is directed to a method for producing modified alumina by modifying the surface of alumina, or hydrothermally aged alumina by adding a phosphono group-containing modifier. The present invention may thus include one or more aging steps. The present invention preferably includes a drying step. Various embodiments of the first aspect of the present invention are described in embodiments of the first aspect of the present invention. The present invention is further directed to a modified alumina produced by the process of the present invention and a modified alumina having specific characteristics.
Элементы настоящего изобретения будут описаны ниже:Elements of the present invention will be described below:
ОКСИД АЛЮМИНИЯALUMINIUM OXIDE
Оксид алюминия включает в себя оксигидроксид алюминия, оксид алюминия, гидроксид алюминия или их смеси. Оксид алюминия предпочтительно является оксигидроксидом алюминия. Оксигидроксид алюминия предпочтительно включает в себя бемит или псевдобемит и наиболее предпочтительно является бемитом.Aluminum oxide includes aluminum oxyhydroxide, aluminum oxide, aluminum hydroxide, or mixtures thereof. The aluminum oxide is preferably aluminum oxyhydroxide. The aluminum oxyhydroxide preferably includes boehmite or pseudoboehmite and is most preferably boehmite.
Оксид алюминия может иметь форму сухих частиц, включенных в водную суспензию, окисленную композицию оксида алюминия, или их смеси. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, оксид алюминия включен в водную суспензию. Водную суспензию готовят посредством добавления оксида алюминия, предпочтительно бемита, в по меньшей мере воду.The alumina may be in the form of dry particles included in an aqueous suspension, an oxidized alumina composition, or mixtures thereof. In a preferred embodiment of the present invention, alumina is included in the aqueous suspension. An aqueous suspension is prepared by adding alumina, preferably boehmite, to at least water.
Оксид алюминия, подлежащий использованию настоящим способом, имеет кристаллиты контролируемого размера. The aluminum oxide to be used in the present method has crystallites of controlled size.
В этой связи, оксид алюминия настоящего изобретения может включать в себя частицы, имеющие средний размер кристаллитов от 30 до 500 Å, предпочтительно от 40 до 400 Å, наиболее предпочтительно от 80 до 200 Å, измеряемый посредством дифракции рентгеновских лучей на плоскости 120. Размер кристаллитов оксида алюминия может быть изменен посредством включения этапа старения (гидротермического старения). Этот этап включает в себя нагревание оксида алюминия при температуре между 100 и 200°С в течение периода времени от 0,5 до 4 часов до тех пор, пока размер кристаллитов оксида алюминия не будет находиться между 40 и 450 Å.In this regard, the alumina of the present invention may include particles having an average crystallite size of 30 to 500 Å, preferably 40 to 400 Å, most preferably 80 to 200 Å, measured by X-ray diffraction on a 120 plane. Crystallite size aluminum oxide can be modified by including an aging step (hydrothermal aging). This step involves heating the alumina at a temperature between 100 and 200°C for a period of 0.5 to 4 hours until the alumina crystallite size is between 40 and 450 Å.
Дополнительно, оксид алюминия может иметь BET-площадь поверхности от 80 до 300 м2/г, предпочтительно BET-площадь поверхности от 120 до 250 м2/г.Additionally, the alumina may have a BET surface area of 80 to 300 m 2 /g, preferably a BET surface area of 120 to 250 m 2 /g.
