JP4445972B2 - 火炎加水分解により製造される二酸化チタン粉末 - Google Patents
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Description
TiCl4+O2 → TiO2+2Cl2 (式1a)
TiCl4+2H2O → TiO2+4HCl (式1b)。
R=100exp(−bDn)
(Dは粒子直径を表し、bは定数である)により計算される分配定数n1.7以上を有する二酸化チタンが得られる。値nは3つの値D10、D50およびD90から得られ、これらは互いに近似直線により関係付けられる。二酸化チタンは四塩化チタンと酸化ガスの火炎酸化により得られ、出発物質は反応の前に少なくとも500℃の温度で予熱する。有利な構成において、反応混合物の速度は10m/sec以上であり、反応空間での滞留時間は3秒以下である。
二酸化チタンは特に触媒作用に、例えば化粧品での光触媒作用に、例えば日焼け防止剤に、電子工業において分散剤の形の研磨剤として、またはポリマーの熱安定性に使用される。これらの使用において、二酸化チタンの純度および構造に要求が高まる。従って例えば二酸化チタンを分散剤中の研磨剤として使用する場合に、二酸化チタンが良好な分散性を有し、研磨される表面を傷つける粗い粒子をできるだけ含まないことが重要である。
前記粉末は20〜200m2/gのBET表面積を有し、および
一次粒子分布のナノメートルの半値幅HWが、
HW[nm]=a×BETf(式中、a=670×10−9m3/gおよび−1.3≦f≦−1.0である)の間の値を有し、
45μmより大きい直径を有する粒子の割合が0.0001〜0.05質量%の範囲内であることを特徴とする。
ハロゲン化チタン、有利に四塩化チタンを200℃より低い温度で蒸発させ、キャリアガスを用いて蒸気を混合室に搬送し、その際蒸気の割合が1〜25g/m3の範囲であり、
これとは別に水素、場合により酸素で富化されおよび/または予熱されていてもよい一次空気および蒸気を混合室に搬送し、
その際蒸気の割合が1〜25g/一次空気m3の範囲であり、
λ値が1〜9の範囲にあり、γ値が1〜9の範囲にあり、
引き続き、
ハロゲン化チタン蒸気、水素、空気および蒸気からなる混合物をバーナー中で発火し、火炎が、周囲空気から閉鎖された反応室中で燃焼し、その際
反応室中で1〜200ミリバールの真空が存在し、
混合室から反応空間への反応混合物の排出速度が10〜80m/secの範囲にあり、
更に反応室に二次空気を導入し、その際
一次空気と二次空気の比が10〜0.5であり、
引き続き気体の物質から固体を分離し、
その後蒸気を用いて固体を処理することを特徴とする。
γ=添加される水素/化学量論的に必要な水素、または
γ=供給されるH2(モル)/化学量論的H2(モル)。
λ=添加される酸素/化学量論的に必要な酸素、または
λ=供給されるO2(モル)/化学量論的O2(モル)。
分析
BET表面積はDIN66131により決定する。
蒸発機中、140℃で、TiCl4160kg/hを蒸発する。15g/キャリアガスm3のキャリアガス湿分含量を有するキャリアガスとして、窒素(15Nm3/h)を使用して蒸気を混合室に移送する。これと別に、水素52Nm3/hおよび一次空気525Nm3/hを混合室に導入する。中心の管中で反応混合物をバーナーに供給し、発火する。水冷火炎管中で火炎が燃焼する。更に二次空気200Nm3/hを反応空間に添加する。形成される粉末を流れを下るフィルター中で分離し、引き続き520℃で空気および蒸気を用いて向流で処理する。
例C1:二酸化チタン粉末を使用しない(比較例)
ベース成分(付加架橋剤)として二成分シリコーンゴム、Bayer、商標名Silopren(登録商標)LSR2040を使用する。ディスソルバーで2つの成分を均一に混合した後に、180℃で10分間加硫を行う。厚さ6mmの試料プレート(約10×15cm)を製造する。試料プレートを炉内で80℃に、一定の質量に加熱する(約1日)。熱に対する熱安定性を検査するために、熱貯蔵試験を実施する。このために、5×7cmの大きさの試料ストリップを空気循環炉中で275℃に維持する。質量損失を測定する。
ベース成分(付加架橋剤)として二成分シリコーンゴム、Bayer、商標名Silopren(登録商標)LSR2040を使用する。全バッチに関して1.5質量%の二酸化チタン粉末P25S(Degussa社)を、前記成分の1種に、ディスソルバーを使用して配合する。これに続いて、例1に記載されるように、加硫および試料プレートの製造を実施する。
例D1:技術水準による二酸化チタン粉末(比較例)