СОДЕРЖАЩИЙ ФОСФОНО-ГРУППУ МОДИФИКАТОРMODIFIER CONTAINING A PHOSPHONO GROUP
Содержащий фосфоно-группу модификатор настоящего изобретения включает в себя органическое соединение фосфора, предпочтительно линейную или разветвленную алкильную группу, имеющую от 1 до 20 атомов углерода. Содержащий фосфоно-группу модификатор предпочтительно также содержит по меньшей мере одну карбоксильную (COOH) группу и несет по меньшей мере одну фосфоно-составляющую. Фосфоно-составляющая включает в себя первичную фосфоно-алкилкарбоновую кислоту, вторичную фосфоно-алкилкарбоновую кислоту, первичную дикарбоновую кислоту, вторичную алкил-дикарбоновую кислоту, первичную фосфоно-алкил-трикарбоновую кислоту, фосфин-алкан-карбоновую кислоту или их смеси. Фосфоно-составляющая является более предпочтительно первичной алкилкарбоновой кислотой, вторичной фосфоно-алкилкарбоновой кислотой, первичной дикарбоновой кислотой, вторичной алкил-дикарбоновой кислотой, первичной фосфоно-алкил-трикарбоновой кислотой или их смесью. Наиболее предпочтительный содержащий фосфоно-группу модификатор является 2-фосфонобутан-1,2,4-трикарбоновой кислотой.The phosphono group-containing modifier of the present invention includes an organic phosphorus compound, preferably a linear or branched alkyl group having from 1 to 20 carbon atoms. The phosphono group-containing modifier preferably also contains at least one carboxyl (COOH) group and carries at least one phosphono moiety. The phosphono moiety includes a primary phosphono-alkylcarboxylic acid, a secondary phosphono-alkylcarboxylic acid, a primary dicarboxylic acid, a secondary alkyl-dicarboxylic acid, a primary phosphono-alkyl-tricarboxylic acid, a phosphine-alkane-carboxylic acid, or mixtures thereof. The phosphono moiety is more preferably a primary alkylcarboxylic acid, a secondary phosphonoalkylcarboxylic acid, a primary dicarboxylic acid, a secondary alkyldicarboxylic acid, a primary phosphonoalkyltricarboxylic acid, or a mixture thereof. The most preferred phosphono group-containing modifier is 2-phosphonobutane-1,2,4-tricarboxylic acid.
Содержащий фосфоно-группу модификатор смешивают с оксидом алюминия для его распределения на поверхности оксида алюминия.A modifier containing a phosphono group is mixed with aluminum oxide to distribute it on the surface of the aluminum oxide.
Содержащий фосфоно-группу модификатор предпочтительно добавляют в водную суспензию оксида алюминия или в состаренную водную суспензию оксида алюминия.The phosphono group-containing modifier is preferably added to the aqueous alumina slurry or to the aged aqueous alumina slurry.
Содержащий фосфоно-группу модификатор добавляют в количествах от менее 10% по весу на основе оксида алюминия, предпочтительно в количествах между 3% по весу и 10% по весу на основе оксида алюминия, более предпочтительно в количествах от менее 8% по весу на основе оксида алюминия, и наиболее предпочтительно в количествах между 3% по весу и 8% по весу на основе оксида алюминия. Процентные отношения предпочтительно основаны на оксиде алюминия в форме гидратированного порошка.The phosphono group-containing modifier is added in amounts of less than 10% by weight of alumina, preferably in amounts of between 3% by weight and 10% by weight of alumina, more preferably in amounts of less than 8% by weight of oxide aluminum, and most preferably in amounts between 3% by weight and 8% by weight based on alumina. The percentages are preferably based on alumina in hydrated powder form.
СТАРЕНИЕAGING
Как известно в области техники изобретения, старение относится к гидротермическому старению.As is known in the art of the invention, aging refers to hydrothermal aging.
Гидротермическое старение оксида алюминия может происходить перед добавлением содержащего фосфоно-группу модификатора в течение периода времени между 0,5 и 4 часами при температуре между 100 и 200°С.Hydrothermal aging of the alumina can occur before the addition of the phosphono group-containing modifier for a period of time between 0.5 and 4 hours at a temperature between 100 and 200°C.
Альтернативно или дополнительно, старение может быть проведено после добавления содержащего фосфоно-группу модификатора в течение периода времени между 0,5 и 2 часами при температуре между 95 и 125°С.Alternatively or additionally, aging can be carried out after adding the phosphono group-containing modifier for a period of time between 0.5 and 2 hours at a temperature between 95 and 125°C.
Предпочтительно проводить старение после добавления содержащего фосфоно-группу модификатора в течение периода времени между 0,5 и 2 часами при температуре между 95 и 125°С.It is preferable to carry out aging after adding the phosphono group-containing modifier for a period of time between 0.5 and 2 hours at a temperature between 95 and 125°C.
ЭТАП СУШКИDRYING STAGE
Как хорошо известно специалистам в данной области техники, типичные процессы получения оксида алюминия включают в себя этап сушки.As is well known to those skilled in the art, typical processes for producing alumina include a drying step.
Этап сушки может быть проведен посредством способов прямого и непрямого нагревания. Эти способы могут включать в себя распылительную сушку, контактную сушку, резервуарную сушку или другие технологии сушки. В предпочтительном способе сушка происходит в распылительном сушильном устройстве.The drying step can be carried out through direct and indirect heating methods. These methods may include spray drying, contact drying, tank drying, or other drying technologies. In a preferred method, drying occurs in a spray dryer.
Процесс сушки может происходить в инертной атмосфере, например, в азоте или в воздухе, и в зависимости от того, какой способ сушки выбран, сушка может происходить при температурах между 85°С и 250°С, предпочтительно между 100°С и около 250°С, наиболее предпочтительно между 105°С и 120°С. Дополнительно, в зависимости от выбранной технологии сушки, специалисты в данной области техники будут знать, какова должна быть продолжительность сушки, и, таким образом, эта продолжительность будет варьироваться между несколькими секундами и 2-6 часами.The drying process can take place in an inert atmosphere, for example nitrogen or air, and depending on which drying method is chosen, drying can take place at temperatures between 85°C and 250°C, preferably between 100°C and about 250° C, most preferably between 105°C and 120°C. Additionally, depending on the drying technology chosen, those skilled in the art will know what the drying duration should be, and thus this duration will vary between a few seconds and 2-6 hours.
Например, если сушку выполняют с использованием распылительного сушильного устройства, то этап сушки выполняют с выходной температурой предпочтительно от около 100°С до около 120°С, и временем пребывания от нескольких секунд вплоть до нескольких минут. Если используют контактное сушильное устройство, то оборудование может быть нагрето извне маслом, которое циркулирует внутри внешней рубашки, до целевой температуры, предпочтительно находящейся в диапазоне от 200°С до 250°С, при времени пребывания, составляющем от всего нескольких минут до нескольких часов.For example, if drying is performed using a spray dryer, the drying step is performed with an outlet temperature preferably from about 100°C to about 120°C, and a residence time from several seconds to several minutes. If a contact drying device is used, the equipment may be externally heated by oil that circulates within the outer jacket to a target temperature, preferably in the range of 200° C. to 250° C., with a residence time of only a few minutes to several hours.
ИЛЛЮСТРАТИВНЫЕ СПОСОБЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ:ILLUSTRATIVE METHODS OF THE INVENTION:
В первом варианте осуществления настоящего изобретения, содержащий фосфоно-группу модификатор настоящего изобретения смешивают при умеренных условиях температуры и давления с водной суспензией оксида алюминия. Затем может следовать этап сушки.In a first embodiment of the present invention, the phosphono group-containing modifier of the present invention is mixed under moderate conditions of temperature and pressure with an aqueous slurry of alumina. A drying step may then follow.
В качестве варианта, водную суспензию оксида алюминия можно сначала подвергнуть гидротермическому старению до получения требуемого размера кристаллитов для образования состаренной суспензии оксида алюминия, и затем содержащий фосфоно-группу модификатор может быть добавлен в состаренную суспензию оксида алюминия. Затем может следовать этап сушки.Alternatively, the aqueous alumina slurry may first be hydrothermally aged to the desired crystallite size to form the aged alumina slurry, and then the phosphono group-containing modifier may be added to the aged alumina slurry. A drying step may then follow.
В качестве дополнительного варианта, суспензия оксида алюминия может быть сначала подвергнута гидротермическому старению до требуемого размера кристаллитов для образования состаренной суспензии оксида алюминия, и затем содержащий фосфоно-группу модификатор может быть добавлен в состаренную суспензию оксида алюминия. Затем, после добавления содержащего фосфоно-группу модификатора, следует дополнительный этап старения, например, посредством нагревания при температуре между 95 и 125°С в закрытом реакторном сосуде, находящемся под автогенным давлением (например), в течение достаточного времени, предпочтительно в течение периода времени между 1 и 4 часами. Затем может следовать этап сушки.As an additional option, the alumina slurry may first be hydrothermally aged to the desired crystallite size to form the aged alumina slurry, and then the phosphono group-containing modifier may be added to the aged alumina slurry. Then, after adding the phosphono group-containing modifier, a further aging step follows, for example by heating at a temperature between 95 and 125°C in a closed reactor vessel under autogenous pressure (for example), for a sufficient time, preferably for a period of time between 1 and 4 o'clock. A drying step may then follow.