光触媒活性を決定するために、測定すべき試料を2−プロパノール中に懸濁し、UV光で1時間照射する。引き続き形成されたアセトンの濃度を測定する。
Claims (20)
- 一次粒子の凝集物の形で存在する、火炎加水分解により製造された二酸化チタン粉末であり、
20〜200m2/gのBET表面積を有し、
一次粒子分布のナノメートルでの半値幅HWが、
HW[nm]=a×BETf
(式中、a=670×10−9m3/gおよび−1.3≦f≦−1.0である)の間の値を有し、および
45μmより大きい直径を有する粒子の割合が0.0001〜0.05質量%の範囲内にあることを特徴とする、火炎加水分解により製造された二酸化チタン粉末。 - BET表面積が40〜60m2/gの範囲内にある請求項1記載の火炎加水分解により製造された二酸化チタン粉末。
- 一次粒子直径の数量分布の90%の分布が5〜100nmの範囲内にある請求項2記載の火炎加水分解により製造された二酸化チタン粉末。
- 凝集物の相当円形直径(ECD)が80nm未満である請求項2または3記載の火炎加水分解により製造された二酸化チタン粉末。
- 平均凝集物面積が6500nm2未満である請求項2から4までのいずれか1項記載の火炎加水分解により製造された二酸化チタン粉末。
- 平均凝集物円周が450nm未満である請求項2から5までのいずれか1項記載の火炎加水分解により製造された二酸化チタン粉末。
- BET表面積が80〜120m2/gの範囲内にある請求項1記載の火炎加水分解により製造された二酸化チタン粉末。
- 一次粒子直径の数量分布の90%の分布が4〜25nmの値を有する請求項7記載の火炎加水分解により製造された二酸化チタン粉末。
- 凝集物の相当円形直径(ECD)が70nm未満である請求項7または8記載の火炎加水分解により製造された二酸化チタン粉末。
- 平均凝集物面積が6000nm2未満である請求項7から9までのいずれか1項記載の火炎加水分解により製造された二酸化チタン粉末。
- 平均凝集物円周が400nm未満である請求項7から10までのいずれか1項記載の火炎加水分解により製造された二酸化チタン粉末。
- 45μmより大きい直径を有する凝集物および/または集塊の割合が0.001〜0.1質量%の範囲内にある請求項1から11までのいずれか項記載の火炎加水分解により製造された二酸化チタン粉末。
- 所定のBET表面積のためにアナターゼ/ルチルの比2:98〜98:2を有する請求項1から12までのいずれか項記載の火炎加水分解により製造された二酸化チタン粉末。
- 0.1質量%未満の塩化物含量を有する請求項1から13までのいずれか項記載の火炎加水分解により製造された二酸化チタン粉末。
- 圧縮かさ密度が20〜200g/lの値を有する請求項1から14までのいずれか項記載の火炎加水分解により製造された二酸化チタン粉末。
- 請求項1から15までのいずれか1項記載の火炎加水分解により製造された二酸化チタン粉末を製造する方法において、
ハロゲン化チタン、有利に四塩化チタンを、200℃より低い温度で蒸発させ、キャリアガスを用いて蒸気を混合室に搬送し、その際蒸気の割合が1〜25g/m3の範囲内であり、
これとは別に水素、酸素で富化されおよび/または予熱されていてもよい、一次空気および蒸気を混合室に搬送し、
その際蒸気の割合が1〜25g/一次空気m3の範囲内であり、
λ値が1〜9の範囲内にあり、γ値が1〜9の範囲内にあり、
引き続き、
ハロゲン化チタン蒸気、水素、空気および蒸気からなる混合物をバーナー中で発火し、火炎が、周囲空気から閉鎖された反応室中で燃焼し、その際
反応室中で1〜200ミリバールの真空が存在し、
混合室から反応空間への反応混合物の排出速度が10〜80m/secの範囲内にあり、
更に反応室に二次空気を導入し、その際
一次空気と二次空気の比が10〜0.5であり、
引き続き気体の物質から固体を分離し、
その後蒸気を用いて固体を処理することを特徴とする、火炎加水分解により製造された二酸化チタン粉末を製造する方法。 - 蒸気を空気と一緒に混合室に導入する請求項16記載の方法。
- シリコーンの熱保護安定化のための、請求項1から15までのいずれか1項記載の火炎加水分解により製造された二酸化チタン粉末の使用。
- 日焼け防止剤における請求項1から15までのいずれか1項記載の火炎加水分解により製造された二酸化チタン粉末の使用。
- 触媒としての、触媒担体としての、光触媒としての、および分散剤を製造するための研磨剤としての請求項1から15までのいずれか1項記載の火炎加水分解により製造された二酸化チタン粉末の使用。
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