Сушка происходит без необходимости каких-либо промежуточных этапов фильтрации или промывки для образования модифицированного оксида алюминия. Предпочтительно, чтобы происходила сушка.Drying occurs without the need for any intermediate filtration or washing steps to form modified alumina. Preferably, drying occurs.
Настоящее изобретение будет теперь описано в качестве примера со ссылкой на следующие примеры и фигуры.The present invention will now be described by way of example with reference to the following examples and figures.
ФИГУРЫ:FIGURES:
Фиг. 1-3 показывают результаты временной зависимости вязкости материалов из модифицированного оксида алюминия по сравнению с другими диспергируемыми материалами с высоким pH.Fig. 1-3 show the results of the time dependence of the viscosity of modified alumina materials compared to other high pH dispersible materials.
АНАЛИТИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ:ANALYTICAL METHODS:
Свойства продуктов настоящего изобретения измеряли посредством следующих аналитических технологий.The properties of the products of the present invention were measured using the following analytical techniques.
Оксид алюминия идентифицировали с использованием рентгеновского анализа. Образцы помещали в XRD пластиковый диск диаметром 2 дюйма с отверстием диаметром 1 дюйм. XRD-данные получали на устройстве Bruker AXS D4-ENDEAVOR. Бемит и псевдобемит, оксид алюминия, гидроксид алюминия или их смеси идентифицировали посредством дифракции рентгеновских лучей, описанной в A.S.T.M. X-ray Diffraction Index. Размеры кристаллитов отдельных частиц бемита получали посредством технологии XRD-дифракции посредством пиков дифракции рентгеновских лучей с использованием формулы Дебая. Размеры кристаллов выражали посредством длины, полученной для пика дифракции, пика 120. Анализ ширины пика на пиках дифракции рентгеновских лучей на порошке при параметре 120 дает значения, обычно сообщаемые в качестве размера кристаллитов.Aluminum oxide was identified using X-ray analysis. Samples were placed in a 2-inch diameter plastic disk with a 1-inch diameter hole in the XRD. XRD data were acquired on a Bruker AXS D4-ENDEAVOR device. Boehmite and pseudoboehmite, alumina, aluminum hydroxide, or mixtures thereof were identified by X-ray diffraction as described in A.S.T.M. X-ray Diffraction Index. The crystallite sizes of individual boehmite particles were obtained by XRD diffraction technology through X-ray diffraction peaks using the Debye formula. Crystal sizes were expressed in terms of the length obtained for the diffraction peak, peak 120. Analysis of the peak widths of the X-ray powder diffraction peaks at 120 gives values typically reported as crystallite size.
Размер кристаллитов бемита при измеряемом посредством дифракции рентгеновских лучей размере кристалла 120 перпендикулярен (90°) плоскости 120. Этот пик (кристаллографическая плоскость) является наиболее доступным в структуре дифракции рентгеновских лучей бемита и был использован для охарактеризования оксида алюминия.The boehmite crystallite size at crystal size 120 measured by x-ray diffraction is perpendicular (90°) to the 120 plane. This peak (crystallographic plane) is the most accessible in the boehmite x-ray diffraction structure and has been used to characterize alumina.
Размер частиц диспергированного оксида алюминия определяют с использованием средства Horiba. The particle size of the dispersed alumina is determined using Horiba.
Значения площади поверхности определяли посредством поглощения N2. Данные собирали на термообработанных образцах при 550°С в течение 3 часов. Образцы затем дегазировали в течение 0,5 часа в потоке азота при 300°С. Данные собирали на устройстве Quantachrome. Площадь поверхности (м2/г) оценивали с использованием уравнения B.E.T.Surface area values were determined by N 2 uptake. Data were collected on heat-treated samples at 550°C for 3 hours. The samples were then degassed for 0.5 hours under a nitrogen stream at 300°C. Data were collected on a Quantachrome device. Surface area ( m2 /g) was estimated using the BET equation
Значения изоэлектрической точки определяли с использованием средства Malvern Zetasizer. Дисперсию материала образовывали при 1% по весу твердых веществ и pH=10. Аликвотную пробу впрыскивали в капиллярную ячейку, и выполняли измерение электрокинетического потенциала на вышеупомянутом средстве. pH раствора титровали вниз с шагом 0,5 pH в течение некоторого времени до тех пор, пока pH не достиг 3. Изоэлектрическая точка является pH, при котором электрокинетический потенциал пересекает ось Х.Isoelectric point values were determined using the Malvern Zetasizer. The material dispersion was formed at 1% by weight solids and pH=10. An aliquot of the sample was injected into the capillary cell, and an electrokinetic potential measurement was performed on the above-mentioned means. The pH of the solution was titrated down in 0.5 pH increments over time until the pH reached 3. The isoelectric point is the pH at which the electrokinetic potential crosses the X-axis.
Диспергируемость дисперсии оксида алюминия оценивали путем получения суспензии с указанной дозировкой по весу и pH (например, 5% по весу при pH=10) и перемешивания в течение 30 минут. Суспензию затем центрифугировали при 1600 об. мин. в течение 20 минут.The dispersibility of the alumina dispersion was assessed by preparing a suspension at the specified dosage by weight and pH (eg, 5% by weight at pH=10) and stirring for 30 minutes. The suspension was then centrifuged at 1600 vol. min. within 20 minutes.
Вязкость дисперсий измеряли при указанных концентрациях путем переноса аликвотной пробы дисперсии в концентрическую цилиндрическую геометрию вискозиметра DHR 2 со средством ТА, поддерживаемого при 25°С. Сдвиговую развертку осуществляли от 0,1 до 3600 с-1.The viscosity of the dispersions was measured at the indicated concentrations by transferring an aliquot of the dispersion into a concentric cylindrical geometry DHR 2 viscometer with TA, maintained at 25°C. The shear scan was carried out from 0.1 to 3600 s -1 .
Для более полной иллюстрации настоящего изобретения представлены следующие неограничивающие примеры.To more fully illustrate the present invention, the following non-limiting examples are provided.
ПРИМЕРЫ:EXAMPLES:
Пример 1Example 1
Суспензию бемита - оксида алюминия старили в течение 2,5 часов при 140°С под автогенным давлением для достижения требуемого размера кристаллитов, составляющего 114 Å. Суспензию выливали из реактора и делили на части для обеспечения идентичных порций.The boehmite-alumina suspension was aged for 2.5 hours at 140°C under autogenous pressure to achieve the required crystallite size of 114 Å. The suspension was poured from the reactor and divided into parts to provide identical portions.
Содержащий фосфоно-группу модификатор с торговым наименованием Cublen P50 разбавили до 10% активного вещества с использованием деионизированной воды и добавили в суспензию оксида алюминия с перемешиванием при 5% по весу на основе Al2O3. Суспензию перемешивали в течение 30 минут и затем сушили на распылительном сушильном устройстве Buchi 290.A phosphono-containing modifier, trade name Cublen P50, was diluted to 10% active using deionized water and added to a stirred alumina slurry at 5% by weight based on Al 2 O 3 . The suspension was stirred for 30 minutes and then dried on a Buchi 290 spray dryer.
Пример 2Example 2
Суспензию оксида алюминия, приготовленную, как в Примере 1, модифицировали с использованием 7% по весу Cublen P50 и сушили с использованием сушильного устройства Buchi 290.The alumina slurry prepared as in Example 1 was modified using 7% by weight Cublen P50 and dried using a Buchi 290 dryer.
Пример 3Example 3
Суспензию оксида алюминия, приготовленную, как в Примере 1, модифицировали с использованием 5% по весу Cublen P50 и залили в реактор, где ее старили в течение 1 часа при 105°С, и сушили на сушильном устройстве Buchi 290.The alumina slurry prepared as in Example 1 was modified with 5% by weight Cublen P50 and poured into a reactor where it was aged for 1 hour at 105°C and dried on a Buchi 290 dryer.
Сравнительный Пример 1Comparative Example 1
Суспензию оксида алюминия, приготовленную, как в Примере 1, модифицировали с использованием 5% по весу лимонной кислоты на основе Al2O3, старили при 105°С в течение 1 часа и подвергали распылительной сушке.The alumina slurry prepared as in Example 1 was modified with 5% by weight Al 2 O 3 -based citric acid, aged at 105° C. for 1 hour and spray dried.
Сравнительный Пример 2Comparative Example 2
Суспензию оксида алюминия, приготовленную, как в Примере 1, модифицировали с использованием 5% по весу лимонной кислоты на основе Al2O3, старили при 105°С в течение 1 часа и подвергали распылительной сушке. Затем добавили малоновую кислоту согласно предшествующему уровню техники.The alumina slurry prepared as in Example 1 was modified with 5% by weight Al 2 O 3 -based citric acid, aged at 105° C. for 1 hour and spray dried. Malonic acid was then added according to the prior art.
Сравнительный Пример 3Comparative Example 3
В суспензию оксида алюминия, приготовленную, как в Примере 1, добавили 1,5% по весу азотной кислоты на основе Al2O3 и подвергали распылительной сушке.To the alumina suspension prepared as in Example 1, 1.5% by weight Al 2 O 3 -based nitric acid was added and spray dried.
Сравнительный Пример 4Comparative Example 4
Немодифицированный оксид алюминия использовали в качестве контрольного образца.Unmodified alumina was used as a control sample.
Диспергируемость модифицированного оксида алюминия настоящего изобретения и сравнительные примеры показаны в Таблице 1, причем вязкости показаны на фиг. 1-3.The dispersibility of the modified alumina of the present invention and comparative examples are shown in Table 1, with the viscosities shown in FIG. 1-3.
Таблица 1 - диспергируемости модифицированных материалов:Table 1 - dispersibility of modified materials:
pH 10% dispersibility,
pH 10
* Образец не диспергировался и выпал из суспензии после прекращения перемешивания* The sample did not disperse and fell out of the suspension after stopping stirring
Как можно увидеть, модифицированный оксид (оксиды) алюминия настоящего изобретения является хорошо диспергируемым при pH=10 с умеренно низкими дозировками содержащего фосфоно-группу модификатора. Диспергируемость модифицированного оксида алюминия настоящего изобретения подобна диспергируемости модифицированных лимонной кислотой материалов, однако вязкость этих материалов, диспергируемых при 5, 10 и 20% по весу, значительно отличается (фиг. 1-3). Немодифицированный материал и материал с кислотным модификатором не являются настолько же диспергируемыми в условиях высокого pH и являются неэффективными.As can be seen, the modified aluminum oxide(s) of the present invention are highly dispersible at pH=10 with moderately low dosages of phosphono-containing modifier. The dispersibility of the modified alumina of the present invention is similar to that of the citric acid modified materials, however, the viscosity of these materials dispersible at 5, 10 and 20% by weight is significantly different (FIGS. 1-3). Unmodified and acid-modified material are not as dispersible under high pH conditions and are ineffective.
Claims (18)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US62/740,493 | 2018-10-03 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2021112380A RU2021112380A (en) | 2022-11-11 |
| RU2815078C2 true RU2815078C2 (en) | 2024-03-11 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102006007888A1 (en) * | 2006-02-21 | 2007-08-23 | Degussa Gmbh | Aqueous alumina dispersion for use in melamine resin formulation for making cured product e.g. laminate for furniture or flooring contains highly disperse alumina surface modified with amino- and/or hydroxy-substituted organophosphonic acid |
| RU2424975C2 (en) * | 2005-12-06 | 2011-07-27 | Акцо Нобель Н.В. | Method of producing organically modified layered double hydroxide |
| RU2576618C1 (en) * | 2012-03-05 | 2016-03-10 | Саншайн Кайди Нью Энерджи Груп Ко., Лтд. | Method of modifying surface of alumina support |
| WO2016193000A1 (en) * | 2015-06-02 | 2016-12-08 | Evonik Degussa Gmbh | Coating composition containing aluminum oxide and method for coating separators therewith |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2424975C2 (en) * | 2005-12-06 | 2011-07-27 | Акцо Нобель Н.В. | Method of producing organically modified layered double hydroxide |
| DE102006007888A1 (en) * | 2006-02-21 | 2007-08-23 | Degussa Gmbh | Aqueous alumina dispersion for use in melamine resin formulation for making cured product e.g. laminate for furniture or flooring contains highly disperse alumina surface modified with amino- and/or hydroxy-substituted organophosphonic acid |
| US20090111919A1 (en) * | 2006-02-21 | 2009-04-30 | Evonik Degussa Gmbh | Aluminium oxide-containing dispersion |
| RU2576618C1 (en) * | 2012-03-05 | 2016-03-10 | Саншайн Кайди Нью Энерджи Груп Ко., Лтд. | Method of modifying surface of alumina support |
| WO2016193000A1 (en) * | 2015-06-02 | 2016-12-08 | Evonik Degussa Gmbh | Coating composition containing aluminum oxide and method for coating separators therewith |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| МИНГАЛЕВ П. Г. и др. Химическое модифицирование поверхности оксидных материалов органическими кислотами фосфора(V) и их эфирами. Успехи химии, 2006, Т. 75, N 6, c. 604-624. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE69015209T2 (en) | METHOD FOR PRODUCING HIGH-QUALITY SILICANE BALLS. | |
| Astuti et al. | Bismuth oxide prepared by sol-gel method: variation of physicochemical characteristics and photocatalytic activity due to difference in calcination temperature | |
| US5466428A (en) | Morphologically improved ceric oxide particulates | |
| US4211667A (en) | Process for producing alumina sols | |
| Gao et al. | BaTiF 6: Mn 4+ bifunctional microstructures with photoluminescence and photocatalysis: hydrothermal synthesis and controlled morphology | |
| CN107531503A (en) | The method for preparing small size layered double hydroxide particle | |
| KR100678524B1 (en) | Process for preparing titania solution | |
| US10011705B2 (en) | Alumina compositions and methods for producing same | |
| JP4502133B2 (en) | Method for producing acidic aqueous alumina sol | |
| RU2815078C2 (en) | Aluminum oxides and methods for production thereof | |
| US12202983B2 (en) | Aluminas and methods for producing same | |
| JP2833820B2 (en) | Surface treatment method of titanium oxide | |
| JP3950691B2 (en) | Colloidal dispersion of cerium compound containing cerium III, process for its production and use thereof | |
| Zherebtsov et al. | Synthesis of Nanosized Anatase by Hydrolysis of Tetrabutoxytitanium at Various pH Values | |
| KR950004771B1 (en) | Method for preparing ammonium rare earth double oxalate and rare earth oxide obtained therefrom | |
| US5252316A (en) | Zirconium oxide powder, process for its preparation and its use | |
| EP0025817B1 (en) | A method for forming stable dispersions of alumina in water and the so-obtained dispersions | |
| JPWO2020072607A5 (en) | ||
| KR20240008895A (en) | Liquid dispersions and powders of cerium-based core-shell particles, processes for producing them and their use in polishing | |
| CN116964003A (en) | Cerium oxide particles, method for producing same, and use thereof in chemical mechanical polishing | |
| KR101296489B1 (en) | Light-resistant titanic acid coating film and resin bases with the coating film | |
| Yoshinaga et al. | Controlled crystallization of ultrafine titanium dioxide particles in the presence of hydrophilic or amphiphilic polymer from peroxotitanic acid | |
| JP4632022B2 (en) | Method for producing alumina powder and alumina sol γ | |
| CN109502615B (en) | Method for enhancing heat resistance of superfine and ultra-white aluminum hydroxide micro powder | |
| JP2930159B2 (en) | Thixotropic agent |